知道什么对你的健康有好处吗？人工智能
大数据，大影响
这是《今日波士顿》五篇系列报道的第四篇
Art Jahnke的故事
数据和算法可以及早发现医疗问题并指出解决方案
一代人之前，互联网改变了一切。如今，数据科学被证明同样具有革命性。在互联网上丰富的个人信息的推动下——你的、我们的、每个人的——数据科学正在使商业更智能、医疗更高效、技术更简单、体育更有趣。但这也让我们更加脆弱。这篇文章是波士顿大学（Boston University）在大数据领域大举投资的第四篇文章，波士顿大学正准备在联邦大道（Commonwealth Avenue）上建造一座17层的数据科学中心（data Sciences Center），该中心将容纳其数学、统计和计算机科学系。正如波士顿大学校长罗伯特·a·布朗（Robert A. Brown）所说：“这是一门将改变我们行为方式的科学，它将在未来50年或100年里推动我们的行为。”
每一天，要找到一个医疗保健领域没有被数据分析以某种基本方式触及的角落变得越来越困难。你手腕上的Fitbit可能很快就会把你的静息心率发送到bb0，它将加入数百万人的电子健康记录，而算法可以生成全面的患者档案，随时随地为医疗服务提供者提供。顺便说一句，这些提供者在他们的工作流程被算法重新配置后，很可能会更有效地提供护理。几乎所有的事情，从我们的心跳到我们的血细胞计数，再到我们在医生办公室的等待时间，可能很快就会被数据科学的数学见解所追踪、分析、比较，并在理想情况下得到改进。人工智能（AI）正在进入医疗保健领域，而且速度很快，尽管医疗保健提供商手中的所有数据的风险仍在被发现和探索。
世界各地的澳门威尼斯人注册网站研究人员将大数据视为一种帮助大量人群和个人的方式。在波士顿大学，从宏观角度来看，算法分析了数百万条带有地理标签的推文，用于识别有助于健康生活方式的社区的物理特征。在微观方面呢？算法正在人脑扫描图中寻找可能预示阿尔茨海默病的蛋白质。
让我们来看看波士顿大学的一些项目，这些项目利用大数据来解决医疗问题，利用大学的多学科专业知识——将公共卫生专家与计算机科学人员相匹配，或将电气工程师与医生相匹配。
来自地球另一端的答案
波士顿大学医学院药理学和医学副教授杰拉德·丹尼斯（Gerald Denis）认为，了解波士顿健康问题的重要关键可以在地球的另一端找到。丹尼斯正在建立一个安全的、保护隐私的数据库，其中包含来自医学院以及孟买和班加罗尔医院的癌症和糖尿病患者的临床、分子和细胞信息。
“这个项目满足了跨机构比较数据的需求，”Denis说，他正在与医学院耳鼻喉科、神经外科和眼科学副教授、波士顿大学卫生系统创新与政策澳门威尼斯人注册网站研究所生物医学和卫生技术开发与转移领域主任Anand Devaiah合作。“例如，在波士顿，我们治疗了很多肥胖的乳腺癌患者，他们患有糖尿病和炎症等代谢并发症，这些并发症可能会加剧癌症转移的风险。在印度，临床医生也治疗患有糖尿病和炎症的乳腺癌患者，但这些患者瘦而不是肥胖。通常情况下，这两个种群永远不会被比较，所以我们将使用新的计算工具来汇集这两个种群，以揭示它们的共同点和不同点。”
为了保护患者医疗记录的隐私，丹尼斯求助于可靠信息系统与网络安全中心（Center for Reliable Information Systems & Cyber Security）的联合主任马扬克·瓦里亚（Mayank Varia），后者使用了一种名为安全多方计算的加密技术，可以在不泄露私人数据的情况下进行协作数据分析。该澳门威尼斯人注册网站研究的软件由软件与应用创新实验室（SAIL）开发，该实验室由波士顿大学Rafik B. Hariri计算与计算科学与工程澳门威尼斯人注册网站研究所的Andrei Lapets领导。该项目处于试点阶段，由Dahod乳腺癌澳门威尼斯人注册网站研究计划和波士顿大学数字健康计划资助，这是卫生系统创新与政策澳门威尼斯人注册网站研究所和哈里里计算与计算科学与工程澳门威尼斯人注册网站研究所之间的一项合作努力。
丹尼斯说：“通过处理首批数据，我们取得了成功。”“接下来，我们需要用波士顿和印度的数据来测试它。在那之后，我们将寻求资金来建设它。”
用更好的预测省钱
在医学院，资深数据科学家Jerry Sobieraj正在帮助波士顿医疗中心（BMC）降低治疗后30天内返院的患者数量，如果返院率超过地区标准，则可能会受到医疗补助支付者的处罚。
Sobieraj的团队利用他的分析师团队开发的算法和BMC电子医疗记录的数据，将患者分为三组：30天内再次出现在医院的高风险、中度风险和低风险患者。由于BMC有相当一部分患者无家可归，很难追踪，Sobieraj进一步确定了一个高危患者亚组，他们似乎“可以接受干预”。定义该队列，其后续护理可以仔细监测，可能听起来并不复杂，但要有效地做到这一点，需要考虑近200个变量，包括诊断、药物、临床观察、跌倒风险和红细胞和白细胞计数。
Sobieraj的团队还建立了一个“低敏锐度护理”模型，该模型可以识别出可能出现在急诊室的医疗问题患者，这些患者不需要急诊室提供昂贵的护理。他说，在BMC每月1万次急诊就诊中，这群人占了30%到35%，每次就诊的费用约为300美元。
Sobieraj说，接下来的步骤将包括设计一种有效的方法来联系这群病人，并教育他们澳门威尼斯人注册急救过度使用的成本和不便。
就像不必要的急诊一样，可以避免的住院治疗几十年来一直是医院病房里的大象。后者是数据科学家Yannis Paschalidis和澳门威尼斯人注册网站研究伙伴William G. Adams共同进行的澳门威尼斯人注册网站研究目标。Yannis是工程学院电子与计算机工程教授，也是信息与数据科学中心主任。几年前，当帕斯查里迪斯得知美国在2006年花费了308亿美元用于住院治疗时，他受到了激励，而这些住院治疗本来可以通过更好的病人护理、更健康的病人行为或改善门诊服务来避免。现在，在一个澳门威尼斯人注册网站研究生团队的帮助下，在美国国家科学基金会（National Science Foundation）的近200万美元资助下，他和亚当斯建立了一个算法模型，该模型对医疗记录的分析可以标记出医疗紧急情况风险增加的患者，准确率超过80%。到目前为止，这两位澳门威尼斯人注册网站研究人员一直专注于慢性心脏病和糖尿病，他们的目标是在一年内需要住院治疗的患者。“就成本而言，”帕斯查里迪斯说，“对这些病人的护理占可预防医院护理的很大比例。”
澳门威尼斯人注册网站研究人员还在进行一个类似的项目，旨在减少再入院处罚的数量，通过对普通外科患者的电子健康记录进行算法分析，预测哪些患者可能在手术后30天内再次出现在BMC。
此外，波士顿大学的另一个项目是Paschalidis与系统工程部门负责人Christos Cassandras（电气与计算机工程和系统工程的工程学教授）和医学助理教授Rebecca Mishuris（2008届医学硕士）合作。在美国国家科学基金会（National Science Foundation）为期三年、90万美元的资助下，澳门威尼斯人注册网站研究人员正在开发一种试点健康信息系统，以识别有心脏病或糖尿病风险的患者。仅这一项就花费了美国大约58亿美元，用于预防住院治疗。
帕斯查里迪斯说，尽早发现这些患者可以进行早期干预，理想情况下，根据不同药物的治疗效果，对这些患者进行个性化治疗。
与谷歌Fitbit计划一样，该项目将使用结合电子健康记录和实时来源数据的算法，包括可穿戴、植入式和家庭网络诊断设备。
“最终，我们希望从预测转向处方，”帕斯查里迪斯说。“我们在糖尿病和高血压方面有一些初步结果。目标是在电子健康记录中提供建议，作为护理提供者的指导。”
更好的扫描，更快的回答
在医学院的其他地方，医学助理教授Vijaya Kolachalama编写了一种算法，可以通过扫描整个大脑来发现阿尔茨海默病的证据，这比早期寻找阿尔茨海默病的单个大脑部分扫描迈出了一大步。更全面的图像不仅为澳门威尼斯人注册网站研究人员提供了更多的信息，而且提供的速度更快。“在此之前，”Kolachalama说，“一个人可能一天能分析10个扫描。现在，一台计算机可以在一周内进行100万次扫描，如果这台计算机能够从这100万次扫描中学习，那么它正在做一些非常有趣的事情。”
Kolachalama的实验室还利用成像数据和机器学习来探索肾脏疾病和骨关节炎的进展。他的肾脏疾病澳门威尼斯人注册网站研究使用从BMC获得的数字化肾活检数据，与包括医学副教授Vipul Chitalia在内的肾病学家团队一起进行。该项目的算法将预测患者来医院接受活检后肾脏内剩余的生命。
Kolachalama还与Rhoda Au合作，Rhoda Au是解剖学、神经生物学和神经学的医学教授，也是弗雷明汉心脏澳门威尼斯人注册网站研究的神经心理学负责人，弗雷明汉心脏澳门威尼斯人注册网站研究是由波士顿大学和国家心肺血液澳门威尼斯人注册网站研究所（NHLBI）进行的一项长达70年的数据收集。Au的工作最近在比尔·盖茨的博客盖茨笔记中得到了赞扬，他正在寻找阿尔茨海默病在几种人类行为中发病的生物特征线索。她正在梳理患者在健康评估期间记录的数千个音频文件，使用先进的机器学习来分析语言和声学特征的变化，如停顿、犹豫、词频和音调，这些可能是疾病的早期指标。在更广泛的努力中，她创建了一个数字大脑健康监测平台，通过可穿戴设备跟踪睡眠、行走步态和平衡等情况。
“我们正在捕捉一系列与疾病风险相关的行为，”Au说。“我们正在监测它们，这样我们就能比现在更早地发现它们。”
社交媒体中的线索
当Kolachalama从小事做起时，Elaine Nsoesie却在想大事。公共卫生学院全球健康助理教授正在使用地理标记推文来澳门威尼斯人注册网站研究不同社区健康的各个方面。Nsoesie是哈里里计算与计算科学与工程澳门威尼斯人注册网站研究所数据科学倡议的数据科学学院澳门威尼斯人注册网站研究员，他是一个团队的成员，该团队将来自60多万Twitter用户的8000万条地理标记推文映射到美国各地的人口普适区和邮政编码，以开发幸福、食物和体育活动的指标。她和SPH博士后助理尼娜·切萨雷（Nina Cesare）希望更好地了解不同人群在社交媒体上对健康行为的讨论有何不同。他们认为，他们的社交媒体数据可以带来新的、更好的方法来评估美国各地社区的健康指标。她说，毕竟，这些信息是及时的，而且收集这些信息的成本比使用调查要低得多。
Nsoesie还与艺术与科学学院计算机科学教授Margrit Betke合作，开展一个旨在了解肯尼亚饮食偏好的项目。她和贝特克正在分析这个东非国家人们发布的400万张Instagram图片，希望了解肯尼亚人是否更喜欢讨论西方食物，而不是他们的本土饮食，以及在这个国家的哪些地区。Betke说，其中一个挑战是教计算机识别非洲食物。她说，当他们能做到这一点时，他们就可以开始了解肯尼亚饮食有多“绿色”或多“油腻”，以及城市和农村地区的饮食是否有所不同。
和Nsoesie一样，Betke同时从事几个与健康相关的澳门威尼斯人注册网站研究项目。她最有前途的一项澳门威尼斯人注册网站研究是与萨金特健康与康复科学学院物理治疗助理教授、神经康复中心主任特里·埃利斯（Terry Ellis， 2005年医学博士）合作进行的，该澳门威尼斯人注册网站研究为帕金森病患者提供家庭物理治疗支持。在病人家中，一个基于摄像头的人工智能系统可以跟踪病人的运动范围和速度，并将其与理想参数进行比较。然后，软件将评估结果发送给医疗保健提供者，后者可以建议患者更快或更慢地移动，或者进一步扩大他们的活动范围。
这都是因为数据告诉他们这么做。