Искусственный интеллект в медицине

№3, 12 ноября, 2021 г. ДАЙДЖЕСТ Искусственный интеллект в медицине Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.

«В целях устойчивого развития мы должны глубоко освоить цифровые знания и информационные технологии, это даст нам возможность идти по самому короткому пути к достижению всестороннего прогресса. В современном мире цифровые технологии играют решающую роль во всех сферах» Президент Республики Узбекистан Ш.М. Мирзиёев Дайджест «Искусственный интеллект: прогнозы, отрасли и перспективы» - Т.: 2021. С.18. Дайджест «Искусственный интеллект в медицине» подготовлен Научно-техническим центром при Министерстве Инновационного развития Республики Узбекистан. Коллектив авторов: Технический редактор: Абдурахмoнов И.Ю. Райимджанов Х.Г. Турдикулова Ш.У. Абдувалиев А.А. Мусаева Р.А. Барбу Г.Ф. © Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан, 2021 г. 2

Искусственный интеллект в медицине Внедрение систем искусственного интеллекта (ИИ) в медицине – это один из важнейших современных трендов мирового здравоохранения. Технологии ИИ в корне меняют мировую систему здравоохранения, позволяя кардинальным образом переработать систему медицинской диагностики, разработку новых лекарственных средств, а также в целом повысить качество услуг здравоохранения при одновременном снижении расходов для медицинских клиник. Направления использования ИИ в медицине [1]. Проектирование прогнозирование заболеваний, выявление групп пациентов с высоким риском заболеваний, организация профилактических мер. Производство автоматизация и оптимизация процессов в больницах, автоматизация и повышение точности диагностики. Продвижение Предоставление управление ценообразованием, снижение рисков для обслуживания пациентов. адаптация терапии и состава лекарств для каждого отдельного пациента, использование виртуальных ассистентов для построения маршрута пациента в поликлинике или больнице. 3

Преимущества ИИ в медицине Оснащенные ИИ инструменты могут извлекать значимую информацию из больших объемов данных, предлагая практически применимые идеи, которые могут принести пользу в разных сферах. Предоставление ценной информации о вариантах лечения: с помощью технологий ИИ врачи могут находить информацию в неструктурированной медицинской литературе для поддержки принятия медицинских решений. Поддержка потребностей пользователей: ИИ позволяет искать и предоставлять данные, помогая тем самым повысить информированность пользователей за счет доступа к исчерпывающей информации о состоянии здоровья. Выделение ценной информации из данных о пациентах: инструменты ИИ обеспечивают поиск релевантных историй болезни пациентов в структурированных и неструктурированных медицинских записях. Выявление сходств и закономерностей: ИИ может упростить выявление закономерностей, помогая исследователям создавать динамические когорты пациентов для исследований и клинических испытаний [2]. 4

Применение искусственного интеллекта в медицине На сегодняшний день ИИ отлично справляется с простыми задачами. Например, он способен выявить наличие инородного тела или патологии по рентгеновскому снимку, а также определить наличие раковых клеток в цитологическом материале. В анализе различных медицинских данных ИИ уже показывает великолепные результаты – точность выявления патологий по УЗИ и МРТ превышает 90%. Интересно еще и то, что сейчас разрабатывается все большее количество проектов, ориентированных именно на врачей [3]. 5

Роботизированная хирургия Речь идет о роботах, участвующих в хирургических операциях и сопровождающих хирургические операции и послеоперационных больных. По данным MarketsandMarkets, глобальный рынок хирургических роботов будет расти в среднем на 10,4% и достигнет $6,5 млрд к 2023 г. против $3,9 млрд в 2018 г. В 2018 г. более 5 тыс. хирургических роботов использовались более чем в миллионе медицинских процедур по всему миру. Согласно одному из исследований, проведенному с участием 379 пациентов врачей-ортопедов, хирургические операции с использованием ИИ вызвали в 5 раз меньше осложнений, чем операции, где хирурги работали в одиночку [4]. Роботизированная хирургия, или хирургия с участием роботов, позволяет врачам выполнять многие типы сложных процедур с большей точностью, гибкостью и контролем, чем это возможно с помощью традиционных методов. Роботизированная хирургия обычно связана с малоинвазивной хирургией - процедурами, выполняемыми через крошечные разрезы. Помощь робота во время операции уменьшает последствия тремора рук оперирующего врача, а также устраняет случайные движения [5]. Например, система da Vinci Surgery System - самый универсальный робот, используемый в системах роботизированной хирургии: с 2017 года в секторах здравоохранения установлено около 4271 человек. Da Vinci состоит из трех основных частей: консоли хирурга, инструментов, имитирующих человеческие запястья, и системы просмотра. 6

Роботизированная хирургия Хирург работает с удаленной консоли, которая содержит «главные контроллеры», которые обеспечивают движение бинокулярной камеры. К тележке, устанавливаемой рядом с пациентом, прикреплено несколько хирургических инструментов. Эти инструменты хирург помещает в операционное поле перед началом процедуры. Трехмерный хирургический обзор переносится на монитор, чтобы обеспечить пространственное соотношение инструментов, пока хирург находится у консоли [6]. Также большую популярность приобрел робот HeartLander. Миниатюрный мобильный робот обеспечивает проведение минимально инвазивной хирургии для операции сердца. Робот представляет собой единое устройство, выполняющее стабильное и локализованное зондирование, картирование и лечение всей поверхности сердца. Кроме того, устройство минимизирует повреждения, необходимые для доступа к сердцу. Под контролем врача робот: входит в грудную клетку через небольшой разрез ниже грудины,прилегает к поверхности сердца, проводит терапию или операцию в необходимой части органа [7]. 7

Диагностика от нейросети Диагностика заболеваний имеет решающее значение для планирования правильного лечения и обеспечения благополучия пациентов. Человеческая ошибка препятствует точной диагностике, поскольку интерпретация медицинской информации - сложная задача с когнитивной точки зрения. Применение ИИ может повысить уровень точности и эффективности диагностики [8]. Например, Google Deepmind Health анализирует симптомы и предлагает несколько диагнозов. Результаты поиска основаны на миллионах страниц научной информации, которые содержат даже самые малоизвестные заболевания. Сервис MedClueRx анализирует симптомы и не просто диагностирует болезнь, но и выбирает максимально безопасные и эффективные препараты в зависимости от особенностей пациента. Сервисы Zebra Medical Vision и Arterys помогают врачам- диагностам сосредоточиться на общении с пациентами и избавиться от необходимости вглядываться в мельчайшие детали снимков легких и УЗИ сердца. Сервис 23andMe анализирует генетическую информацию и рассказывает пользователю о его предках. Стартап Sophia Genetics использует генетические данные для выявления предрасположенности к определенным заболеваниям. Так пациенты корректируют свой образ жизни, а врачи выбирают наиболее вероятные диагнозы [9]. 8

Диагностика от нейросети Медицинский стартап OneCell разработал сканер, который позволяет в автоматическом режиме оцифровывать по 250 гистологических стекол оперированных опухолей и биопсий за одну загрузку в рамках диагностики. По замыслу разработчиков, сканер самостоятельно проведет разметку нужного слайда, выделит зоны интереса и выстроит кадр автофокуса. После снятия слайда изображение будет передаваться в базу данных на компьютере для последующего анализа с использованием технологий ИИ [10]. 9

Диагностика от нейросети Приложение Face2Gene анализирует фотографии для определения морфологии лица, связанной с редкими заболеваниями. Эта технология преобразует фотографии лиц в обезличенный математический алгоритм, который описывает характеристики каждой черты лица. Программное обеспечение является бесплатным инструментом, используемым сотнями генетиков по всему миру. В процессе анализа фотографий пациентов ИИ определяет конкретные фенотипы и вероятность их связи с генетическим расстройством [11]. 10

Ускоренная разработка лекарств Разработка лекарств - заведомо дорогостоящее занятие. Многие аналитические процессы при разработке лекарств можно сделать более эффективными с помощью ИИ. Это дает возможность сэкономить годы работы и сотни миллионов инвестиций [12]. Инструменты ИИ уже применяются в следующих областях: Открытие новых лекарств: ИИ помогает исследователям выявлять и проверять больше химических соединений, а также проверять существующие соединения на предмет новых терапевтических применений. Доклинические исследования: исследователи используют ИИ для улучшения доклинических испытаний и прогнозирования токсичности перед тестированием потенциальных лекарств на людях. Это помогает отсеять соединения, не прошедшие клинические испытания, что значительно снижает затраты. Клинические испытания: ИИ помогает в отборе пациентов для проведения клинических испытаний [13]. Первая молекула лекарственного средства, не созданного руками человека, DSP-1181, уже вступила в фазу 1 клинических испытаний. Молекула является мощным агонистом рецептора серотонина 5-HT1A длительного действия и была разработана с использованием ИИ, который стал продуктом партнерства между японской Sumitomo Dainippon Pharma и Exscientia в Великобритании. Химическое соединение было разработано в рекордно короткое время, и ИИ смог завершить за 12 месяцев то, что обычно занимает пять лет. Таким образом, препарат был создан с использованием алгоритмов, которые ИИ смог обработать быстрее, чем любой человек [14]. Ожидается, что препарат будет действовать дольше и эффективнее других лекарств и будет применяться для лечения обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР). 11

Ускоренная разработка лекарств На этом создание лекарств на основе ИИ не заканчивается. Гонконгская компания Insilico Medicine опубликовала результаты исследования, показывающего, что ее система на основе ИИ и глубокого обучения может создавать новые лекарства против определенных патологий всего за 3 недели. А это в несколько десятков раз быстрее, чем традиционные методы [15]. Insilico использовали ИИ GENTRL для того, чтобы создать 6 вариантов лекарств для лечения мышечного фиброза. Созданные лекарственные средства ингибируют рецептор DDR1, который участвует в развитии болезни. Для этого ИИ потребовался 21 день, после чего ученые выбрали наиболее подходящие варианты препаратов и протестировали их на лабораторных животных. На это ушло еще 25 дней. Таким образом на выбор потенциального лекарства потребовалось всего 46 дней. Для сравнения, традиционный процесс разработки лекарств занимает около 8 лет и обходится компаниям в несколько миллионов долларов США. В то время как на создание ИИ ушло всего 150 тысяч долларов [16]. ИИ не ограничивается только созданием лекарств, поиск новых антибиотиков также входит в его функции. Устойчивость к антибиотикам — это одна из больших проблем современной медицины. Благодаря повсеместному применению антибиотиков и несоблюдении инструкций врача лекарства перестали воздействовать на бактерии, что вызывает проблемы при лечении как самых обыкновенных повседневных заболеваний, так и тяжелых [17]. Группа американских и российских исследователей создали антибиотический алгоритм, известный как VarQuest. Алгоритм смог предоставить более тысячи вариантов пептидных групп, используемых для производства антибиотиков. Возможно, VarQuest сможет предупредить ученых о трендах или паттернах микробиологического мира. 12

Автоматизация процессов По данным Всемирной Организации Здравоохранения, для того, чтобы люди во всем мире имели доступ к услугам здравоохранения к 2030 году, странам с низким уровнем дохода необходимо еще 18 миллионов медицинских работников. Поэтому инновационные технологии должны содержать в себе ИИ и базу знаний в предметной области. Так они освободят врачей от рутинных повседневных задач: внесение информации в медицинскую карту, детальный анализ большого массива данных из истории болезней. Благодаря этому медицинские работники сконцентрируют время и усилия на решении серьезных диагностических вопросов и выборе лечения [18]. Например, компании Babylon health и Sensely разработали приложения для анализа жалоб людей, обращающихся в колл-центр. Алгоритмы анализируют ответы пациента на заданные вопросы и выбирают один из вариантов, таких как «срочно обратитесь к врачу/запишитесь на прием/почитайте об этом заболевании на нашем сайте». Такой элементарный по сути сервис уже широко применяется Национальной службой здравоохранения Великобритании (NHS) и позволит сэкономить затраты колл-центров. Основная сложность в этом случае — разработка алгоритмов принятия решений и их валидация в условиях медицинской практики [19]. ИИ может избавить врачей от заполнения многочисленной документации и протоколов. Группа Центра речевых технологий реализует проект по голосовому заполнению медицинской документации, оптимизируя работу врачей с помощью интеллектуальных речевых технологий. В основе решения — Voice2Med, продукт на основе ИИ. 13

Автоматизация процессов Технология позволяет надиктовывать информацию для медицинских карт, протоколов исследований и других документов через микрофон. Во время проведения исследования врач-рентгенолог надиктовывает текст, который в режиме реального времени распознается и автоматически переносится в состав заполняемого протокола в медицинскую информационную систему. Решение позволяет избавить медицинских работников от рутины, сфокусироваться на исследовании. Система распознает все медицинские термины и выражения. Благодаря дополнительному обучению системы качество распознавания речи достигло 97-98% [20]. Автоматизация с помощью инструментов ИИ постепенно внедряется в медицинские учреждения. Например, более 900 больниц США используют сервис для автоматизации Olive. Приложение выполняет за медработников рутинные задачи, которыми они занимаются каждый день. Так, Olive помогает медицинскому центру Tufts с тестированием на COVID-19 на этапах планирования, первоначального скрининга и ввода информации о человеке [21]. Пациенты теперь могут самостоятельно предоставлять свою информацию в больницу напрямую и в удобное для них время, заполнив онлайн-форму предварительной регистрации, размещенную на веб-сайте больницы. После отправки формы бот Olive AI извлечет отправленную информацию и создаст учетную запись предварительной регистрации для теста COVID, который будет назначен пациенту. Бот также документирует ответы пациентов на вопросы врача в рамках клинической системы EMR [22]. 14

Мини-клиника с ИИ-доктором Крупнейший онлайн-провайдер медицинских услуг в Китае Ping An Healthcare and Technology планирует установить несколько тысяч ИИ-клиник размером с телефонную будку и распространить их по всей стране. Первые такие пункты оказания медицинской помощи уже заработали. Каждая клиника позволяет пользователям проконсультироваться с виртуальным ИИ- доктором, который собирает данные, связанные со здоровьем, посредством текстовых и голосовых взаимодействий. После консультации с компьютером собранная информация проверяется врачом-человеком, который затем устанавливает соответствующий диагноз и выписывает рецепт онлайн. Клиенты могут купить препарат в торговом автомате той же мини-клиники. В зависимости от сложности заболевания и детальности рассказа о проблеме диагноз ставится за несколько минут или максимум час. ИИ-клиники будут основаны на разработках компании, в том числе приложении Good Doctor для смартфонов, которое было запущено в 2015 году. Стоимость каждой ИИ-клиники предположительно составляет $5 000 [23]. Данная система снимет большую нагрузку с здравоохранения страны, а также сделает весь процесс более быстрым и удобным для самих пациентов. Например, клиника облегчит пациентам получение срочных медицинских материалов или за короткое время даст им направление на надлежащую помощь. Компания планирует расширить охват общественных мест в Китае, запустив портативные клиники в торговых центрах, аэропортах и на вокзалах [24]. 15

Источники 1. Искусственный интеллект в медицине // https://zdrav.expert/index.php/Статья:Искусственный_интеллект_в_медицине 2. Искусственный интеллект в медицине // https://www.ibm.com/ru-ru/watson-health/learn/artificial- intelligence-medicine 3. Искусственный интеллект в медицине и здравоохранении // https://center2m.ru/ai-medicine 4. Robotic surgery // https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/robotic-surgery/about/pac-20394974 5. ИИ в медицине: тренды и примеры применения // https://www.iksmedia.ru/articles/5850863-II-v-medicine- trendy-i-primery-prim.html 6. A bright future for robotic surgery // https://openmedscience.com/bright-future-for-robotic-surgeons/ 7. HeartLander // https://www.cs.cmu.edu/~heartlander/index.html 8. Artificial intelligence in disease diagnostics: A critical review and classification on the current state of research guiding future direction // https://link.springer.com/article/10.1007/s12553-021-00555-5 9. Искусственный интеллект в медицине: применение и перспективы // https://vc.ru/azoft/216336- iskusstvennyy-intellekt-v-medicine-primenenie-i-perspektivy 10. OneCell разрабатывает первый российский гистосканер с ИИ для онкодиагностики // https://vademec.ru/news/2021/03/23/onecell-razrabatyvaet-pervyy-rossiyskiy-skaner-gistologicheskikh-stekol- dlya-onkodiagnostiki/ 11. Give a Face to a Syndrome // https://bohring-opitz.org/bohring-opitz-syndrome-asxl1/current- research/face2gene/ 12. Künstliche Intelligenz in der Medizin // https://www.datarevenue.com/de-blog/kuenstliche-intelligenz-in-der- medizin 13. Could AI Help Create New Medicines? // https://www.gao.gov/blog/2020/02/06/could-ai-help-create-new- medicines 14. For The First Time Ever, A Drug Developed By AI Will Be Tested In Human Trials // https://www.forbes.com/sites/danadovey/2020/02/11/first-time-ever-artificial-intelligence-develops-drug- candidate/?sh=7862d0ea60de 15. Искусственный интеллект создал новое лекарство всего за 21 день // http://news.muz.uz/news/91381/iskusstvennyj-intellekt-sozdal-novoe-lekarstvo-vsego-za-21-den 16. Искусственный интеллект создал новое лекарство всего за 21 день // https://internetua.com/iskusstvennyi- intellekt-sozdal-novoe-lekarstvo-vsego-za-21-den 17. Поиском новых антибиотиков займется искусственный интеллект // https://www.popmech.ru/technologies/news-407312-poiskom-novyh-antibiotikov-zaymetsya-iskusstvennyy- intellekt/ 18. Искусственный интеллект в медицине: применение и перспективы // https://wadline.ru/mag/iskusstvennyy- intellekt-v-medicine-primenenie-i-perspektivy 19. Виртуальный доктор. Как будет работать искусственный интеллект в медицине // https://www.forbes.ru/tehnologii/356327-virtualnyy-doktor-kak-budet-rabotat-iskusstvennyy-intellekt-v-medicine 20. Искусственный интеллект в медицине: применение и перспективы // https://wadline.ru/mag/iskusstvennyy- intellekt-v-medicine-primenenie-i-perspektivy 21. Как использовать искусственный интеллект в здравоохранении // https://gxpnews.net/2021/08/kak- ispolzovat-iskusstvennyj-intellekt-v-zdravoohranenii/ 22. How AI is improving operational efficiencies across oil and gas, healthcare, and more // https://www.techrepublic.com/article/how-ai-is-improving-operational-efficiencies-across-oil-and-gas-healthcare- and-more/ 23. Начало установки 4 тыс. будок с ИИ-докторами, ставящими диагнозы за минуты// https://zdrav.expert/index.php/Статья:Искусственный_интеллект_в_медицине 24. AI-Based 1-Minute Clinic For Busy Patients // https://techacute.com/pagd-ai-1-minute-clinic-china/ 16

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.