人工智能在医学中的应用.doc

论人工智能及其在医学上的应用周峰 080303146摘要：阐释了人工智能的概念，概括了人工智能的发展与起源，细数了人工智能已经取得的与人类智能相媲美的成就，最后对人工智能的发展前景与发展方向进行了探讨，并进一步展望了人工智能在医学领域的应用前景。 关键词：人工智能；医学；发展；前景； Artificial intelligence and its application in medicineAbstract: the explanation of the concept of artificial intelligence, summarizes the development of artificial intelligence and the origin, the breakdown of artificial intelligence has been made with the human intelligence rivaling achievements, the artificial intelligence development prospects and development direction are discussed, and further prospects of artificial intelligence in medicine domain application prospect.Key words: artificial intelligence; medicine; development prospect;0 引言传感、通信、计算、控制科学技术获得长足进步的今天，人工智能的发展就成为整个信息科学技术发展的焦点和重心。可以认为今天正是智能科学技术实现大发展的黄金时期。正像大脑是人体系统的精神家园和智慧处所，人工智能是信息科学技术的核心、前沿和制高点。处在21世纪的当今时代，谁最先掌握了智能科学技术，谁就掌握了制胜的先机和主动。1 什么是人工智能人工智能（Artificial Intelligence，简称 AI）是在计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、哲学、语言学等多种学科研究的基础上发展起来的一门综合性很强的交叉学科，是一门新思想、新观念、新理论、新技术不断出现的新兴学科以及正在发展的前沿学科。 自1956年正式提出人工智能这个术语并把它作为一门新兴科学的名称以来，人工智能获得了迅速的发展，并取得了惊人的成就，引起了人们的高度重视，受到了很高的评价，它与空间技术、原子能技术一起被誉为 20 世纪三大科学技术成就。有人称它为继三次工业革命后的又一次革命，认为前三次工业革命主要是延长了人手的功能，把人类从繁重的体力劳动中放出来，而人工智能则是延伸了人脑的功能，实现了脑力劳动的自动化。 关于“人工智能”的含义，早在它正式提出之前，就由英国数学家图灵（AMTuring）提出了。1950年他发表了题为 计 算 机 与 智 能 （ Computing Machinery and Intelligence）的论文，文章以“机器机能思维吗？”开始，论述并提出了著名的“图灵测试”，形象地指出了什么是人工智能以及机器应该达到的智能标准，现在许多人仍把它作为衡量机器智能的准则。图灵在这篇论文中指出不要问机器是否能思维，而是要看它能否通过如下测试：分别让人与机器位于两个房间里，他们可以通话，但彼此都看不到对方，如果通过对话，作为人的一方不能分辨对方是人还是机器，那么就可以认为对方的那台机器达到了人类智能的水平。为了进行这个测试，图灵还设计了一个很有趣且智能性很强的对话内容，称为“图灵的梦想”。2 为什么要研究人工智能人类，是大自然进化的最高产物，智能，是人类发展的至上精髓。在这个星球上，人类的许多能力(如体质和体力)都可以被其它许多生命系统(包括人造系统)所超越，唯独人类的智能，是其他一切生命系统所难以望其项背的奇妙禁区。 永不满足地追求更加美好的生存和发展条件，是人类进步的固有天性，也是社会发展的永恒动力。为此，人类就必须不断向生产活动的深度和广度进军，从而，必然面临越来越复杂的问题和面对越来越严峻的挑战，为了应对挑战和赢得胜利，人类需要永不停歇地强化自己的能力，否则，就会被自然力所淘汰。 怎样才能实现人类能力的不断强化?实现这种强化的奥妙和途径是什么?经过漫长而痛苦的摸索，人类终于逐渐醒悟，实现强化的唯一出路和有效途径是利用外部资源，创制先进工具，扩展自身能力，利用资源创制工具的道理就沉淀成为科学，利用资源创制工具的方法就凝练成为技术。科学和技术，就是在人类扩展自身能力这种强大需求的推动下逐渐发生和逐渐发展起来的。今天，人类正在向信息时代迈进，信息科学技术、能源科学技术和材料科学正在帮助人们利用信息、能源和物质资源创制各种各样的智能工具，扩展人类的智力能力，建设信息时代的文明。因此，创制智能工具是当今时代的本质要求。3 如何研究人工智能人工智能领域的研究是从 1956 年正式开始的，这一年在达特茅斯大学召开的会议上正式使用了人工智能(Artificial Intelligence AI)这个术语。随后的几十年中，人们从问题求解、逻辑推理与定理证明、自然语言理解、博弈、自动程序设计、专家系统、学习以及机器人学等多个角度展开了研究，已经建立了一些具有不同程度人工智能的计算机系统，例如能够求解微分方程、设计分析集成电路、合成人类自然语言，而进行情报检索，提供语音识别、手写体识别的多模式接口，应用于疾病诊断的专家系统以及控制太空飞行器和水下机器人更加贴近我们的生活。我们熟知的 IBM 的深蓝在棋盘上击败了国际象棋大师卡斯帕罗夫就是比较突出的例子。当然，人工智能的发展也并不是一帆风顺的，也曾因计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考以及与实际需求的差距过远而走入低谷，但是随着硬件和软件的发展，计算机的运算能力在以指数级增长，同时网络技术蓬勃兴起，确保计算机已经具备了足够的条件来运行一些要求更高的 AI 软件，而且现在的I 具备了更多的现实应用的基础。90 年代以来，人工智能研究又出现了新的高潮。这一方面是因为在人工智能理论方面有了新的进展，另一方面也是因为计算机硬件突飞猛进的发展。随着计算机速度的不断提高、存储容量的不断扩大、价格的不断降低以及网络技术的不断发展，许多原来无法完成的工作现在已经能够实现。目前人工智能研究的 3 个热点是，智能接口、数据挖掘、主体及多主体系统。智能接口技术是研究如何使人们能够方便自然地与计算机交流。为了实现这一目标，要求计算机能够看懂文字、听懂语言、说话表达，甚至能够进行不同语言之间的翻译，而这些功能的实现又依赖于知识表示方法的研究。因此，智能接口技术的研究既有巨大的应用价值，又有基础的理论意义。目前，智能接口技术已经取得了显著成果，字识别、语音识别、语音合成、图像识别、机器翻译以及自然语言理解等技术已经开始实用化。数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。数据挖掘和知识发现的研究目前已经形成了三根强大的技术支柱数据库、人工智能和数理统计。主要研究内容包括基础理论、发现算法、数据仓库、可视化技术、定性定量互换模型、知识表示方法、发现知识的维护和再利用、半结构化和非结构化数据中的知识发现以及网上数据挖掘等。主体是具有信念、愿望、意图、能力、选择、承诺等心智状态的实体，对象的粒度更大，能性更高，且具有一定自主性。主体试图自治地、独立地完成任务，且可以和环境交互，其他主体通信，过规划达到目标。多主体系统主要研究在逻辑上或物理上分离的多个主体之间进行协调智能行为，终实现问题求解。多主体系统试图用主体来模拟人的理性行为，要应用在对现实世界和社会的模拟、机器人以及智能机械等领域。目前对主体和多主体系统的研究主要集中在主体和多主体理论、主体的体系结构和组织、主体语言、主体之间的协作和协调、通信和交互技术、多主体学习以及多主体系统应用等方面。4 人工智能在医学上有何应用(1)美国科学家和欧洲科学家已经成功的研制出用于人类血管治疗的微型机器人，不久的将来就会制造出可以在毛细血管里运动的机器人。而这种可以在毛细血管中运动的微型机器人的出现将彻底改变传统观念对人工智能的理解。因为这种通过毛细血管运动的机器人，以通过毛细血管进入人类大脑，器人可以通过控制人类脑细胞这样更高级的操作，到一种全新的人工智能概念。科学家曾经认为人工智能机器人的瓶颈在于微型电脑芯片的运算速度无法适应机器人的体积，是这种可以在毛细血管中运动的机器人则成功的应用了最新的电脑芯片，过与人脑配合来处理高难度运算，决体积和运算速度矛盾的问题。特别是在与人脑进行智能配合后，来的人工智能的概念就是-机器人智能与人类大脑相互融合，一。目前科学家通过已有的 5 种扫描技术，得人类第一次能看到大脑生成思想的过程和智能化结构。科学家通过收集到的大脑数据建立起有关人类大脑的详细数学模型，于机器人智能与人类大脑的融合。另外，前最新的超级计算机每秒钟超过亿次的计算速度，以在将来的时候扫描大脑的所有区域，至可以超越人类脑细胞的运算极限。最终这些人工智能机器人使用的智能终端将比人类更聪明，能将生物和非生物智能的优势结合起来。虽然很多科学家担心这是机器智能的外来入侵，是对人类文明的一种威胁。但是，机器人毕竟是人类制造出来的。目前，美国科学家正在尝试把微型机器人放进血管。纳米机器人就象人类白血球一样，能针对特定的病原体无线下载软件，在几秒钟的时间里就能破坏病原体，而人体的白血球要花几个小时的时间才能破坏病原体。科学家相信，将来使用同样原理的微型人工智能型机器人可以通过毛细血管进入大脑，控制和影响人类大脑。它们将增强人类的认知功能，真正地扩展人类的大脑。(2)数字化全医学会诊中心凡医院都会遇到，全院或科室医生人手不够，忙不过来产生误诊漏诊，疑难病症会诊、转诊消耗医生资源等问题。查找原因，制定措施，加强整改，大费周章，问题总是很难根治。这些互根多重结构性问题，一般不易发现问题关键，也很难找到解决办法。数字化全医学会诊中心，是一套基于计算机辅助诊疗的系统，其技术核心是基于全医学知识库的人工智能。全医学数字会诊中心，为一组症状提供 41 个专科临床视角,防止漏诊误诊，提高诊疗水平。它为临床提供最便捷的工具，提供三种录入方式,四种症状状态参与推导的选择模式,多种工具使用(例如，症状可节点缩展等)，把医生从繁杂的工作中解放出来，为疾病诊治提供最佳方案，临床路径更方便,添加药物有参考,药品配伍可禁忌审核，扩大医生用药知识面,合理用药,可为患者提供更好的医药服务.为病历书写建立科学依据，系统提供三病鉴别的功能，并能够详细的记录诊断的全过程，方便医生参考、书写病历或建立电子病历档案。迅速弥补医疗资源的匮乏，降低医疗事故率，是医生案头的一部快速、准确、随心所欲的智能化医学百科全书，并提供临床最佳思路。人工智能一直处于计算机技术的前沿，人工智能研究的理论和发现在很大程度上将决定计算机技术的发展方向。党和国家发出号召，增强自主创新能力建设创新型国家。当今时代，智能科学技术是理论原始创新的核心地带，是技术创新的富矿区域，也是应用创新广阔舞台。智能无处不需，智能无处不在。推进信息化，攀登智能化，实现现代化，是建设资源节约、环境友好、生态平衡、持续发展、文明和谐、国家安全的小康社会的必由之路。5 人工智能在医学领域的应用前景医学人工智能是人工智能发展出来的一大分支，它将为医学诊疗问题提供解决方案，研究最多成果最显著的是医学专家系统。医学专家系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，它应人工智能技术，根据某个领域一个或多个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以解决那些需要专家决定的复杂问题。专家系统是目前人工智能中最活跃、最有成效的一个研究领域。 在“专家系统”的研究中已呈现出成功和有效应用人工智能技术的趋势，并出现了不少优秀的成果。1972 年 de Domabl 研发了“急性腹痛鉴别诊断系统”，1976 年 Shortliffe 完成“传染性疾病鉴别诊断系统MYCIN”， 该系统可以对血液传染病的诊断治疗方案提供咨询意见，专业鉴定结果表明，它对细菌血液病、脑膜炎方面的诊断和提供治疗方案的水平已超过了这方面的专家。中国中医界相似的研究从 80 年代起也开展得如火如荼，大约有 140 个以经验为主的中医专家系统相继研发。医学专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、提供治疗方案等。高性能的医学专家系统也已经从学术研究开始进入临床应用研究。随着人工智能整体水平的提高，医学专家系统也将获得发展，正在开发的新一代专家系统有分布式专家系统和协同式专家系统等，其在医学领域的应用将更有利于临床疾病诊断与治疗水平的提高。 6 结束语本设计在秦老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水，不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的论文工作顺利完成。参考文献：1 N J NilssonArtificial Intelligence：A new Synthesis MSan Francisco：Morgan K