Порядок хаоса: искусственный интеллект в медицине

Искусственный интеллект, алгоритмы, вычислительная мощность — все это звучит как из фантастического фильма. Однако такие инструменты входят в новые аспекты нашей жизни, включая медицину. Обычно мы боимся того, чего не знаем. Стоит ли бояться, что искусственный интеллект заменит врача?

Искусственный интеллект (ИИ) — это термин, введенный в 1956 году американским ученым-компьютерщиком Джоном Маккарти. Означает способность системы правильно анализировать данные. В последние два десятилетия он все чаще используется, в том числе и в медицине. Она помогла, в том числе секвенировать геном человека.

В 1990 году Министерство энергетики США и Национальные институты здравоохранения США (NIH) решили выделить 3 миллиарда долларов на проект «Геном человека». Решение было основано на 15-летнем изучении генома человека. Об успехе было объявлено раньше, спустя 13 лет, а точнее 14 апреля 2003 года. Затем был опубликован документ, в котором говорилось, что секвенирование генома человека завершено. Однако это заняло очень много времени.

Технологии продвинулись так далеко с момента этого новаторского события, что всего несколько месяцев назад, в январе 2022 года, был установлен новый мировой рекорд, то есть геном человека был секвенирован всего за 5 часов и 2 минуты: от взятия образца до доставки результат пациенту.

Почему секвенирование генома? Ученые не без оснований надеются, что это шанс вылечить многие болезни, вызванные генными мутациями. Искусственный интеллект — один из инструментов, который помогает в этих открытиях.

ИИ в генетике

Почему ИИ только сейчас используется в медицине? Ведь алгоритмы искусственного интеллекта не были изобретены 10 лет назад. Мы знаем их уже несколько десятков лет.

– Да, но десятилетиями мы знали их только теоретически. Для практического использования не хватало простого элемента — суперкомпьютеров. Не было такой вычислительной мощности, чтобы применить теорию на практике, – сказала доктор Паула Добош из отделения генетики и геномики Центральной клинической больницы Министерства внутренних дел и администрации в Варшаве во время конференции «Пока не поздно, профилактика и современные диагностика является необходимым условием эффективной терапии».

— Геном одного пациента в таком «сыром» виде составляет не менее 60 Гб, поэтому если бы мы захотели обработать такие данные на обычном ноутбуке, это просто невозможно сделать. И именно поэтому мы только начинаем внедрять искусственный интеллект в нашу повседневную практику, — добавила она.

Боимся ли мы искусственного интеллекта?

Из исследований, проведенных на более чем 20 000 человек из 27 стран, включая Польшу, в период с 10 апреля по 3 мая 2019 года, то есть 41 процент. опрошенных обеспокоены тем, что искусственный интеллект однажды может заменить нас.

— С другой стороны, те из опрошенных, кто понял, что такое искусственный интеллект и как он может помочь нам в жизни, не видят причин для беспокойства. Таких людей в исследовании было 27 процентов. Целых 32 процента не было мнения по этому вопросу, – сказала доктор Паула Добош.

Искусственный интеллект в медицине — это более быстрая диагностика и поддержка врачей, но не их замена. По словам доктора Добоша, нам не нужно беспокоиться о том, что компьютер решит, как нам поступить, ведь искусственный интеллект ассоциируется, например, с картами Google, работающими по аналогичному принципу, или интеллектуальным пылесосом, который составляет карты, “выучивает” нашу систему квартиру и потом хорошо умеет убираться.

Применение искусственного интеллекта в медицине это:

• Организация медицинской документации;
• Моделирование и прогнозирование ответа на лечение;
• Анализ голоса и речи, который может быть полезен, например, для раннего выявления нейродегенеративных заболеваний;
• Визуализация (компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, рентген) и на основании этих тестов диагностирование, например, опухолевых очагов или инсультов;
• Патоморфология: анализ оцифрованных изображений ИГХ (количественная оценка интенсивности окрашивания);
• Кардиология: мониторинг функций кардиовертеров-дефибрилляторов;
• Системы, поддерживающие мониторинг состояния пациента (приложения), например, риск сердечного приступа, рецидив неопластического заболевания, гипогликемия;
• Генетический анализ данных.

Др. Паула Добош указывает, что искусственный интеллект должен подсказывать, стандартизировать и быть дополнительным источником информации для врача.

– Он поддержит врача, но это не алгоритм будет принимать решение за нас, он должен его только поддерживать. Он будет анализировать данные в режиме реального времени, предоставлять информацию и следить за состоянием пациента, особенно вне стационара, — подчеркнула она.

По ее мнению, искусственный интеллект повысит доступность и безопасность медицинских процедур.

Что мы можем прочитать в нашем геноме?

Секвенирование генома человека и использование искусственного интеллекта в медицине уже применяются при лечении рака.

– Мы можем выявить варианты, связанные с риском заболевания. Проведите молекулярный анализ неопластического генома и генома пациента и персонализируйте современную терапевтическую терапию. Каждый рак — это болезнь нашего генома. Кроме того, мы можем определить варианты, влияющие на ответ или отсутствие ответа на лечение, а также применять таргетную терапию и отслеживать ход лечения, — пояснил доктор. Паула Добош.

В качестве любопытства она упомянула о так называемом сигнатуры мутаций. – Из генома пациента можно узнать, что это кто-то на 100 процентов. он курил сигареты, даже если больной это отрицает. Вещества, содержащиеся в сигаретах, являются наиболее мутагенными. «Они всегда оставляют след в нашем геноме, поэтому всю оставшуюся жизнь мы сможем идентифицировать его, используя сигнатуры геномных мутаций», — пояснил доктор. Паула Добош.

Первой страной, решившей протестировать секвенирование всего генома на больных раком, стала Англия. Пилотная программа касалась нескольких видов рака и после ее завершения оказалось, что на целых 36 процентов. повысилась эффективность лечения на основе геномных данных. В настоящее время Англия расширяет программу, чтобы включить в нее больше раковых заболеваний.

– В результате они экономят время и средства, а также повышают выживаемость пациентов, – подчеркнула она.

Искусственный интеллект в исследованиях изображений

С 1895 года, когда открытие рентгеновских лучей стало важной вехой в медицине, исследования в области визуализации претерпели революцию. Тогда облучение длилось 20 минут — сейчас это почти невообразимо и неприемлемо, ведь в то время больной поглощал огромную дозу рентгеновских лучей. Усовершенствована визуализирующая диагностика, появилась возможность разработать ультразвуковые исследования с использованием ультразвуковых волн. В наше время в медицине есть компьютерные томографы, магнитно-резонансная томография с использованием магнитного поля, позволяющая визуализировать функции органов и органов в организме человека, либо сканировать все тело в поисках патологических изменений.

– У каждого из этих способов есть преимущества и недостатки. В каждом из методов лучевой диагностики присутствуют нарушения, артефакты, не полностью просматриваемые участки, т. е. обследование не точно изобразило обследуемый участок, и врач-рентгенолог не смог точно оценить изменения. Иногда болезнь проявляется так рано, что ее трудно оценить. Именно здесь на помощь приходит искусственный интеллект, объяснил доктор Мацей Бобович из 2-го отделения радиологии Гданьского медицинского университета.

В качестве примера он привел маммографию, которая позволяет обнаружить опухолевые изменения на очень ранней стадии, и у рентгенолога могут возникнуть трудности с оценкой снимка по нескольким очень простым причинам:

• Очень тонкие черты злобы;
• Медленное изменение внешнего вида от нормального к раковому;
• Плотная железистая ткань, скрывающая очаги поражения;
• Опухолевые изменения плохо видны;
• Ограниченные участки асимметрии;
• Внешний вид предполагает легкое поражение;
• Поражения, расположенные за пределами области визуализации;
• Человеческий фактор, т.е. усталость диагноста.

И здесь на помощь приходит искусственный интеллект.

– В настоящее время мы реализуем грант «Европейская платформа для радиологических исследований, объединяющая клинические данные на основе искусственного интеллекта нового поколения для таргетной медицины в онкологии», рассчитывая, что искусственный интеллект поможет в диагностике, но нас он точно не заменит, – сказал д. Мацей Бобович.

По его мнению, алгоритмы, приложения или как мы их называем «умеют» отмечать изменения, которые не дают симптомов, а также изменения изображения, которые не совсем понятны.

– Когда нам удается обнаружить такое изменение с помощью искусственного интеллекта, мы можем предоставить его характеристики, т.е. создать классификацию и определить, к какой группе может относиться данное изменение. Кроме того, мы можем определить степень изменения. Искусственный интеллект может использовать классификаторы типа злокачественных и доброкачественных изменений. Мы можем определить типы и подтипы рака, с которыми мы имеем дело, а также стадии и группы риска, что отражается на качестве лечения. Мы можем быстрее поставить правильный диагноз, — подчеркнул доктор. Мацей Бобович.

Преимущества искусственного интеллекта в лечении рака молочной железы:

• Обнаружение незначительных изменений;
• Раннее выявление заболевания;
• Возможность анализа сложных и более сложных изображений;
• Сокращение количества невыявленных случаев (так называемых ложноотрицательных результатов);
• Сокращение количества ненужных обращений для подтверждения наличия опухоли биопсией.

И как искусственный интеллект помогает радиологам?

• Помогает вам сократить количество экзаменов, которые вам нужно посмотреть;
• Определяет исследования, требующие внимания, и отмечает исследования как есть;
• Организует в срочном порядке;
• Снижает количество невыявленных случаев рака;
• Сокращает количество биопсий, выполняемых в случае сомнений.

– Искусственный интеллект значительно расширяет возможности визуализационной диагностики в онкологии. Он позволяет принять точное клиническое решение на основе стандартных радиологических тестов. Мы не используем новые методы, мы просто совершенствуем их. Мы пытаемся найти такие особенности изображения, которые говорят нам немного больше, чем мы думали до сих пор. Это означает более быструю и надежную диагностику, заключил д-р. Мацей Бобович.

Устранение хаоса

Нам не нужно бояться искусственного интеллекта. Инструменты на основе ИИ могут извлекать ценную информацию из больших наборов данных, а затем предоставлять практические идеи, применимые во многих ситуациях.

Технология искусственного интеллекта помогает разобраться в огромном количестве клинических данных, медицинской литературы и информации о населении и способах работы, чтобы облегчить принятие обоснованных решений. Благодаря искусственному интеллекту медицинские работники могут знать больше, мгновенно интерпретировать миллиарды текстовых и визуальных данных, чтобы максимально точно оценивать информацию о пациентах.