Искусственный интеллект: ученый, диагност, ассистент…
Медицина — это та область современной жизни человека, где технологии искусственного интеллекта не просто востребованы. Считается, что индустрия здоровья — важная часть жизни общества, где ИИ может принести человечеству наибольшую пользу в ближайшее время.
Компьютерное зрение
Одним из наиболее актуальных видов использования искусственного интеллекта в медицине является компьютерное зрение. Эта технология позволяет обрабатывать результаты исследований, представленных в виде изображений — рентгеновских снимков, данных УЗИ, КТ, изображений, полученных через микроскоп, и диагностировать патологии на основе ранее изученных данных. В частности, компьютерное зрение применяется при диагностике онкологических заболеваний — уже несколько систем в мире разработаны для распознавания злокачественных новообразований на основе данных анализов результатов рентгенологический обследовнаий, флюорографий и КТ пациентов. При этом ИИ сортирует пациентов по срочности — первыми получат консультацию врача-онколога те, у кого программа заподозрила онкологию. В дерматологии используется платформа для выявления самого опасного заболевания кожи (меланомы) с помощью анализа фотографий, сделанных широкоугольным объективом смартфона. Этот алгоритм способен отличить рак кожи от неопасных изменений с точностью свыше 90%. Технология ScanNav исследует результаты УЗИ — диагностики беременных для выявления потенциальных патологий плода. Умный микроскоп от BIDMC на основе технологий ИИ способен выявить смертельные патологии крови с точностью до 93%.
Нейронные сети
Еще одно направление развития искусственного интеллекта — глубокое обучение, когда система, созданная по принципу нейронной сети, умеет не только обрабатывать данные по определенному алгоритму, но и самообучаться, находя новые закономерности и предлагая собственные выводы. Особенно актуально использование систем ИИ на основе глубокого обучения, когда необходимо проанализировать большой объем данных в сжатые сроки.
Такие системы были, в частности, протестированы во время пандемии коронавируса. Одна из разработок была создана для автоматического прогнозирования риска ухудшения состояния заболевших COVID в приемных отделениях стационаров. Глубокая нейронная сеть «изучала» рентгенограммы пациентов с положительными ПЦР-тестами на COVID и предлагала прогноз их состояния на ближайшие 24, 48, 72 и 96 часов. Система настроена, чтобы спрогнозировать потенциальное применение ИВЛ, направление в реанимацию или смерть пациента. Разработка показала точность, сравнимую с прогнозами опытных врачей-рентгенологов. С помощью такой программы, по мнению разработчиков, можно правильно распределить ограниченные в условиях пандемии медицинские ресурсы и таким образом спасти больше жизней.
ИИ также работал над созданием лекарств, которые могут блокировать репликацию вируса SARS-CoV-2, чем существенно ускорил поиск эффективных средств, на который обычно уходит не менее десяти лет.
Искусственный интеллект, созданный по типу нейронной сети, также помогает врачам прогнозировать резкое ухудшение здоровья пациентов. Так, например, ИИ способен спрогнозировать осложнения во время хирургических вмешательств. Платформа, изучившая состояние более 1000 пациентов в течение 10 000 часов операций, научилась предсказывать угрожающую ситуацию за 15 минут до ее наступления с вероятностью более 80%. Также существует алгоритм, способный прогнозировать у пациентов возникновение сепсиса за несколько часов до проявления его симптомов. ИИ с такой же целью применяется у больных с сахарным диабетом — нейросеть анализирует динамику уровня глюкозы у пациента и предупреждает об опасности гипогликемии или наступления диабетической комы. Технологии нейросетей также активно применяются для анализа ДНК, когда по геному человека система может не только рассчитать рост или потенциальный уровень образования человека, но и предсказать такие серьезные заболевания, как инфаркт, инсульт, рак, заболевания костной ткани.
Распознавание речи
Еще одно направление работы искусственного интеллекта — системы распознавания речи — также применяются в современной медицине. В частности, существует платформа для раннего выявления признаков аутизма и болезни Паркинсона. Другая разработка позволяет проводить сеансы психотерапии, находя индивидуальный подход к каждому пациенту благодаря алгоритмам ИИ. В Великобритании проводятся тестовые консультации пациентов, которые ведет робот с применением технологии ИИ. Его задача — правильно распознать жалобы и распределить пациента по направлениям лечебного учреждения.
Многочисленные кейсы применения способностей искусственного интеллекта — от экзоскелетов, способных без внешних команд избегать опасных участков пути человека с ограниченными двигательными возможностями, до «умных» сидений для унитаза, умеющих собирать данные и на их основании прогнозировать ухудшение здоровья членов семьи, оповещая об этом семейного врача, позволяют совершенно точно утверждать, что медицина и машинный разум уже сегодня движутся в направлении друг к другу колоссальными темпами.
Все крупные представители IT-индустрии вкладывают средства в развитие ИИ в медицине. Российские кейсы
Известный венчурный инвестор Винод Хосла сказал: «Машины в будущем заменят 80% врачей и движущей силой этого процесса будут предприниматели, а не медики». С одной стороны, развитие технологий искусственного интеллекта требует существенных затрат — концентрации вычислительных мощностей в одной сети, обработки больших объемов первичной документации для «обучения» ИИ. Но с другой стороны на поддержание здоровья человечество тратит колоссальные средства — рынок медицинских услуг в мире приближается по стоимости к триллиону долларов, фармацевтических — превышает 1,5 триллиона, рынок носимых мобильных устройств для мониторинга здоровья в 2020 году составил $23,1 млрд., а к 2027 году он может перешагнуть цифру в $250 млрд.
В мире
Поэтому уже сегодня крупнейшие мировые корпорации создают собственные программные продукты и покупают успешные стартапы в области цифровой медицины. В 2020 году объем инвестиций на этом рынке оценивался в 4,5 млрд. долларов с прогнозом ежегодного прироста в 40%. Так, компания IBM разработала платформу Watson Health, активно используемую в радиологии. Google предложил британским медикам свою разработку в области офтальмологии DeepMind Health. Смартфоны, работающие на системе Android, используют приложение Google Fit для сбора и анализа данных об активности владельца. Microsoft Corp объявил о своей разработке AI for Health, в рамках которой инвестирует $40 млн в технологии искусственного интеллекта (ИИ) для сферы здравоохранения в течение пяти лет, Apple с 2014 года совершенствует свое приложение Apple Health, расширяя способы сбора и анализа информации о здоровье хозяина мобильного устройства. Сделки ведутся и в обратном направлении — крупные медицинские компании сотрудничают с IT-концернами (как Novartis и IBM) или покупают IT-разработчиков (как Roche, купившая разработчика медицинских технологий Flatron Health). В целом в мире насчитывается более 800 компаний, ведущих разработки систем ИИ в применении к медицине.
В России
Сегодня по данным ежегодного альманаха «Искусственный интеллект» от всех инвестиций, направленных в России в технологии развития искусственного интеллекта, 21% приходится на разработку продуктов для здоровья. Так, например, российская платформа «TeleMD» диагностирует онкозаболевания, отечественная разработка «Цельс» также работает с результатами маммографических и флюорографических обследований, КТ легких и данных гистологических исследований для выявления онкозаболеваний. Центр НТИ «Искусственный интеллект» тестирует прототип роборуки для пациентов со сниженными возможностями и потерей рук. Управлять роборукой, закрепленной на теле, пациент сможет с помощью нейрогарнитуры с трекером глаз. Известный по всему миру робот-хирург «Да Винчи» с искусственным интеллектом успешно работает в одной из Московских больниц.
В России сегодня активно тестируют программы поддержки лекарственных назначений, позволяющих снизить вероятность врачебных ошибок. В России ИИ также используется для получения расшифровки рентгеновских снимков в рамках сервиса «Второе мнение AI». Успех пилотного проекта по внедрению возможностей искусственного разума в работу медицинских учреждений города Муравленко на Ямале вдохновил на внедрение подобных технологий в других регионах России.
В стадии НИОКР находится еще один интересный отечественный проект с применением технологий искусственного интеллекта. Health Heuristics планируется внедрить как платформу, объединяющую данные результатов обследований, сведений из электронных медкарт, измерений, полученных через носимые устройства и прочих источников о здоровье и образе жизни человека. На момент запуска программа должна будет проанализировать данные 120 000 респондентов. Эксперты IT-отрасли считают, что отечественный рынок ИИ мог бы развиваться более высокими темпами при дополнительной поддержке со стороны государства. Большие надежды возлагаются на Национальную стратегию развития ИИ до 2030 года, утвержденную указом Президента в октябре 2019 года. Согласно этому документу в период 2021–2024 гг. планируется потратить более 31 млрд бюджетных средств на развитие технологий ИИ для улучшения качества жизни.
Может ли в перспективе ИИ заменить врачей?
Ни медики, ни программисты не берутся утверждать, что возможности искусственного разума смогут обеспечить полную замену врача компьютерными технологиями. По меньшей мере в обозримом будущем. На сегодняшний день одним из ограничений в расширении применения возможностей ИИ эксперты IT-рынка называют несовершенство законодательной базы, в частности, способов идентификации личности пациента и установления его согласия на сбор персональных данных о здоровье, системы оценки данных испытаний ИИ в медицинской практике. Один из шагов в решении данной проблемы уже сделан — разработан проект первого национального ГОСТ Р, который будет применяться при оценке данных клинических испытаний медицинских систем ИИ в России. Еще шесть стандартов, регулирующих развитие ИИ в медицине, готовятся к выходу. Препятствием для расширения возможностей ИИ в медицине сегодня также являются высокие временные и финансовые затраты по внесению первичных данных в системы для анализа, а также необходимость непосредственного участия медиков в разработках, что зачастую трудно организовать в силу высокой занятости квалифицированных практикующих специалистов. Также тормозит внедрение ИИ в медицинскую практику по всему миру недостаточное количество подготовленных кадров, которые будут обслуживать системы, снабженные технологиями ИИ.
Непреодолимые на сегодняшний день ограничения в использовании ИИ связаны с тем, что постановка диагноза и выбор терапии — это всегда творческий, нелинейный процесс, который требует от специалиста-медика такого широкого и многомерного набора навыков, которого сложно достичь у систем машинного разума. Помимо названных препятствий существует еще одно — психологическое: личный контакт между пациентом и врачом, доверие больного медику во многих случаях оказывают дополнительный терапевтический эффект, который нельзя будет сбрасывать со счетов по крайней мере ещё несколько поколений.
Вывод
Ученые, занимающиеся медицинским прогнозированием, предполагают, что, исходя из сегодняшних темпов развития, после 2045 года человечество будет ежегодно прибавлять год к средней продолжительности жизни. Усовершенствование генотипа с удалением «опасных» мутаций, замена износившихся конструкций организма, снижение вероятности врачебных ошибок, сокращение времени на поиск новых лекарств и вакцин, уменьшение рутинной нагрузки на врачей и высвобождение их времени для индивидуального подхода к пациенту — вот лишь неполный список возможностей, которые уже сегодня улучшают качество жизни человека и доказывают необходимость широкого применения ИИ в медицине.
