遠(yuǎn)程診療中隨訪機(jī)器人的應(yīng)用研究

徐來(lái)　陳樹(shù)越　徐潭　林勤

【摘要】? ? 隨著新冠疫情的爆發(fā)，各個(gè)醫(yī)院開(kāi)設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院迅速興起，遠(yuǎn)程醫(yī)療得到了極大的推動(dòng)與發(fā)展。近年來(lái)智能設(shè)備的更新?lián)Q代和數(shù)字化醫(yī)療的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療穿戴設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院的結(jié)合越來(lái)越緊密。線下病人尤其是老年病人的出院隨訪在過(guò)去甚至可能未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)間都是靠人工打電話來(lái)完成的。而病人在隨訪之前可能身體有不適而需要咨詢，卻因?yàn)椴环奖闳メt(yī)院?jiǎn)栐\，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生心理恐慌。本文設(shè)計(jì)了一種基于互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院的診療隨訪聊天機(jī)器人。該診療隨訪機(jī)器人使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以通過(guò)讀取遠(yuǎn)程可穿戴設(shè)備上的病人信息，來(lái)給與病人病情評(píng)估和護(hù)理建議，可以較為迅速地給出院病人尤其是中老年病人的診療建議，維護(hù)了醫(yī)患間的關(guān)系，提高了滿意度，也極大地減輕了醫(yī)生的壓力。醫(yī)生也可以通過(guò)隨訪機(jī)器人的聊天記錄及時(shí)地了解病人信息并給與更準(zhǔn)確的建議。

【關(guān)鍵詞】? ? 隨訪機(jī)器人? ? 人機(jī)交互? ? 人工智能? ? 機(jī)器學(xué)習(xí)? ? 遠(yuǎn)程醫(yī)療

Abstract： With the outbreak of the new crown epidemic， Internet hospitals opened by various hospitals have rapidly risen， and telemedicine has been greatly promoted and developed. In recent years， with the upgrading of smart devices and the development of digital medical treatment， the integration of remote medical wearable devices and Internet hospitals has become increasingly close. The discharge follow-up of offline patients， especially elderly patients， has been completed by manual telephone calls in the past and possibly for quite some time in the future. Before the follow-up， the patient may have physical discomfort and need consultation， but because it is not convenient to go to the hospital for consultation， sometimes even psychological panic may occur. This paper designs a medical follow-up chat robot based on Internet hospitals. The medical follow-up robot uses artificial intelligence and machine learning algorithms to read patient information on remote wearable devices to give patient condition assessment and care advice， and can give hospital patients， especially middle-aged and elderly patients， faster diagnosis and treatment advice It maintains the relationship between doctors and patients， improves satisfaction， and greatly reduces the pressure on doctors. Doctors can also learn about patient information in a timely manner and give more accurate suggestions through the chat records of the follow-up robot.

Key words：Follow-up robot; Human-computer interaction; Artificial intelligence; Machine learning;Telemedicine

一、背景

醫(yī)療資源的緊缺是全世界的共同難題。作為一個(gè)擁有14億人口的大國(guó)，看病難一直是我國(guó)老百姓的痛處。隨著人口老齡化的加快，住院治療的人數(shù)也有了很大的增長(zhǎng)。相對(duì)于中、青年人，老年人由于年級(jí)偏大，病情多、雜，在治療期結(jié)束出院后往往需要更多的醫(yī)療保健方面的關(guān)注與支持?，F(xiàn)今，對(duì)出院病人的定期隨訪是當(dāng)值醫(yī)生工作的重要一環(huán)。醫(yī)生通常是通過(guò)電話對(duì)病人近期的病情恢復(fù)，身體狀況等進(jìn)行一些詢問(wèn)，并依此給出適合該病人的診療與恢復(fù)建議。然而一年老年獨(dú)居病人由于年紀(jì)較大，知識(shí)水平的局限，再加上子女不在身邊，在醫(yī)生隨訪時(shí)經(jīng)常不能現(xiàn)場(chǎng)給出較為準(zhǔn)確的答復(fù)。而有時(shí)身體出現(xiàn)不適時(shí)，無(wú)法及時(shí)找到醫(yī)療人員咨詢，自己內(nèi)心也產(chǎn)生不安與恐慌，加上醫(yī)療資源的短缺，醫(yī)生時(shí)間的緊張，現(xiàn)今的電話隨訪已經(jīng)逐漸不能滿足醫(yī)患需求[1]。

二、遠(yuǎn)程診療中隨訪機(jī)器人的概述

2.1 遠(yuǎn)程診療中隨訪機(jī)器人的意義

醫(yī)生通過(guò)電話隨訪出院病人是目前隨訪的主要方式，但是受制于醫(yī)生繁忙的工作及緊缺的時(shí)間，通常是抽空在有限的時(shí)間里對(duì)出院病人的病情恢復(fù)狀況進(jìn)行簡(jiǎn)單的了解。但是相對(duì)于病人特別是老年病人，在治療期結(jié)束出院后仍然有較多的用藥咨詢，定期康復(fù)訓(xùn)練咨詢，營(yíng)養(yǎng)膳食建議咨詢及后續(xù)的檢驗(yàn)、檢查、掛號(hào)、預(yù)約的咨詢。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院新增的的遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人板塊可以與患者進(jìn)行互動(dòng)，并且可以給患者一些簡(jiǎn)單的診療意見(jiàn)，從而對(duì)患者有更好的治療管理，以便快速地隨訪出院病人[2]。對(duì)于一些住在比較偏遠(yuǎn)地區(qū)的老年人和一些經(jīng)濟(jì)條件不好的人，遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人給與他們的診斷意見(jiàn)可以讓這些患者自己對(duì)病情有一個(gè)早期診斷的了解，同時(shí)在病情惡化時(shí)，他們也可以通過(guò)隨訪機(jī)器人了解一些醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)對(duì)措施。這不僅能夠讓一些病情輕微的的患者減少去醫(yī)院的費(fèi)用，同時(shí)也能讓他們通過(guò)與遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人的溝通來(lái)及早發(fā)現(xiàn)疾病。遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人一個(gè)區(qū)別于互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院人工醫(yī)生的最主要區(qū)別就是可以隨時(shí)隨地地給與病人醫(yī)療建議。例如某些化療病人因?yàn)椴⊥瓷眢w不適，凌晨?jī)牲c(diǎn)失眠，無(wú)法入睡而感到絕望時(shí)，遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人不僅可以給患者一些心理上的同情與安慰，并且可以提出一些緩解疼痛的用藥措施和護(hù)理方案，更為關(guān)鍵的是這些隨訪機(jī)器人可以7*24小時(shí)待命。后續(xù)的通過(guò)病人身上的一些智能可穿戴傳感設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，隨訪機(jī)器人還可以給出一些可能發(fā)生的病變提醒。這樣醫(yī)生也可以通過(guò)隨訪機(jī)器人和患者的聊天數(shù)據(jù)記錄了解患者病情，從而給出患者的病情處理優(yōu)先級(jí)的評(píng)判。遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人的出現(xiàn)是我們醫(yī)療信息化的一個(gè)范式的轉(zhuǎn)變，它通過(guò)現(xiàn)代人工智能技術(shù)的潛力更好地服務(wù)了臨床醫(yī)生及患者。

2.2 遠(yuǎn)程診療中隨訪機(jī)器人的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文隨訪機(jī)器人采用的是通用的聊天機(jī)器人人工智能AI技術(shù)作為基礎(chǔ)，聊天機(jī)器人AI引擎通常是具有語(yǔ)言識(shí)別功能模塊、語(yǔ)音識(shí)別功能模塊、機(jī)器學(xué)習(xí)功能模塊甚至情感分析功能模塊。這些功能模塊也使得聊天機(jī)器人在人機(jī)交互中顯得更加自然，因此遠(yuǎn)程診療中的隨訪機(jī)器人是解決大量出院病人隨訪問(wèn)題的理想解決方案[3]。其主要功能為患者在出院后可以主動(dòng)發(fā)出有關(guān)預(yù)約掛號(hào)，醫(yī)護(hù)用藥問(wèn)題，飲食健康等問(wèn)題的咨詢，隨訪機(jī)器人基于患者問(wèn)題提供人工智能建議，如果患者覺(jué)得以上建議不管用，也可以選擇直接聯(lián)系醫(yī)生咨詢。

在將通用的聊天機(jī)器人完善為專業(yè)的隨訪機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案中，首個(gè)難點(diǎn)就是醫(yī)患間復(fù)雜的對(duì)話語(yǔ)境和專業(yè)醫(yī)療問(wèn)題的應(yīng)對(duì)[4]。這種對(duì)話因?yàn)榇嬖谥?dòng)，有著一定的不確定性，通常在隨訪過(guò)程中需要對(duì)一些問(wèn)候，康復(fù)類的話語(yǔ)、問(wèn)題進(jìn)行應(yīng)答。因此要使人機(jī)對(duì)話時(shí)顯得不那么生硬，本文考慮到使用自然語(yǔ)言NPL進(jìn)行分析處理，我們隨訪機(jī)器人需要首先建立一個(gè)自然語(yǔ)言詞典和醫(yī)療術(shù)語(yǔ)詞典。接著導(dǎo)入Python中的詞匯包，把常見(jiàn)的交流語(yǔ)句，簡(jiǎn)寫，醫(yī)療專業(yè)術(shù)語(yǔ)錄入，自適應(yīng)處理匹配患者的詢問(wèn)。

下一步，我們使用行為干預(yù)技術(shù)模型，對(duì)遠(yuǎn)程診療隨訪機(jī)器人的情感因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便檢測(cè)到患者有情緒性的表達(dá)時(shí)，能夠給與一定正面的情感回復(fù)及反饋。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，若患者咨詢提到“晚飯后，肚子不舒服”這類問(wèn)題時(shí)，而隨訪機(jī)器人只是回復(fù)“知道了”這樣的語(yǔ)句，這樣的回復(fù)方式會(huì)讓患者的體驗(yàn)很不好。所以在隨訪機(jī)器人給與患者答復(fù)時(shí)，若患者感覺(jué)不好，可以通過(guò)反饋選項(xiàng)反饋給我們。我們可以通過(guò)后臺(tái)智能傳送服務(wù)對(duì)現(xiàn)有框架進(jìn)行管理和信息干預(yù)[5]。通過(guò)行為干預(yù)模型，在可用性、參與積極性、適用性、醫(yī)學(xué)知識(shí)和實(shí)施過(guò)程等五個(gè)方面動(dòng)態(tài)地權(quán)衡修改干預(yù)決策條件和標(biāo)準(zhǔn)，以確定現(xiàn)有情感語(yǔ)氣回復(fù)能適用應(yīng)大部分的患者需求。

醫(yī)患間的咨詢模塊，因?yàn)樯婕暗尼t(yī)學(xué)知識(shí)比較多，隨訪機(jī)器人受限于基礎(chǔ)AI版本的限制，回復(fù)準(zhǔn)確率會(huì)受到一定的影響。所以這里采用機(jī)器學(xué)習(xí)的算法對(duì)隨訪機(jī)器人進(jìn)行更新完善以提高回復(fù)的準(zhǔn)確率。除了了前文所做工作中導(dǎo)入的醫(yī)學(xué)詞匯包這個(gè)基礎(chǔ)步驟以外，還需要對(duì)醫(yī)生和病人的診療對(duì)話進(jìn)行一一分類和匹配以進(jìn)行進(jìn)一步的AI機(jī)器人學(xué)習(xí)與修改，以提高回復(fù)的準(zhǔn)確率。首先第一步需要將互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院中的咨詢和復(fù)診模塊里患者的常見(jiàn)問(wèn)題數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，得到患者常見(jiàn)問(wèn)題的數(shù)據(jù)集群。因?yàn)閿?shù)據(jù)量較大，實(shí)際抽取了約三千條診斷對(duì)話。接下來(lái)將醫(yī)生針對(duì)患者最常見(jiàn)問(wèn)題的應(yīng)答數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類得到醫(yī)生問(wèn)題應(yīng)答數(shù)據(jù)集群，最后從醫(yī)生和患者的問(wèn)答數(shù)據(jù)集群中，加權(quán)計(jì)算并抽取配對(duì)響應(yīng)頻率較高的語(yǔ)句，將之組建成一個(gè)回復(fù)響應(yīng)數(shù)據(jù)包，將計(jì)算出的最常用加權(quán)平均詞句作為發(fā)送給患者的回復(fù)。最后以病人對(duì)隨訪機(jī)器人的回復(fù)滿意度來(lái)動(dòng)態(tài)修改隨訪機(jī)器人的回復(fù)決策，即通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化隨訪機(jī)器人[6]。當(dāng)患者的滿意度低于70%時(shí)，行為干預(yù)其回復(fù)決策，并重新進(jìn)行新一輪數(shù)據(jù)抽取和加權(quán)計(jì)算，生成新的數(shù)據(jù)響應(yīng)包，依此反復(fù)優(yōu)化。

遠(yuǎn)程診療中隨訪機(jī)器人與患者溝通流程圖如圖1所示：

圖1顯示了患者人機(jī)交互的過(guò)程?；颊呖梢赃x擇他們的需求如掛號(hào)預(yù)約咨詢，康復(fù)咨詢，用藥咨詢等。隨訪機(jī)器人給出診斷與建議后，病人可以選擇是否滿意，若不滿意，則直接進(jìn)入醫(yī)生人工服務(wù)，若選擇滿意，則可以返回重新咨詢其他問(wèn)題或者選擇結(jié)束咨詢。

三、遠(yuǎn)程診療中隨訪機(jī)器人的應(yīng)用

目前互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院遠(yuǎn)程診療中使用的隨訪機(jī)器人是在診后模塊中與病人進(jìn)行溝通交流的。該模塊中隨訪機(jī)器人會(huì)定期以醫(yī)務(wù)工作人員預(yù)設(shè)的閾值時(shí)間內(nèi)主動(dòng)與病人進(jìn)行溝通。醫(yī)生可以在閑暇時(shí)查看隨訪機(jī)器人的聊天數(shù)據(jù)記錄，以便對(duì)病人的病情有一些初步了解，方便醫(yī)生后續(xù)的人工隨訪。同時(shí)該模塊也可以接受病人的主動(dòng)問(wèn)詢，醫(yī)生模塊生成tips提醒醫(yī)生查看相關(guān)聊天記錄。圖2顯示了某醫(yī)院咨隨訪機(jī)器人的回復(fù)模式。

通過(guò)對(duì)患者問(wèn)題的關(guān)鍵字和語(yǔ)句識(shí)別，隨訪機(jī)器人可以生成針對(duì)病人不適感咨詢的回復(fù)，同時(shí)針對(duì)病人的情感類語(yǔ)言也作出禮貌性的答復(fù)。該模塊經(jīng)過(guò)測(cè)試，回復(fù)效果較為準(zhǔn)確，但是仍需要深度學(xué)習(xí)進(jìn)行優(yōu)化和更新。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著智慧醫(yī)院的興起，醫(yī)療信息化的不斷發(fā)展及在新冠疫情世界大流行等多重因素的影響下，遠(yuǎn)程醫(yī)療線上問(wèn)診已經(jīng)逐漸成為了一種趨勢(shì)。互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院作為遠(yuǎn)程醫(yī)療的一個(gè)主要診療方式，正被越來(lái)越多人患者接受和采用?；ヂ?lián)網(wǎng)醫(yī)院線上咨詢和復(fù)診是醫(yī)患線上交流的主要方式，但受制于成本的考慮，線上診療的醫(yī)患比依然比較緊張。線下患者出院后，醫(yī)生通常還要對(duì)其進(jìn)行隨訪問(wèn)診，而本文所設(shè)計(jì)的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院客戶端中的隨訪機(jī)器人模塊恰是一個(gè)新的突破口。隨訪機(jī)器人不但可以按照醫(yī)生設(shè)定的閾值時(shí)間定期隨訪病人，也可以接受病人的主動(dòng)詢問(wèn)，這不僅幫了醫(yī)生節(jié)省了大量時(shí)間，使醫(yī)生可以把更多的精力投入到接診中，同時(shí)也可以讓醫(yī)生通過(guò)隨訪機(jī)器人的聊天記錄對(duì)隨訪患者病情有一定了解，更解決了一些患者，特別是中老年患者對(duì)病情的擔(dān)憂，隨訪機(jī)器人隨時(shí)隨地給他們的疑問(wèn)予以解答，緩解了他們的焦慮，提升了病患的滿意度。雖然隨訪機(jī)器人目前解決了很多醫(yī)患間的問(wèn)題，但是其系統(tǒng)問(wèn)答準(zhǔn)確度的完善仍需要一段時(shí)間。未來(lái)隨著智能穿戴設(shè)備的大范圍使用，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，本系統(tǒng)的發(fā)展仍值得期待。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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