预测能力成为陷阱？临床人工智能上演“模型大逃杀”

当前，越来越多的人工智能模型有望被用于临床，包括预测白血病、中风的危险性。

药物临床开发阶段，AI模型也开始试点对临床试验结果的预测以及分析。

很多模型声称能够对临床结果做出预测及警示，助力临床研究和护理，但是在实际部署过程中，医生与模型的互动反而可能会造成AI性能的改变。

一项新的研究表明，随着时间的推移，这些预测模型可能“会好心办坏事”——导致呈现的数据结果出现误差，效果急剧下降。

明明应该是向善的技术，最终反而害了人？

AI临床，模型吃模型

临床中，疾病的发展和死亡息息相关。

例如在ICU病房，急性肾损伤（Acute kidney injury，AKI）是常见的并发症，高达20%-70%患者将会进展到AKI的某个阶段。

另外，急性肾损伤又跟死亡率高度相关，那么预测急性肾损伤概率和预测死亡率就成为了两个模型，针对其中一个结果的处理会影响另一个结果。

近日的论文中，研究人员以美国两大顶尖医院——西奈山医疗系统和贝斯以色列女执事医疗中心重症监护病房(ICU)的入院情况作为研究对象，共计收治了13万名病人。

而为了评估模型的结果，团队又引入了几个数据，一个是依从率，指医生得知模型预警后的遵守程度（毕竟医生不会完全听信模型）；

第二个则是有效率，也叫敏感度，指导致管理变化并防止不利结果的真阳性模型预测的比例。

还有一个是特异性，也称作真阴性率，医学中如果特异性较低，则会出现很多假阳性的误诊患者。

研究人员设立了3个场景。

场景1：初次使用后重新训练模型

在第一个场景中，研究团队训练一个预测ICU入院后5天死亡率的模型，并根据新的患者数据对其进行了重新训练，模拟了如果预测工具在部署后反馈会发生什么。

他们发现，虽然该方法最初提高了性能，但结果却导致性能进一步下降。表现为死亡率预测模型在重新训练一次后失去了 9%到39% 的特异性。

发生这种情况是因为模型首先适应不断变化的条件，随着患者特征和模型“学习”的结果之间的关系因再训练而发生变化，导致其性能下降。

场景2：按顺序部署模型

第二种情况涉及在已经部署了另一个模型之后开发一个新模型。在部署急性肾损伤的模型后，训练了与预测死亡率的模型。

这一情境下，实施急性肾损伤 (AKI) 后创建的死亡率预测模型失去了 8% 到 15% 的特异性。

当肾脏模型的预测帮助患者避免急性肾损伤时，它也降低了死亡率。因此当后来再使用这些数据创建死亡率预测因子时，其特异性就受到了影响。两个工具都将受到数据漂移的影响。

专家称可能无法定义结果之间的确切关系，这意味着之前接受机器学习引导护理的患者的结果有所改善，但他们的数据不再适合在模型训练中使用。

场景3：同时使用两个预测模型

在这个场景中，将ICU入院后5天内预测死亡率和AKI的模型同时实施。最终发现使用一组预测会使另一组预测变得过时，不再适用了。

因此，预测应该基于新收集的数据，这可能成本高昂或不切实际。

在23053项预测中，118项AKI预测和141项死亡率预测被认为过时，依从率为0.1。当依从率为0.75时，这些值分别增加到5841和6962。

两个模型同时部署时，每个模型各自所驱动的医疗保健变化都会使其他模型的预测失效，每个模型都会导致另一个模型的有效准确度降低 1% 到 28%。

图A和C分别显示了随着依从率的增加，急性肾损伤和死亡率预测模型的有效准确性的变化。A和C中的条形图显示了在基线实验室条件下开发的模型(依从率为0)和临床医生对模型预测的依从率增加之间的性能百分比变化。图B和D显示了对AKI和死亡率结果的预测的数量和百分比，这些预测由于来自另一个模型的预测而因管理变化而过时。对于任何一个模型，有效的准确性降低，而过时的预测数量随着医生对模型预测的坚持而增加。

这也反应了：使用预测模型的时间越长，而不考虑反馈循环后性能下降，它们的可靠性就越低，就像一颗定时炸弹。

呼吁更多监管

当然这次研究仍然有局限性，导致结论不一定准确，例如数据上因为伦理和审查问题，导致它是一次回顾性模拟研究，而并非真实临床上的部署。

也就是说，这项研究无法得知真实临床上的依从性，以及临床干预措施在减少肾脏损伤和死亡方面的效果如何。

但它也揭开了一个被忽视的问题，人们总是宣称AI模型的准确度有多么高，进入医院试点部署了，但后续对却缺乏对模型性能的监测。

这些模型在实际部署中会产生复杂的相互作用，例如按顺序部署或者同时部署后，一旦重新训练模型或者数据反馈机制，那么这个模型就没用了。

并且随着临床模型的越来越多，它可能会更加难办。例如此前智药局曾经报道过，当前国内外医疗大模型数量暴增，未来的迭代将接受这些数据的训练，而且可能会产生意想不到的后果。

由此我们陷入了一个“模型吃模型”的世界。（model-eat-model world）

专家警示，如果不加以重视，一个AI模型除了最终使自己无法使用外，还会混淆其他模型的部署和未来开发。

此前FDA出台过关于AI模型的指南草案，并提出了一种全生命周期方法来监管人工智能或机器学习模型，用于监控和更新模型的过程。建议的组件包括数据管理、模型再训练、性能评估和更新程序。

我们早就该意识到，影响患者预后和 EHR 数据下游反馈的成功实施，需要新的方法来更新模型。

参考链接：

https://doi.org/10.7326/M23-0949

https://www.statnews.com/2023/10/10/the-model-eat-model-world-of-clinical-ai-how-predictive-power-becomes-a-pitfall/

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