Роль программного обеспечения в автоматизации медицинской диагностики: продвижение в направлении точности и эффективности
Реализация и продвижение технологий искусственного интеллекта в сфере медицины, на сегодняшний день, один из главных трендов в системе здравоохранения. Нейросети и системы ИИ существенно изменили не только нашу ежедневную реальность, но и в корне меняют современную мировую медицину. ИИ активно участвует в разработке новых лекарственных препаратов, повышает качество врачебной диагностики, улучшает качество ухода за пациентами и медицинских услуг в целом, способен существенно снизить расходы в сфере здравоохранения. В обозримой перспективе возможности искусственного интеллекта практически безграничны.
Прежде чем более углубленно рассмотреть особенности внедрения современных технологии в сфере здравоохранения, необходимо разобраться в том, что же в принципе представляет из себя ИИ.
Что такое искусственный интеллект
Сам термин – Искусственный Интеллект был предложен в 1956 в Стэндфордском университет на семинаре по автоматизации решения логических задач, а в 1981 году ученые в области теории вычислений, Файгенбаум и Барр сформулировали определение ИИ, которое никто не оспаривает и сейчас:
ИИ – это область информатики, которая занимается непосредственно разработкой интеллектуальных компьютерных систем, а именно таких систем, которые обладают возможностями, которые традиционно связывают с человеческим разумом – способностью к рассуждению, пониманием и распознаванием смысла речи, способностью к анализ и решению проблем.
На сегодняшний день мы относим к ИИ программное обеспечение с определенным набором методов и алгоритмов, которые способны решать интеллектуальные задачи таким образом, как это бы сделал человек. Заметим, что при этом машина не может пока смоделировать более сложные процессы высших функций нервной системы человека – компьютеру недоступны эмоции, творческое начало, воображение, но все это вполне может развиться с развитием систем ИИ.
Чем отличается искусственный интеллект от обычного программного обеспечения
Современные нейросети все чаще задействованы в медицинской сфере, оказывая ощутимую помощь специалистам. Как именно их задействуют и в чем их преимущества рассмотрим в нашей статье. Привычное нам ПО построено на четких формулах и алгоритмах, его создают айтшники, которым при этом не нужно владеть информацией о взаимосвязях между входящими параметрами и полученным результатом. Такое ПО хорошо зарекомендовало себя для различных систем расчётов и медицинской статистики, для формирования учетных реестров, автоматизации оповещений и ведения электронных карточек пациентов, перехода от аналоговых снимков к цифровым и решения многих других задач.
Системы искусственного интеллекта применяют в тех случаях, где стандартные четкие алгоритмы просто не срабатывают ― например, для выявление патологических изменений на рентгеновском снимке органа. Применяя большое количество эмпирических входящих данных, ИИ самостоятельно могут разработать необходимый алгоритм и определить возможное заболевание. На основе нейросетей создаются инновационные медицинские технологии, многие из них успешно используются в разных странах мира.
Как работает искусственный интеллект в сфере медицины
Уже в 2018 году компьютер на основе ИИ отлично зарекомендовал себя при диагностике рака кожных покровов по фотографиям родинок и меланом. В данном эксперименте, машина ошиблась лишь в 5% случаев, в то время как медики просчитались в 14%.
Телемедицина и селфидиагностика
Особую популярность в период пандемии COVID-19 приобрела телемедицина, ведь для консультации с врачом и постановки диагноза пациенты теперь могут не выходить из дома, а просто воспользоваться услугами нейросети – специальное ПО для телемедицины полностью имитирует визит к врачу. Наши смартфоны воспроизводят изображение, пригодное для анализа при помощи алгоритмов ИИ. Эти фото используются в качестве инструмента для выявления заболеваний в дерматологии, офтальмологии и даже в педиатрии.
Некоторые приложения позволяют удаленно следить за физическим и психическим состоянием пациента. Такие приложения устанавливаются на смартфон или ноутбук, а камера гаджета несет функции медицинского смотрового прибора. Приложения с использованием ИИ могут получать анализы с помощью смартфонов и сохранять их, используя облачные технологии. Используя сохраненные данные, ИИ может формировать прогноз по течению болезни и общему состоянию здоровья пациента, программа может составлять и корректировать питание, рекомендовать физические нагрузки или изменение режима дня. Телемедицина оптимизирует рабочее время врачей, позволяют сделать доступ к электронной медицинской карте пациента максимально быстрым и простым из любой точки мира без привязки к месту проживания. Внедрение технологий с использование искусственного интеллекта в медицине может быть полезным для развивающихся стран и отдаленных областей, где есть нехватка врачей узких специализаций.
Разработка и создание лекарственных препаратов
Создание новых лекарств очень длительный, трудоемкий и дорогостоящий процесс, результат которого имеет высокую степень неопределённости, ведь об эффективности препарата можно будет судить только через много лет. Использование искусственного интеллекта в процессе клинических исследований и создании лекарственных препаратов позволяют сократить время их выхода на рынок, спрогнозировать эффективность и снизить их конечную стоимость.
ИИ в борьбе с вирусами и их предотвращении
Опираясь на информацию о уже известных вирусах, нейросети могут предсказать поведение уже существующих вирусов и появление новых. Кроме того, ИИ могут помочь спрогнозировать вероятность эпидемии и предложить наиболее эффективные превентивные меры для предотвращения массовой пандемии и минимизации числа случаев с неблагоприятным исходом.
Современная хирургия с элементами ИИ
Визуализация, навигация и хирургическая робототехника меняют практику работы по данному направлению. Использование искусственного интеллекта и высокоточная хирургическая робототехника обеспечивают надежность, безопасность и автоматизацию даже самой сложной хирургической операции. Медицинские роботы с элементами ИИ способны самостоятельно контролировать направление, интенсивность и скорость своего движения, что повышает точность и эффективность инвазивных вмешательств и облегчает послеоперационную реабилитацию.
Нейропротезирование и искусственный интеллект
Нейронное протезирование – революционное направление в биомедицинской инженерии, которое позволяет аппаратам не только выполнять некую функцию, а и восстановить чувствительность органа. Одним из самых известных нейропротезов – кохлеарный имплант не просто позволяет слышать, но и способны компенсировать потерю слуха, воздействуя непосредственно на сам слуховой нерв. Кохлеарный имплант устанавливается один раз и рассчитан на полноценную работу в течении всей жизни пациента, в отличии от слуховых аппаратов, которые имеют ограниченный срок эксплуатации.
Применение ИИ в интенсивной терапии
Врачи отделений интенсивной терапии несут большую нагрузку, так как им необходимо быстро и точно анализировать большие объемы данных по анамнезу многих пациентов и оперативно принимать решения, от которых часто зависит не только здоровье, но и жизнь их подопечных. Применение программного обеспечения с элементами ИИ облегчает работу медработников и позволяет эффективно использовать их врачебный опыт в сочетании с анализом данных с помощью ИИ.
Например, постоянный мониторинг данных электрокардиограмм, непрерывно производимый у пациентов отделений интенсивной терапии, позволяет мгновенно обнаружить малейшие отклонения и предупредить опасные для жизни пациента последствия.
Персонализированная медицина
Личностная или точная медицина – современный мировой тренд и максимально эффективный подход к лечению с учетом генетических особенностей пациента. Так, анализ образца слюны или другого биоматериала помогает спрогнозировать как отреагирует пациент на назначенное лекарство или терапию. Кардинальным отличием персонализированной медицины от традиционной является корреляция лечебного процесса, с учетом особенностей образа жизни/места проживания пациента и его генетической карты.
Такой подход имеет огромный потенциал при лечении онкологических заболеваний, ведь согласно статистике, 10% случаев имеют наследственный характер, причем наследуется не сама болезнь, а определенные генные мутации, которые определяют предрасположенность человека к образованию рака.
Другие решения в медицине с использованием ИИ
Существует множество других вариантов использования искусственного интеллекта в системе здравоохранении. Если рассуждать о ближайших перспективах их внедрения, то на сегодняшний день, реализация программного обеспечения с элементами ИИ хорошо зарекомендовали себя в тех областях, где доступно большое количество данных для обучения машины и возможна четкая постановка необходимых задач. Вот лишь некоторые области, где программное обеспечение на основе искусственного интеллекта уже успешно используется и приносит ощутимую пользу врачам и пациентам:
- Ведение беременности. Систематический контроль и наблюдение за здоровьем матери и плода в пренатальный период необходим для возможности ранней диагностики возможных патологий у женщины и ребенка.
- Приложения для контроля здоровья. Инновационные технологии IoMT (Internet of Medical Things или Интернета медицинских вещей) с элементами искусственного интеллекта на сегодняшний день позволяют выпускать смарт-приложения для контроля различных показателей организма, что помогает контролировать состояние здоровья человека. Основной задачей этих приложений является оперативное обнаружение нарушений в работе различных органов и систем нашего организма, которых можно избежать, скорректировать самостоятельно или без регулярных визитов к врачу.
- Чат-боты для обслуживания клиентов. Такие чат-боты позволяют пациентам получать ответы на технические вопросы, которые касаются оплаты услуг, даты и времени последующих визитов, медицинских назначений или даже наличия необходимых лекарственных препаратов вблизи от дома.
- Генная аналитика. Алгоритмы ИИ позволяют спрогнозировать, как может повлиять на организм изменение генома в каждом отдельно взятом случае.
- Анализ эффективности медицинского оборудования и лекарственных препаратов. Технологии работы с большими объемами информации (BigData) и глубинного обучения могут быть использованы для извлечения важной информации из имеющейся базы изображений и видео для помощи при выборе медицинского оборудования и лекарств, в зависимости от потребностей той или иной медицинской отрасли.
- Маркетинговые исследование рынка медицинских услуг. Искусственный интеллект помогает оценить глубину рынка, рассчитать оптимальные цены на диагностику и лечения в конкурентных условиях, что очень важно для частных кабинетов и клиник, которые могут мониторить рынок без привлечения в команду маркетологов. Востребованными также являются и маркетинговые исследования на рынке фармацевтической продукции и в здравоохранении.
- Анализ этиологии заболеваний. На рынке уже есть программные продукты, которые анализируя терабайты информации, помогают медикам и ученым лучше разобраться в причинах и условия возникновения тех или иных болезней.
- Документооборот с помощью ИИ. Специальные приложения для ведения документации и отчетности в медучреждениях на основе ИИ существенно упрощают и автоматизируют этот трудоемкий процесс, помогают снизить нагрузку на персонал и сэкономить средства.
Возможные риски и минусы использования программного обеспечения с элементами ИИ
Хотя искусственный интеллект на сегодняшний день является одной из ведущих технологий в системе здравоохранения и персонифицированной медицины, у многих возникает вопрос: а какие минусы есть у внедрения ИИ в медицинскую отрасль?
Возможные ошибки искусственного интеллекта
В случае неправильно выстроенных алгоритмов машина может не распознать болезнь либо даже сгенерировать ложный диагноз.
Конфиденциальность
Понятие «врачебной тайны» подразумевает, что данные о пациентах надежно защищены и не разглашаются. Никто не хочет, чтобы его личные данные стали общеизвестными, но в связи со стремительным развитием технологий проблема конфиденциальности стоит все более остро – данные о наших пристрастиях, интересах, история в поисковиках – все это надежно храниться в облачных хранилищах, а система ИИ сама способна собрать информацию о пациенте, даже если алгоритм не был загружен подобными данным.
Объективность
Есть мнение, что алгоритмы, которые управляются искусственным интеллектом, могут быть предвзятыми по отношению к пользователям. Такая дискриминация может быть следствием ограниченной выборки данных или плохо прописанных алгоритмов.
Кадровый вопрос
А может ли искусственный интеллект заменить врача? С таким вопросом мы можем столкнуться в ближайшем будущем, если технологии с использованием искусственного интеллекта будут активно внедряться. Эксперты утверждают, что нейросети не смогут полностью заменить квалифицированных специалистов, но их совместная работа сможет повысить качество диагностики и лечения.
Медицинская этика
Кто несет ответственность за неправильный диагноз, поставленный с помощью ИИ?
Этические и социальные аспекты использования технологий на базе искусственного интеллекта подлежат серьезному нормативно-правовому регулированию. Уже сейчас многие авторитетные международные организации, такие как FDA и Еврокомиссия, выпустили свои рекомендации, которые касаются регулирования использования ИИ в сфере здравоохранения. Они призваны выстроить правильный баланс между технологиями и человеком для того, чтобы стремительное развитие искусственного интеллекта не имело негативных последствий для всего человечества.
Разработка систем и приложений ИИ на сегодня является приоритетной задачей для айти-специалистов во многих странах. Если говорить о применение умного программного обеспечения в медицинской сфере, то в первую очередь эти разработки направлены на повышение точности диагностики различных заболеваний.
