DR. Algoritmus: Umelá inteligencia v medicíne
DR. algoritmus
Umelá inteligencia (AI) by mala lekárom v budúcnosti uľahčiť prácu. Vlastne. V prípade profesora Holgera Hänßleho z Heidelbergskej univerzitnej kliniky to však bolo spočiatku presne naopak: po tom, čo dermatológ minulý rok zverejnil štúdiu o použití AI pri detekcii rakoviny kože, zažil „čisté šialenstvo“. Médiá z celého sveta ho bombardovali natoľko, že sa len ťažko dostal na kliniku.
Dôvod vzrušenia: Pán Hänßle ako jeden z prvých publikoval štúdiu, v ktorej mali ľudia a stroje v priamom porovnaní ukázať, kto stanoví lepšiu diagnózu. Presnejšie: kto dokáže lepšie rozpoznať najnebezpečnejší malígny melanóm - obávanú „rakovinu čiernej kože“.
Výsledok sa dostal na titulné stránky. „Umelá inteligencia bola výrazne lepšia ako priemerná výkonnosť lekárov,“ uvádza Holger Hänßle. „Iba 13 z 58 zapojených dermatológov dokázalo poraziť tento algoritmus. A boli to špičkoví svetoví odborníci. ““
Pre tento experiment Heidelberger Hänßle a jeho kolegovia trénovali umelú neurónovú sieť so 100 000 fotografiami zobrazujúcimi rakovinu čiernej kože alebo neškodné materské znamienka.
Tiež v obidvoch prípadoch povedali AI správnu diagnózu. Potom bola neurónová sieť nadradená priemernému dermatológovi - ale iba pre túto konkrétnu otázku.
„Je oveľa časovo náročnejšie a náchylnejšie na chyby, ak má algoritmus rozpoznávať a rozlišovať medzi niekoľkými typmi rakoviny,“ hovorí Holger Hänßle. Presne na tom teraz pracuje: V ďalšej fáze by mala jeho AI spoľahlivo diagnostikovať päť malígnych a päť benígnych kožných zmien.
Tento príklad ukazuje veľký potenciál, ktorý môže umelá inteligencia v medicíne vyvinúť. Objasňuje však tiež, že lekárov zatiaľ nemožno nahradiť - pretože dermatológ musí byť schopný správne klasifikovať početné kožné zmeny a nesmie sa uspokojiť iba s rozlišovaním medzi rakovinou čiernej kože a mólami.
Napriek tomu: Medicína v súčasnosti prežíva otrasy spôsobené AI, na ktoré univerzity, výskumné inštitúcie, spoločnosti a start-upy po celom svete pracujú pod vysokým tlakom.
„Momentálne zažívame matematickú revolúciu“
Nová technológia môže v budúcnosti zachrániť životy - ako ukazuje prípad pacienta vo fakultnej nemocnici v Mannheime: Pred niekoľkými rokmi už na CT snímke nebol medzi mnohými zápalnými ložiskami v pľúcach nádor viditeľný. Pacient na to zomrel. Pomocou algoritmov mohli lekári rozpoznať a vyliečiť rakovinu v počiatočných štádiách.
Táto strojom podporovaná analýza obrazových údajov (napríklad fotografií zmien kože, ako aj snímok z počítačových a magnetických rezonančných tomografov) v súčasnosti predovšetkým prináša sériu správ o úspechu.
Napríklad pracovná skupina na Stanfordskej univerzite vycvičila algoritmus, ktorý dokáže zistiť 14 chorôb pľúc a hrudníka a pri diagnostike pneumónie obstál lepšie ako rádiológovia.
Na univerzite Showa v Jokohame lekári vyhodnotili endoskopické videozáznamy kolonoskopií s AI a detegovali zhubné polypy takmer rovnako spoľahlivo ako po patologickom vyšetrení. Niektoré algoritmy sa už každodenne používajú ako strojní asistenti: Vo všeobecnej nemocnici v Massachusetts v Bostone pomáha AI analyzovať röntgenové snímky hrudníka a diagnostický systém melanómu z Heidelbergu je už nainštalovaný v asi 40 nemeckých lekárskych ordináciách.
„V rádiológii v súčasnosti zažívame matematickú revolúciu, ktorá je rýchlejšia a hlbšia ako akékoľvek predchádzajúce otrasy,“ hovorí Stefan Schönberg, prezident Nemeckej rádiologickej spoločnosti. Verí, že vďaka AI budú rádiológovia v budúcnosti so svojimi záznamami kombinovať širokú škálu rôznych údajov, ako sú laboratórne hodnoty alebo genetické predispozície pacientov, a na tomto základe dajú svojim kolegom v medicíne konkrétne terapeutické odporúčania (pozri rozhovor na strane 50).
Stefan Biesdorf z McKinsey argumentuje podobným spôsobom: „Zákonné zdravotné poisťovne majú údaje o fakturácii kliník a ambulantných lekárov z posledných desiatich rokov. Dali by sa zlúčiť s údajmi zo zobrazovacích postupov, aby sa mohli použiť na vývoj systémov na diagnostiku a plánovanie terapie podporovaných AI, “hovorí odborník na zdravie. „Museli by však byť verejne dostupné, aby bolo možné vykonať nový výskum zameraný na toto množstvo údajov - podobne ako vo Veľkej Británii Biobank vo Veľkej Británii, ktorá sprístupňuje vedcom anonymizované údaje o genóme a zdraví 500 000 ľudí.“
Umelá inteligencia by mala viesť nielen k úspešnejším výsledkom liečby, ale aj k šetreniu nákladov. „Veľkou nádejou je, že AI nielen umožní, aby medicína bola lepšia, ale aby bola opäť cenovo dostupná - aby sme si v budúcnosti mohli stále dovoliť pokrok v medicíne,“ hovorí Hendrik Reese z audítorskej a konzultačnej spoločnosti Pricewaterhouse Coopers (PWC).
V celoeurópskej štúdii PWC na príklade troch rozšírených chorôb ukázala, koľko peňazí je možné v systéme zdravotnej starostlivosti ušetriť pomocou umelej inteligencie do desiatich rokov: 90 miliárd eur pri detskej obezite (vrátane analýzy typických rizikových faktorov), osem miliárd u senilnej demencie (napr. prostredníctvom včasného zistenia) a 75 miliárd u rakoviny prsníka (vďaka rýchlejším a lepším výsledkom).
Vzhľadom na zvyšujúci sa tlak na náklady a prevládajúci nedostatok kvalifikovaných pracovníkov, zdravotnícki pracovníci čoraz viac využívajú možnosti hromadného spracovania údajov.
„Procesy zobrazovania, ako je počítačová a magnetická rezonančná tomografia, každoročne poskytujú po celom svete o desať až dvanásť percent viac údajov, ale zároveň sa počet rádiológov zvyšuje iba o tri až štyri percentá,“ hovorí Jörg Aumüller zo spoločnosti Siemens Healthineers. "Rádiológ má v priemere na vyhodnotenie snímky iba tri až štyri sekundy." Štúdie ukazujú, že zníženie času tlmočenia na polovicu môže zvýšiť chybovosť približne o 16 percentuálnych bodov. ““
Pre vyššiu efektivitu a menej chýb pri vytváraní správ spoločnosť Siemens Healthineers vyvinula produkt, ktorý automaticky identifikuje anatomické štruktúry v obrazoch z počítačových tomografov a znamienok a meria potenciálne abnormality v oblasti hrudníka.
Ale to je iba prvý krok: Ďalšie riešenie spoločnosti využíva umelú inteligenciu na navrhovanie lekárov ohľadom ďalších krokov v procese liečby na základe anamnézy pacienta, laboratórnych hodnôt, patologických a genetických vyšetrení a klinických štúdií - pôvodne pre pacientov Rakovina prostaty. Spoločnosť Siemens Healthineers celkovo priniesla na trh viac ako 40 riešení založených na umelej inteligencii a je držiteľom približne 500 relevantných patentov.
Konkurencia je tiež presvedčená, že sa zvýši podiel AI v lekárskych výrobkoch. „Existuje značný nedostatok špecialistov na medicínu intenzívnej starostlivosti,“ hovorí Timo Paulus zo spoločnosti Philips. „Pomocou umelej inteligencie môžeme lekárom uľaviť, aby sa mohli viac sústrediť na svoju skutočnú úlohu - starostlivosť o svojich pacientov.“
63 percent pacientov odmieta čistú diagnózu AI
Spoločnosť preto plánuje produkt, ktorý podľa naliehavosti usporiada alarmy na jednotkách intenzívnej starostlivosti: V závislosti od závažnosti sa na obrazovke zobrazí správa alebo okamžite zavolá lekára.
Už sa používa systém, ktorý v ranom štádiu detekuje problémy na normálnych oddeleniach, aby bolo možné pacientov rýchlo presunúť na jednotku intenzívnej starostlivosti.
A podobne ako napríklad v automobilovom priemysle, spoločnosť Philips plánuje v budúcnosti používať digitálne dvojčatá orgánov: Vo firemnom „modeli srdca“ používa algoritmus AI na vytvorenie všeobecného základného modelu okolo tisíc ultrazvukových záznamov skutočných orgánov rôznych tvarov a veľkostí.
V kombinácii s obrazovými údajmi od konkrétneho pacienta sa v počítači vytvorí osobné dvojča srdca, ktoré podporuje lekára v segmentácii orgánu do rôznych anatomických a funkčných podštruktúr. Z nich potom možno odvodiť vlastnosti, ako napríklad výkon čerpadla.
Okrem veľkých spoločností ako Siemens Healthineers alebo Philips sa zakladajúci podnikatelia na celom svete snažia využiť možnosti, ktoré umelá inteligencia ponúka v medicíne - niet divu: konzultanti z Frost & Sullivan predpovedajú, že globálny trh s aplikáciami AI v zdravotníctve bude okolo 40 Percento ročne rastie a do roku 2021 dosiahne zhruba 6,7 miliárd dolárov.