人工智能教学病例库在住院医师临床思维培训中的应用

汪恒 WANG Heng 王妍 WANG Yan 沈宁 SHEN Ning 韩江莉 HAN Jiang-li

大学附属医院在医学毕业生转变为合格医生的过程中发挥着至关重要的作用，传统的教学模式要求学生广泛接触各种实际病例并参与其诊疗活动，以不断丰富其临床经验，提高临床实践能力。在教学过程中接触病例的多寡以及临床问题的多样化，必然会对医学生和住院医师的临床实践能力和培养周期产生重要影响。新型冠状病毒感染疫情，也对临床医学教育模式提出更高要求。随着人工智能技术的兴起及其在医学领域的应用，临床医学教育模式和方法正在发生巨大变化，即将迎来时代变革。基于人工智能的临床思维能力训练病例数据库不仅对医学生和住院医师临床思维能力提升发挥作用，而且可以用于线上临床思维能力考核，辅助解决现阶段以及未来由于各种突发公共卫生事件发生可能给学生和住院医师培训和考核带来的困境。

住院医师临床思维培训的现状分析

临床思维属于方法学范畴，临床思维是医生认识疾病、判断疾病、治疗疾病等临床实践过程中所采用的一种逻辑推理方法，临床思维贯穿于整个临床诊疗过程中[1]。临床思维能力的培养是从医学生向临床医师过渡的必备条件。但是现有的教学模式很难对医学生和住院医师的临床思维能力进行全面培养。临床思维能力培训是目前医学生和住院医师培训过程中的重点与难点，前期调研显示医学生和住院医师普遍存在临床思维能力不足的情况[2]。目前医学教育体系中，课堂教学阶段以讲授基本知识、基本理论为主。学生本科毕业后进入住院医师规范化培训阶段，普遍存在基础知识与临床脱节的问题，主要表现为在临床实践中过度依赖书本、生搬硬套，不能很好地开展临床诊疗工作[3]。传统的教学模式要求学生通过广泛接触各种各样的实际病例并参与其诊疗活动，以不断丰富其临床经验，提高其临床实践能力以满足日后临床工作的要求。在教学过程中接触病例的多寡以及临床问题的多样化，必然会对医学生和住院医师的临床实践能力和培养周期产生重要影响[4]。如何在住院医师培训过程中更多地联系实际临床问题，培养出既有坚实理论基础、又有过硬临床思维能力的优秀医师这一课题越来越受到重视。随着人工智能技术的兴起与在临床医学领域的应用，临床医学教育的模式与方式也在发生巨大的时代变革[5]。

住院医师临床思维教学病例库的构建

1.临床思维教学病例库信息化平台的建设目标。以疾病和症状为切入点，利用医院信息化平台，以真实病例为基础，借助人工智能技术，探索建立临床思维能力训练教学病例数据库，用于住院医师临床思维能力培训和教学效果评价。临床思维教学病例库信息化平台培训对象包括：医学生生产实习和临床见习阶段、住院医师规范化培训第一阶段学生和协同单位相当于住院医师和住院总医师水平医师。以北京大学第三医院为例，包括：医学本科生第四至五年、八年制二级学科阶段医学生、专业学位硕士研究生、规范化培训一阶段学生，协同单位住院医师。

2.教学病例的抽取与审核。通过对同病种不同患者的诊疗方案、路径进行数据挖掘，在分词结果中获取目标信息，从真实病历中运用自然语言处理中信息抽取技术，将一份完整真实的电子病历文书内容进行后结构化处理，通过机器学习，在线生成问题与匹配的答案，自动抽取的问题答案与原始病历正确匹配度可达90%以上。

教学病例由临床带教教师团队在医院电子病历系统中筛选，通过程序抽取出来后进行审核，保留适合用于教学的病例。教学病例确定后，抽取出病例关联的相关检验检查结果，包括检验、辅助检查(超声、影像、病理)等。经过去隐私处理后发布，供学生学习。

病例内容涵盖内科、外科、妇产科、儿科的医学生和住院医师临床思维能力训练教学病例400 例，见表1。

表1 临床思维教学病例库涵盖内容

3.临床思维病例学习和考核难度设计。根据教学病例病情的情况，将病例分为初级、中级和高级三个级别。学习难度分为四级：1 级难度提供得分项供学生学习；2 级难度提供全部选项供学生选择，包括得分项及干扰项；3 级难度显示部分得分项及全部干扰项供学生选择；4 级难度不提供选项，学生语音或手工录入问题后系统匹配结果。

4.模拟诊疗流程。模拟诊疗为人机互动形式，住院医师下载手机APP，根据患者的主诉，住院医师开始进行病史采集等，在手机端输入相应问题，由机器回答。模拟诊疗流程包括病史采集、体格检查、院前检查结果查看、检验、辅助检查、诊断与鉴别诊断等过程，见图1。病史采集内容包括：现病史、既往史、个人史、婚育史等。体格检查包括：生命体征(体温、脉搏、呼吸、血压)、一般情况(发育、营养、面容类型、表情、体位、神智、查体是否合作)、皮肤黏膜、淋巴结、头颈部、胸、肺、心、腹、腹股沟、外生殖器、直肠肛门、脊柱、四肢、神经系统，此外，还有专科体格检查：妇科专科检查、产科专科检查、骨科专科检查、儿科专科检查等内容。检验包括：血、尿常规、凝血、肝肾功能、免疫八项等。辅助检查包括：心电图、超声心动图、呼吸功能检查、内镜检查、超声检查、病理检查、X 线检查、CT、核磁检查等。

图1 模拟诊疗流程

5.多维度分级评价功能。系统记录学生学习的全过程，根据学生学习的情况对临床思维进行多维度评价，包括严谨性、逻辑性、系统性、敏捷性、知识拓展、多维度和综合应用[6]。严谨性：诊断与鉴别诊断考虑全面，没有缺项漏项；逻辑性：问诊、查体的先后顺序；系统性：问诊、查体、辅助检查的全面性；敏捷性：问诊、处置、诊断所用的时间长短；知识拓展：诊断与鉴别诊断的准确性；多维度：考虑到患者的多种疾病，而不是单病种；综合应用：基础知识的应用能力，用于第四级难度的评价。

住院医师临床思维教学病例库在应用效果

住院医师临床思维教学病例库通过充分利用医院信息化平台，以真实病例为基础，借助人工智能技术，为医学生和住院医师提供及时、丰富、全面的仿真训练平台，实现提高住院医师临床实践能力，加快人才培养进程的目标。提升医学生和住院医师培训教学质量：提供大数据病例学习与反馈数据库，锻炼住院医师临床思维能力，提升临床医学教学质量。促进教师对现代化教学方法的掌握：支持教师基于大数据的教学方式，为教师不断发展与创新临床教学模式与方法提供平台。适应疾病谱变化快、新治疗方法的更新。

1.住院医师应用效果。研究者设计调查问卷，通过App 进行应用体验调查，共110 名住院医师参与了问卷调查。通过问卷结果分析发现，住院医师对人工智能教学病例库进行临床思维学习的接受度较高，住院医师在学习后从问诊、体格检查、检验检查、诊断和鉴别诊断等获益方面进行自我评价，效果较好，见表2，对线上学习认可度较高，教学病历系统的使用较便捷，见表3。

表2 学习效果评价[n(%)]

表3 学习方式评价[n(%)]

针对问卷调查结果，通过访谈法对住院医师进行访谈，针对评价“低”和评价“不同意”的部分内容，了解学生需求。住院医师认为线上学习方式应增加互动讨论、评论区，以获得更加明确的反馈指导，包括给出典型或特殊病例的鉴别诊断的鉴别依据，提升专业学习效果。逐渐强化AI 回答的模糊检索功能，优化智能问诊库部分问题。体格检查部分由于无法真正接触患者，只有检查结果，在体格检查部分的技能提高还需要进一步增加现场培训。同时，增加相关文献资源、各类疾病最新国内外指南、技能操作(胸穿、腹穿、妇科检查、四部触诊、心电图判读等等)的标准化视频或讲解，让住院医师更好地了解诊断依据的判定规则。

2.带教教师应用体验。带教教师在使用此系统后认为，交互式人工智能教学病例库在教学病例的抽取方面存在较大优势，教师通过关键词检索即可搜索到适合住院医师临床思维培训的教学病例，并通过人工智能技术将问诊、体格检查等内容自动匹配，相应的检验检查结果也能经过去隐私处理与教学病例匹配，极大地提升了带教教师编写教学病例的便利度。此外，该系统能记录住院医师病例学习的情况，以便带教教师监控学生学习全过程，找出住院医师临床思维学习的薄弱之处进行更有针对性的培训。但是由于住院医师在问诊时问诊问题差异较大，存在自动回复内容与问题不匹配问题，还需要机器学习不断提升准确度，此外，体格检查等涉及临床技能操作的内容，应用此系统进行培训还存在一定欠缺。

结语

模拟教学已成为医学教育中重要的教学形式[7]。通过人工智能技术构建的基于医院真实病例为基础的教学病例库，模拟患者和医疗环境进行临床思维培训，具有高仿真、可重复、可自行学习，易扩充数据库以及安全性高的优点。随着信息技术的发展，医学教育中也逐渐引入人工智能和虚拟现实技术，更多教学病例得到共享。欧美医学教育者重视交互式虚拟患者问诊系统的研发[8]，在其研究和实践中，虚拟患者问诊系统的优越性得到广泛认可，应用日益普及。由计算机全程记录学生的学习轨迹，并带有分析、评估系统，可用于临床思维训练和考核。在住院医师培训阶段，基于人工智能技术建立教学病例库，可以很好地帮助住院医师提高学习效率，培养规范、系统的问诊技能和临床思维，增加了住院医师临床思维学习途径，从而提升培训效果。此外，还可以促进临床教师掌握现代化教学方法，将医院的病例资源充分挖掘用于教学，提升病例资源的利用度。基于人工智能技术建立的教学病例库，可以作为其他教学手段的有益补充，广泛地应用与临床教学中。