Штучний інтелект в медицині: головні тренди в світі

• Минуле і майбутнє
• доктор Watson
• надефективні ліки
• діагностика хвороб
• мобільний ІІ
• майбутнє майбутнього

Застосування штучного інтелекту в медицині вже сьогодні дозволяє серйозно підвищити точність діагностики, полегшити життя пацієнтам з різними захворюваннями, а з розвитком технологій зробить реальним поява надефективних персональних ліків, а також персонального медичного асистента в кожному смартфоні. MedAboutMe розповідає про останні розробки в області штучного інтелекту (ІІ) і медицини.

Минуле і майбутнє

На початку 21 століття однією з найяскравіших розробок став спільний проект Вашингтонського університету, Intel і компанії Elite Care з проектування системи штучного інтелекту, яка могла б піклуватися про пацієнтів, які страждають на хворобу Альцгеймера і підвищувати якість їх життя. Дана система допоможе хворим відновлювати необхідні навички для вирішення повсякденних завдань. У 2002 році було оголошено, що на підготовку всіх необхідних пристроїв знадобиться мінімум п'ять років.

Зараз розробники вже підготували три девайса, які в даний час тестуються студентами Університету: це Activity Compass, ADL Monitor і ADL Prompter, кожен з яких виконує певні функції для значущою допомоги хворим. Так, Activity Compass допоможе зорієнтуватися в просторі і знайти дорогу до пункту призначення, навіть якщо хворий забув, куди йому потрібно прийти. Для цього Compass повинен знати абсолютно все про те, що робить пацієнт і яким чином він досягає своїх цілей. Датчик повсякденної активності ADL Monitor стежить за пацієнтом і зазначає ненормальна поведінка, але для цього система повинна попередньо вивчити «нормальну» поведінку пацієнта. Нарешті, ADL Prompter допоможе виконати складні завдання на кухні, такі як приготування їжі.

Однак з 2002 року технології зробили великий крок вперед, а до програм впровадження штучного інтелекту в медицину підключилися і IT-гіганти, і цілі держави. Сьогодні вчені сподіваються, що за допомогою штучного інтелекту вже в найближчому майбутньому можливо буде прийти до надточної (або прецизійної) медицині, в рамках якої з'явиться можливість призначати індивідуальне лікування кожної окремої людини, з огляду на його унікальні генетичні та інші особливості.

У США вже оголосили про запуск пілотних проектів з розвитку прецизійної медицини. Так, до 2019 року повинні бути відібрані 1 млн добровольців, які стануть учасниками спеціального наукового дослідження. Воно повинно показати взаємозв'язок між способом життя, навколишнім середовищем, економічним і соціальним статусрм, генетикою і станом здоров'я. Отриманий таким чином величезний масив медичних даних можна буде обробити за допомогою ІІ. Ще до недавнього часу не було ні досить потужних комп'ютерів, здатних обробити таку кількість інформації, ні, власне, самих даних. У найближчі 4 роки США планує витратити на дослідження $ 1 млрд.

доктор Watson

Технологічні гіганти типу Google, Amazon, Microsoft і Apple інвестують величезні суми в розвиток штучного інтелекту для створення персоналізованих систем пошуку або віртуального персонального асистента. Але, якщо говорити про медицину, то найголовніший гравець і постачальник новин на цьому ринку — компанія IBM і її знаменитий суперкомп'ютер Watson. Тільки для його навчання IBM в минулому році придбала 30 млрд медичних знімків, поглинувши компанію Merge Healthcare за $ 1 млрд. До процесу навчання можуть додатися 50 млн анонімних електронних медичних карт, які IBM отримала в своє розпорядження, також купивши стартап Explorys.

Американська кардіологічна асоціація вже оголосила про проект за участю IBM Watson , Метою якого буде модернізація лікування серцево-судинних захворювань. Суперкомп'ютер проаналізує оптимальні способи лікування за допомогою програми Workplace Health. А лікарі Boston Children's Hospital, що займаються рідкісними дитячими хворобами, використовують IBM Watson, щоб ставити більш точні діагнози: штучний інтелект буде шукати необхідну інформацію в клінічних базах даних і наукових журналах, які зберігаються в медичному хмарі Watson Health Cloud.

Зокрема, суперкомп'ютер використовуватиметься для діагностування і лікування захворювань нирок. Для цього IBM Watson доведеться пройти прискорений курс нефрології. А в 2014 році IBM оголосила про співпрацю з Johnson & Johnson і фармацевтичною компанією Sanofi для роботи над навчанням Watson розуміння результатів наукових досліджень і клінічних випробувань. За твердженням представників компанії, це дозволить істотно скоротити час клінічних випробувань нових ліків, а лікарі зможуть давати ліки, які найбільше підходять конкретному пацієнту. Таким чином, на базі постійно розвивається ІІ IBM пропонує кілька революційних медичних проектів.

Інновації торкнулися і сфери радіопроменевою комп'ютерної діагностики, яка грає в медицині значиму роль. Так, в тому ж 2014 році IBM оголосила про розробку програмного забезпечення Avicenna , Здатного інтерпретувати і текст, і зображення. Для кожного типу даних використовуються окремі алгоритми. Так що в підсумку Avicenna зможе розуміти медичні знімки і записи, і буде виконувати функції асистента радіолога. У 2016 році ПО планується нарешті протестувати в реальних умовах.

Над схожою завданням працює і інший проект IBM — Medical Sieve . В даному випадку мова йде про розвиток штучного інтелекту «медичного асистента», який зможе швидко аналізувати сотні знімків на предмет відхилення від норми. Це допоможе радіологам і кардіологів зайнятися тими питаннями, в яких штучний інтелект поки безсилий.

надефективні ліки

ІІ прийде на допомогу біофармацевтиці, серйозно оптимізуючи процеси створення і впровадження нових лікарських засобів. За даними біофармацевтичної компанії Berg, в середньому дослідження одних ліків займає 14 років і коштує $ 2,6 млрд. Такі часові та фінансові витрати змушували фармацевтичні компанії бути виборчими в розробці препаратів. Однак за допомогою ІІ можна істотно скоротити і час, і вартість випробувань, а значить в майбутньому з'явиться можливість розробляти ліки для хвороб, які не були належним чином охоплені дослідженнями.

Наприклад, Berg вже використовує в своїх дослідженнях ІІ, враховуючи всілякі дані про пацієнтів, в тому числі безпосередньо не пов'язані з медициною. У компанії запевняють, що такий підхід дозволив вже виділити 25 нових цілей для лікування, а витрати на самі клінічні випробування скоротяться як мінімум удвічі. Головне ж, все-таки, не скорочення витрат, а то, що препарати стають набагато ефективніше.

За допомогою іншої системи штучного інтелекту, Emergent, дослідникам вдалося виявити п'ять нових біомаркерів, на які можуть бути націлені нові ліки при лікуванні глаукоми. За словами вчених, для цього в систему ІІ вводиться інформація про більш ніж 600 тис. Специфічних послідовностей ДНК 2,3 тис. Пацієнтів і дані про генних взаємодіях.

Вчені з Університету Західного Онтаріо впевнені, що штучний інтелект — потужний інструмент для прогнозування результатів використання лікарських препаратів, оскільки ІІ аналізує всі взаємодіючі елементи в процесі лікування. Зокрема, в результаті дослідження було передбачено, які саме пацієнти з діагнозом раку молочної залози відчують поліпшення після хіміотерапії із застосуванням паклітакселу.

діагностика хвороб

Очікується, що ІІ стане незамінний при діагностиці та уточнення захворювань. Завдяки здатності зіставляти дані, збирати і синтезувати інформацію, участь ІІ в діагностиці допоможе якісно поліпшити статистику лікарських помилок і підвищити роль профілактики і запобігання захворювань шляхом технологічного спостереження за пацієнтом. Компанії, які прагнуть вирішити подібні завдання, привертають серйозну увагу інвесторів.

Так, ізраїльська компанія MedyMatch Technology , В штаті якої налічується всього 20 чоловік, в лютому 2016 року залучила $ 2 млн. Інвесторами стали фонди Genesis Capital Advisors і Exigent Alternative Capital. Завдяки новій технології стартапу, що використовує ІІ в поєднанні з Big Data, лікарі зможуть точніше діагностувати інсульт: в режимі реального часу система MedyMatch порівнює знімок мозку пацієнта з сотнями тисяч інших знімків, які є в її «хмарі».

Відомо, що інсульт може бути викликаний двома причинами: крововиливом в головний мозок і тромбом. Відповідно, кожен з цих випадків вимагає різного підходу в лікуванні. Однак, за статистикою, незважаючи на поліпшення в області КТ, кількість помилок при постановці діагнозу за останні 30 років не змінилося і складає приблизно 30%. Тобто, майже в кожному третьому випадку лікар призначає пацієнтові невірне лікування, що призводить до сумних наслідків.

Американська Асоціація Серця спільно з Американською асоціацією Інсульту порахували, що до 2030 року в США щорічно буде налічуватися 3,4 млн жертв інсульту, що обійдеться національному охорони здоров'я в $ 240 млрд. Більш того, 42% від цієї суми, тобто приблизно $ 183 млрд припадає на щорічні прямі і непрямі медичні витрати по догляду за хворими інсультом. Система MedyMatch здатна відстежити дрібні відхилення від норми, які не завжди здатний помітити фахівець, таким чином зводячи ймовірність помилки до мінімуму.

мобільний ІІ

Штучний інтелект в смартфоні дозволить зробити доступною медицину майбутнього для всіх: будь-якому користувачу мобільним телефоном буде персональний медичний асистент, здатний в режимі реального часу вирішувати завдання, пов'язані зі здоров'ям конкретної людини.

До недавнього часу не було технологій необхідного рівня, однак вчені, схоже, на порозі вирішення і цієї проблеми. В першу чергу, мова йде про новий процесорі Eyeriss для мобільних телефонів, які розробили в Массачусетському технологічному інституті (MIT). Процесор створений за принципом нейронних мереж, споживає набагато менше енергії, ніж стандартні процесори, і в десять разів могутніше їх. Таким чином, смартфон з Eyeriss зможе в автономному режимі, тобто без підключення до інтернету, скористатися наявними можливостями штучного інтелекту, що значно прискорить роботу спеціальних додатків. Правда, до виробництва новинки в промислових масштабах ще далеко.

Поки ж можливим прототипом майбутнього персонального медичного асистента з системою ІІ є мобільний додаток британської компанії Your.MD . Запуск бета-версії розробки стався в листопаді 2015 року. Мобільний додаток використовує технології ШІ, машинного навчання та обробки природної мови. Це дозволяє користувачеві просто сказати, наприклад, «У мене болить голова», а потім запитати смартфон про подальші дії і отримати експертну раду.

Додаток, за запевненнями розробників, стає «розумніші», якщо їм користуватися частіше. Система штучного інтелекту Your.MD підключається до найбільшої в світі карті симптомів, створеної все тієї ж Your.MD: в ній враховано 1,4 млн симптомів, на ідентифікацію яких було потрібно більше 350 тис. Годин. Кожен симптом був перевірений фахівцем британської системи охорони здоров'я. Штучний інтелект вибирає найбільш підходящий симптом, грунтуючись на унікальному профілі власника смартфона.

З'являються на ринку і додатки, які вирішують більш прикладні завдання. Так, американський стартап AiCure використовує ІІ для підтвердження прийому ліків пацієнтом: спеціальне мобільний додаток за допомогою камери смартфона в режимі реального часу дозволяє проконтролювати процес. Стартап привернув інвестиції в розмірі $ 12,5 млн.

Інша компанія, Medtronic , Розробляє додаток, здатне передбачити критичне зниження рівня цукру за три години до події. Для цього Medtronic спільно з IBM використовують технології когнітивної аналітики до даних глюкометрів і інсулінових помп від 600 анонімних пацієнтів. За допомогою програми люди зможуть краще розуміти вплив щоденної активності на діабет. Контролювати перебіг хвороби пацієнти зможуть за допомогою IBM Watson і носяться медичних пристроїв Medtronic — інсулінових помп та систем безперервного моніторингу рівня цукру.

В рамках ще одного цікавого проекту IBM, на цей раз спільного з діагностичною компанією Pathway Genomics , Створено програму OME, що об'єднує когнітивну і прецизионную медицину з генетикою. Мета програми — надати користувачам персоналізовану інформацію для підвищення якості життя. Перша версія програми включає в себе рекомендації по дієті і вправам, відомості по метаболізму, які залежать від генетичних даних користувача, карту з звичками користувача та інформацією про його стан здоров'я. В майбутньому повинні з'явитися електронні медичні картки, інформація про страховку та інші додаткові відомості.

майбутнє майбутнього

За прогнозом дослідницької компанії Research and Markets , Світовий ринок штучного інтелекту до 2020 року виросте до $ 5,05 млрд (у 2014 році він становив усього $ 419,7 млн). При цьому найбільш швидкозростаючим сегментом стане якраз охорону здоров'я в зв'язку з ростом попиту на клінічні випробування, моделювання лікування, а також нові дослідження і рішення.

Правда, поки невідомо, коли штучний інтелект стане досить хороший, щоб давати на 100% точні рекомендації лікарів про найкращий спосіб лікування. Однак значно полегшити роботу медичним працівникам, підвищити точність діагностики і допомогти пацієнтам у вирішенні повсякденних завдань ІІ здатний вже зараз.

пройдіть тест

Тест: ти і твоє здоров'я Пройди тест і дізнайся наскільки цінно для тебе твоє здоров'я.