人工智能（AI）系统在接下来的几十年中有很大的希望可以改善医疗保健。具体而言，利用多个数据源和输入模式的AI系统有望成为一种可行的方法，可以在广泛的应用程序中提供更准确的结果和可部署的管道。在这项工作中，我们提出并评估一个统一的医学中的整体AI（HAIM）框架，以促进利用多模式输入的AI系统的生成和测试。我们的方法使用可通用的数据预处理和机器学习建模阶段，可以很容易地适应医疗保健环境中的研究和部署。我们通过训练和表征基于MIMIC-IV-MM的14,324个独立模型来评估我们的HAIM框架，该模型是一种多模式临床数据库（n = 34,537个样本），其中包含7,279个独特的住院和6,485名患者，涵盖了4个数据模态的所有可能输入组合（即，所有可能的输入组合）表格，时间序列，文本和图像），11个独特的数据源和12个预测任务。我们表明，该框架可以始终如一地生产出在各种医疗保健示范中超过相似的单源方法的模型（乘以6-33％），包括10种不同的胸部病理学诊断，以及休息时间和48小时的死亡率预测。我们还使用Shapley值量化了每种模式和数据源的贡献，这证明了数据类型重要性的异质性以及在不同医疗保健相关的任务中多模式输入的必要性。我们的整体医学AI（HAIM）框架的可推广性能和灵活性可以为未来的临床和运营医疗环境中的多模式预测系统提供有希望的途径。
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多模式融合方法旨在整合来自不同数据源的信息。与天然数据集不同，例如在视听应用中，样本由“配对”模式组成，医疗保健中的数据通常异步收集。因此，对于给定样品需要所有方式，对于临床任务而言并不现实，并且在训练过程中显着限制了数据集的大小。在本文中，我们提出了Medfuse，这是一种概念上简单但有前途的基于LSTM的融合模块，可以容纳Uni-Mododal和多模式输入。我们使用MIMIC-IV数据集中的临床时间序列数据以及Mimic-CXR中的相应的胸部X射线图像，评估了融合方法，并引入了院内死亡率预测和表型分类的新基准结果。与更复杂的多模式融合策略相比，MEDFUSE在完全配对的测试集上的差距很大。它在部分配对的测试集中还保持了强大的稳定性，其中包含带有缺少胸部X射线图像的样品。我们发布了我们的可重复性代码，并在将来对竞争模型进行评估。
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如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。
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Multimodal deep learning has been used to predict clinical endpoints and diagnoses from clinical routine data. However, these models suffer from scaling issues: they have to learn pairwise interactions between each piece of information in each data type, thereby escalating model complexity beyond manageable scales. This has so far precluded a widespread use of multimodal deep learning. Here, we present a new technical approach of "learnable synergies", in which the model only selects relevant interactions between data modalities and keeps an "internal memory" of relevant data. Our approach is easily scalable and naturally adapts to multimodal data inputs from clinical routine. We demonstrate this approach on three large multimodal datasets from radiology and ophthalmology and show that it outperforms state-of-the-art models in clinically relevant diagnosis tasks. Our new approach is transferable and will allow the application of multimodal deep learning to a broad set of clinically relevant problems.
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以富有成效和有效的方式处理和分析表格数据对于在医疗保健等领域的成功应用程序中的成功应用至关重要。但是，缺乏代表和标准化表格信息的统一框架对研究人员和专业人员都构成了重大挑战。在这项工作中，我们介绍了TabText，一种利用语言的非结构化数据格式的方法论，可以有效，准确地从不同的表结构和时间段编码表格数据。我们使用两个医疗保健数据集和四个预测任务，这些任务通过TabText提取的特征优于传统处理方法提取的那些提取的任务，而这些任务的功能却高于2-5％。此外，我们分析了框架对缺失价值观，元信息和语言描述性句子表示的不同选择的敏感性，并为赢得改善绩效的策略提供了见解。
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最近应用于从密集护理单位收集的时间序列的机器学习方法的成功暴露了缺乏标准化的机器学习基准，用于开发和比较这些方法。虽然原始数据集（例如MIMIC-IV或EICU）可以在物理体上自由访问，但是选择任务和预处理的选择通常是针对每个出版物的ad-hoc，限制出版物的可比性。在这项工作中，我们的目标是通过提供覆盖大型ICU相关任务的基准来改善这种情况。使用HirID数据集，我们定义与临床医生合作开发的多个临床相关任务。此外，我们提供可重复的端到端管道，以构建数据和标签。最后，我们提供了对当前最先进的序列建模方法的深入分析，突出了这种类型数据的深度学习方法的一些限制。通过这款基准，我们希望为研究界提供合理比较的可能性。
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越来越多的研究致力于将机器学习方法应用于电子健康记录（EHR）数据，以完成各种临床任务。这一不断增长的研究领域暴露了所有人EHR数据集可访问性的局限性，以及不同建模框架的可重复性。这些局限性的原因之一是缺乏标准化的预处理管道。模仿是一种以许多研究中使用的原始格式免费获得的EHR数据集。缺乏标准化的预处理步骤是对数据集更广泛采用的重大障碍。它还导致在下游任务中使用不同的队列，从而限制了在类似研究中比较结果的能力。对比研究还使用各种不同的性能指标，可以大大降低比较模型结果的能力。在这项工作中，我们提供了一条端到端完全可定制的管道，以提取，清洁和预处理数据；并预测和评估ICU和非ICU相关临床时间序列预测任务的模拟数据集（MIMIC-IV）的第四版。该工具可在https://github.com/healthylaife/mimic-imic-iv-data-pipeline上公开获得。
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尽管有无数的同伴审查的论文，证明了新颖的人工智能（AI）基于大流行期间的Covid-19挑战的解决方案，但很少有临床影响。人工智能在Covid-19大流行期间的影响因缺乏模型透明度而受到极大的限制。这种系统审查考察了在大流行期间使用可解释的人工智能（Xai）以及如何使用它可以克服现实世界成功的障碍。我们发现，Xai的成功使用可以提高模型性能，灌输信任在最终用户，并提供影响用户决策所需的值。我们将读者介绍给常见的XAI技术，其实用程序以及其应用程序的具体例子。 XAI结果的评估还讨论了最大化AI的临床决策支持系统的价值的重要步骤。我们说明了Xai的古典，现代和潜在的未来趋势，以阐明新颖的XAI技术的演变。最后，我们在最近出版物支持的实验设计过程中提供了建议的清单。潜在解决方案的具体示例也解决了AI解决方案期间的共同挑战。我们希望本次审查可以作为提高未来基于AI的解决方案的临床影响的指导。
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快速准确地检测该疾病可以大大帮助减少任何国家医疗机构对任何大流行期间死亡率降低死亡率的压力。这项工作的目的是使用新型的机器学习框架创建多模式系统，该框架同时使用胸部X射线（CXR）图像和临床数据来预测COVID-19患者的严重程度。此外，该研究还提出了一种基于nom图的评分技术，用于预测高危患者死亡的可能性。这项研究使用了25种生物标志物和CXR图像，以预测意大利第一波Covid-19（3月至6月2020年3月至6月）在930名Covid-19患者中的风险。提出的多模式堆叠技术分别产生了89.03％，90.44％和89.03％的精度，灵敏度和F1分数，以识别低风险或高危患者。与CXR图像或临床数据相比，这种多模式方法可提高准确性6％。最后，使用多元逻辑回归的列线图评分系统 - 用于对第一阶段确定的高风险患者的死亡风险进行分层。使用随机森林特征选择模型将乳酸脱氢酶（LDH），O2百分比，白细胞（WBC）计数，年龄和C反应蛋白（CRP）鉴定为有用的预测指标。开发了五个预测因素参数和基于CXR图像的列函数评分，以量化死亡的概率并将其分为两个风险组：分别存活（<50％）和死亡（> = 50％）。多模式技术能够预测F1评分为92.88％的高危患者的死亡概率。开发和验证队列曲线下的面积分别为0.981和0.939。
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机器学习（ML）是人工智能（AI）的子场，其放射学中的应用正在以不断加速的速度增长。研究最多的ML应用程序是图像的自动解释。但是，可以将自然语言处理（NLP）与文本解释任务组合的ML结合使用，在放射学中也具有许多潜在的应用。一种这样的应用是放射学原始胶体的自动化，涉及解释临床放射学转介并选择适当的成像技术。这是一项必不可少的任务，可确保执行正确的成像。但是，放射科医生必须将专门用于原始胶片的时间进行报告，与推荐人或教学进行报告，交流。迄今为止，很少有使用临床文本自动选择协议选择的ML模型的出版物。本文回顾了该领域的现有文献。参考机器学习公约建议的最佳实践对已发布模型进行系统评估。讨论了在临床环境中实施自动质胶的进展。
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对世界各地的急诊部门（ED）服务的需求不断增长，特别是在Covid-19大流行下。风险三环在优先考虑最需要它们的患者的有限医疗资源方面发挥着至关重要的作用。最近，普遍使用电子健康记录（EHR）已经产生了大量的存储数据，伴随着开发可改善紧急护理的预测模型的巨大机会。然而，没有基于大型公共EHR的广泛接受的ED基准，这是新的研究人员可以轻松访问的基准。填补这种差距的成功可以使研究人员更快，方便地开始研究，而无需详细数据预处理，并促进不同研究和方法之间的比较。在本文中，基于医疗信息MART为重症监护IV急诊部门（MIMIC-IV-ED）数据库，我们提出了一款公共ED基准套件，并获得了从2011年到2019年的50万ED访问的基准数据集。三个ed已经介绍了基于预测任务（住院，关键结果和72小时ED Revisit），其中实施了各种流行的方法，从机器学习方法到临床评分系统进行了实施。他们的性能结果评估并进行了比较。我们的代码是开源，因此任何具有访问模仿-IV-ED的人都可以遵循相同的数据处理步骤，构建基准，并重现实验。本研究提供了洞察力，建议，以及未来研究人员的协议，以处理原始数据并快速建立紧急护理模型。
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电子健康记录（EHRS）在患者级别汇总了多种信息，并保留了整个时间内患者健康状况进化的轨迹代表。尽管此信息提供了背景，并且可以由医生利用以监控患者的健康并进行更准确的预后/诊断，但患者记录可以包含长期跨度的信息，这些信息与快速生成的医疗数据速率相结合，使临床决策变得更加复杂。患者轨迹建模可以通过以可扩展的方式探索现有信息来帮助，并可以通过促进预防医学实践来增强医疗保健质量。我们为建模患者轨迹提出了一种解决方案，该解决方案结合了不同类型的信息并考虑了临床数据的时间方面。该解决方案利用了两种不同的架构：一组支持灵活的输入功能集，以将患者的录取转换为密集的表示；以及在基于复发的架构中进行的第二次探索提取的入院表示，其中使用滑动窗口机制在子序列中处理患者轨迹。使用公开可用的模仿III临床数据库评估了开发的解决方案，以两种不同的临床结果，意外的患者再入院和疾病进展。获得的结果证明了第一个体系结构使用单个患者入院进行建模和诊断预测的潜力。虽然临床文本中的信息并未显示在其他现有作品中观察到的判别能力，但这可以通过微调临床模型来解释。最后，我们使用滑动窗口机制来表示基于序列的体系结构的潜力，以表示输入数据，从而获得与其他现有解决方案的可比性能。
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背景：电子健康记录（EHRS）包含丰富的患者健康历史信息，这通常包括结构化和非结构化数据。已经有许多研究专注于从结构化数据中蒸馏有价值的信息，例如疾病代码，实验室测试结果和治疗方法。但是，依托结构化数据可能不足反映患者的综合信息，此类数据可能偶尔含有错误的记录。目的：随着机器学习（ML）和深度学习（DL）技术的最近进步，越来越多的研究通过纳入非结构化的自由文本数据，寻求获得更准确的结果。本文评论了使用多模式数据的研究，即结构化和非结构化数据的组合，从EHRS作为传统ML或DL模型的输入来解决目标任务。材料和方法：我们在电气和电子工程师（IEEE）数字图书馆（IEEE）数字图书馆，PubMed和Compution Machion（ACM）数字文章中搜索了与基于ML的多模式EHR研究相关的制品。结果与讨论：最后94项包括研究，我们专注于如何使用常规ML和DL技术合并和互动的数据来自不同方式的数据，以及如何在与EHR相关的任务中应用这些算法。此外，我们研究了这些融合方法的优点和局限，并表明了基于ML的多模式EHR研究的未来方向。
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传统机器学习方法面临两种主要挑战，在处理医疗保健预测分析任务方面。首先，医疗保健数据的高维性质需要劳动密集型和耗时的过程，为每项新任务选择适当的功能集。其次，这些方法依赖于特征工程来捕获患者数据的顺序性，这可能无法充分利用医疗事件的时间模式及其依赖性。最近的深度学习方法通过解决医疗数据的高维和时间挑战，对各种医疗保健预测任务显示了有希望的性能。这些方法可以学习关键因素（例如，医学概念或患者）的有用表示及其与高维原始或最低处理的医疗保健数据的相互作用。在本文中，我们系统地审查了专注于推进和使用深神经网络的研究，以利用患者结构化时间序列数据进行医疗保健预测任务。为了识别相关研究，搜索MEDLINE，IEEE，SCOPUS和ACM数字图书馆于2021年2月7日出版的研究。我们发现研究人员在十个研究流中为深度时间序列预测文献做出了贡献：深入学习模型，缺少价值处理，不规则处理，患者表示，静态数据包容，关注机制，解释，纳入医疗本体，学习策略和可扩展性。本研究总结了这些文献流的研究见解，确定了几个关键研究差距，并提出了未来的患者时间序列数据深入学习的研究机会。
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2019年12月，一个名为Covid-19的新型病毒导致了迄今为止的巨大因果关系。与新的冠状病毒的战斗在西班牙语流感后令人振奋和恐怖。虽然前线医生和医学研究人员在控制高度典型病毒的传播方面取得了重大进展，但技术也证明了在战斗中的重要性。此外，许多医疗应用中已采用人工智能，以诊断许多疾病，甚至陷入困境的经验丰富的医生。因此，本调查纸探讨了提议的方法，可以提前援助医生和研究人员，廉价的疾病诊断方法。大多数发展中国家难以使用传统方式进行测试，但机器和深度学习可以采用显着的方式。另一方面，对不同类型的医学图像的访问已经激励了研究人员。结果，提出了一种庞大的技术数量。本文首先详细调了人工智能域中传统方法的背景知识。在此之后，我们会收集常用的数据集及其用例日期。此外，我们还显示了采用深入学习的机器学习的研究人员的百分比。因此，我们对这种情况进行了彻底的分析。最后，在研究挑战中，我们详细阐述了Covid-19研究中面临的问题，我们解决了我们的理解，以建立一个明亮健康的环境。
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眼睛的临床诊断是对多种数据模式进行的，包括标量临床标签，矢量化生物标志物，二维底面图像和三维光学相干性层析成像（OCT）扫描。临床从业者使用所有可用的数据模式来诊断和治疗糖尿病性视网膜病（DR）或糖尿病黄斑水肿（DME）等眼部疾病。在眼科医学领域启用机器学习算法的使用需要研究治疗期内所有相关数据之间的关系和相互作用。现有的数据集受到限制，因为它们既不提供数据，也没有考虑数据模式之间的显式关系建模。在本文中，我们介绍了用于研究以上限制的视觉眼睛语义（橄榄）数据集的眼科标签。这是第一个OCT和近IIR眼底数据集，其中包括临床标签，生物标记标签，疾病标签和时间序列的患者治疗信息，来自相关临床试验。该数据集由1268个近红外图像组成，每个图像至少具有49个10月扫描和16个生物标志物，以及4个临床标签和DR或DME的疾病诊断。总共有96张眼睛的数据在至少两年的时间内平均，每只眼睛平均治疗66周和7次注射。我们在医学图像分析中为橄榄数据集进行了橄榄数据集的实用性，并为核心和新兴机器学习范式提供了基准和具体研究方向。
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COVID-19的大流行造成了毁灭性的经济和社会破坏，使全球医疗机构的资源紧张。这导致全国范围内呼吁模型预测Covid-19患者的住院和严重疾病，以告知有限医疗资源的分配。我们回应针对儿科人群的其中一种。为了应对这一挑战，我们使用电子健康记录研究了针对儿科人群的两项预测任务：1）预测哪些儿童更有可能住院，而2）在住院儿童中，哪些孩子更有可能出现严重的症状。我们通过新颖的机器学习模型MEDML应对国家儿科Covid-19数据挑战。 MEDML根据超过600万个医学概念的医学知识和倾向得分提取了最预测的特征，并通过图神经网络（GNN）结合了异质医学特征之间的功能间关系。我们使用来自国家队列协作（N3C）数据集的数据评估了143,605名患者的MEDML，并在143,605名患者的住院预测任务中评估了严重性预测任务的11,465名患者。我们还报告了详细的小组级和个人级特征的重要性分析，以评估模型的解释性。与最佳的基线机器学习模型相比，MEDML的AUROC得分高达7％，AUPRC得分高达14％，并且自大流行以来的所有九个国家地理区域以及所有三个月的跨度都表现良好。我们的跨学科研究团队开发了一种将临床领域知识纳入新型机器学习模型的框架的方法，该框架比当前最新的数据驱动的功能选择方法更具预测性和可解释。
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Electronic Health Records (EHRs) are a valuable asset to facilitate clinical research and point of care applications; however, many challenges such as data privacy concerns impede its optimal utilization. Deep generative models, particularly, Generative Adversarial Networks (GANs) show great promise in generating synthetic EHR data by learning underlying data distributions while achieving excellent performance and addressing these challenges. This work aims to review the major developments in various applications of GANs for EHRs and provides an overview of the proposed methodologies. For this purpose, we combine perspectives from healthcare applications and machine learning techniques in terms of source datasets and the fidelity and privacy evaluation of the generated synthetic datasets. We also compile a list of the metrics and datasets used by the reviewed works, which can be utilized as benchmarks for future research in the field. We conclude by discussing challenges in GANs for EHRs development and proposing recommended practices. We hope that this work motivates novel research development directions in the intersection of healthcare and machine learning.
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基于变压器模型架构的最近深入学习研究在各种域和任务中展示了最先进的性能，主要是在计算机视觉和自然语言处理域中。虽然最近的一些研究已经实施了使用电子健康记录数据的临床任务的变压器，但它们的范围，灵活性和全面性有限。在本研究中，我们提出了一种灵活的基于变换器的EHR嵌入管道和预测模型框架，它引入了利用了医疗域唯一的数据属性的现有工作流程的几个新颖修改。我们展示了灵活设计的可行性，在重症监护病房的案例研究中，我们的模型准确地预测了七种临床结果，这些临床结果与多个未来的时间范围有关的入院和患者死亡率。
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临床试验是药物开发的重要一步，通常是昂贵且耗时的。在计算机试验中，是通过模拟和建模作为替代传统临床试验的临床试验进行数字进行的。在计算机试验中支持AI可以通过创建虚拟队列作为控件来增加案例组的规模。此外，它还可以实现试验设计的自动化和优化，并预测试验成功率。本文在三个主要主题下系统地回顾了论文：临床模拟，个性化预测建模和计算机辅助试验设计。我们专注于如何在这些应用中应用机器学习（ML）。特别是，我们介绍了机器学习问题的公式和每个任务的可用数据源。最后，我们讨论了现实世界中的Silico试验中AI的挑战和机遇。
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