Umelá inteligencia pre lekárov a pacientov „Googling“ je minulosťou

Kuhn, Sebastian; MME; Jungmann, Stefanie Maria; Jungmann, Florian

Chatboty založené na umelej inteligencii a dostupné ako aplikácie pre smartphony sú pripravené zmeniť anamnézu a diagnostiku v medicíne rôznymi spôsobmi.

Lekárske povolanie je vďaka digitálnej transformácii vo veľkej zmene. Obzvlášť zaujímavé je použitie umelej inteligencie (AI) v kontexte anamnézy a diagnostiky. Keith Dreyer nedávno opísal, že stroje, ktoré myslia nezávisle, si teraz našli cestu od sci-fi do reality (1). AI chatboti sú dialógové systémy, ktoré umožňujú textovú alebo rečovú komunikáciu s umelou inteligenciou vo forme rozhovoru. V lekárskej oblasti sú chatboty AI Ada Health, Babylon, Buoy a Your.MD voľne dostupné lekárom aj pacientom prostredníctvom obchodov s aplikáciami Apple a Android.

Zásadne zmenené informačné správanie

Bez ohľadu na vývoj v oblasti umelej inteligencie vykazujú pacienti a lekári už niekoľko rokov zásadne odlišné informačné správanie. V prieskume rádiológov 72 percent opýtaných uviedlo, že svoj smartphone alebo tablet pravidelne používa na lekársky výskum (2). Spokojnosť s aktuálnou ponukou bola v prieskume označená ako relatívne nízka aj napriek veľkému množstvu medicínskych riešení v populárnych obchodoch s aplikáciami. Takmer polovica respondentov vníma aplikácie ako nepoužiteľné alebo im uľahčujúce prácu (2).

Naproti tomu 58 percent pacientov „vyhľadalo“ informácie o symptómoch a chorobách pred a 62 percent po návšteve lekára (3). V štúdii Bertelsmann Foundation 52 percent opýtaných uviedlo, že sú spokojní s výsledkami svojho internetového výskumu (3).

Zdrojom číslo jedna je v súčasnosti Wikipedia a ďalšie online lexikóny, ktoré používa 72 percent opýtaných. Z dôvodu nefiltrovanej záplavy informácií na internete je pre pacienta často ťažké odhadnúť kvalitu informácií (4). Dokonca aj najpopulárnejší zdroj, Wikipedia, považuje 46% respondentov za nedôveryhodný (3).

Od Googlu po chatbotov založených na umelej inteligencii

Spôsob, akým pacienti získavajú informácie o zdravotných témach, sa už v dôsledku digitalizácie zásadne zmenil a bude sa v budúcnosti naďalej rozvíjať prostredníctvom systémov umelej inteligencie (3).

Pri súčasnom využívaní umelej inteligencie v medicíne možno rozlíšiť tri úrovne:

Spotrebiteľská úroveň, teda aplikácie pre smartphony pre jednotlivých používateľov, napríklad Ada Health (5). Toto je podrobnejšie popísané nižšie.
Profesionálna úroveň, to znamená inštitucionálna implementácia, napríklad IBM Watson (6), ADA pre lekárov (5). Na rozdiel od spotrebiteľskej úrovne do týchto aplikácií prúdia ďalšie klinické informácie vrátane laboratórnych parametrov a funkčnej diagnostiky. V súčasnosti sa vyvíjajú a testujú algoritmy založené na umelej inteligencii (hlboké učenie) na automatické rozpoznávanie röntgenových snímok, výpočtových tomografických alebo magnetických rezonančných tomografických údajov.
Makroúroveň, medziinštitucionálna, ako je dolovanie dát a rádiomika (7, 8). Okrem iného sú v štúdiách testované lekárske informácie z vyšetrení pomocou počítačovej tomografie, histologické a genetické vyhodnotenia pri integrácii týchto informácií na účely stanovenia diagnózy alebo stanovenia prognózy (8, 9).

Vzhľadom na to, že sú voľne dostupné, lekári tiež čoraz viac používajú také aplikácie na anamnézu symptómov a najmä na pomoc s diferenciálnou diagnostikou. Dá sa očakávať, že to ovplyvní sekundárne rozhodovacie procesy v zmysle „podpory rozhodovania“. Dôsledky na zobrazovacie procesy a laboratórne testy sú predvídateľné.

Aplikácia Medical AI je prístupná veľkej skupine používateľov prvýkrát od roku 2017 zavedením lekárskych chatbotov vo forme aplikácií pre smartphony. Systémy umelej inteligencie založené na chatbote teda v súčasnosti umožňujú novú a ľahko dostupnú aplikáciu lekárskych znalostí pre pacientov a lekárov. Súčasný a budúci vývoj má pre lekárov ďalekosiahle dôsledky, čo si vyžaduje dôkladné preskúmanie týchto systémov. Na jednej strane vyvstáva otázka, do akej miery je možné tieto systémy účinne integrovať do procesu diagnostiky a liečby a ako môžu zdravotnícki používatelia rozpoznať systémové obmedzenia. Na druhej strane sa musia lekári vysporiadať so základnými princípmi najdôležitejších aplikácií umelej inteligencie, aby lepšie porozumeli svojim pacientom, ktorí sú tiež používateľmi týchto systémov, a aby mohli vykonávať príslušné hodnotenia.

Na prahu hromadnej adaptácie

Na rozdiel od pomalej implementácie inštitucionálnych systémov umelej inteligencie sa v súčasnosti rýchlo zvyšuje počet používateľov medicínskych chatbotov umelej inteligencie založených na aplikáciách, ako sú Ada Health, Babylon, Buoy a Your. MD.

Spoločnosť Ada Health má v súčasnosti po celom svete dva milióny používateľov (10). Od jesene 2017 je „asistentka zdravia“ Ada bezplatne k dispozícii aj v nemčine. Okrem krátkej všeobecnej anamnézy sa lekárska aplikácia založená na AI pýta používateľa konkrétne na jeho sťažnosti a príznaky a postupuje adaptívne. Klinický obraz sa používa ako metafora pre jednotlivé informácie o sťažnostiach. Na základe vzťahov a vzorcov zadaných symptómov vytvorí Ada správu s najpravdepodobnejšou diagnózou a možnými diferenciálnymi diagnózami na základe lekárskej databázy s aktuálnymi výsledkami výskumu. Neustála aktualizácia informácií v databáze je úspešná prostredníctvom niekoľkých spätných väzieb a zaisťuje, že sa aplikácia učí a stáva sa presnejšou. Vygenerovanú správu je možné poskytnúť ošetrujúcim lekárom ako súbor PDF (rámček) .

Existuje niekoľko možných scenárov použitia

Na rozdiel od veľmi zložitých mechanizmov AI (analýza veľkých dát, hlboké učenie a ďalšie) sú chatboty jednoduché, ale čoraz rozšírenejšie nástroje. Vzhľadom na súčasný exponenciálny nárast používateľov budú skúsenosti so systémami AI založenými na chatbotoch v nasledujúcich rokoch rýchlo pribúdajú. Možné sú rôzne scenáre použitia:

Požiadavky a obmedzenia

Zvyšujúci sa počet aplikácií v oblasti umelej inteligencie však nesie aj riziko, že pacientov znepokojia nesprávne a nadmerné informácie. Úlohou lekárskych odborníkov je odfiltrovať z množstva aplikácií tie aplikácie, ktoré reprezentujú dostupné informácie spôsobom prispôsobeným cieľovej skupine a ponúkajú výhody pre pacientov, lekárov a psychoterapeutov (4, 14). Početné otázky týkajúce sa užitočnosti týchto nových technológií musia byť vyhodnotené v klinických aplikáciách na základe konkrétnych otázok (15). V tomto okamihu sú údaje nedostatočné.

S ohľadom na budúci vývoj musia byť digitálne zručnosti poskytované pacientom, lekárom a psychoterapeutom štruktúrovaným spôsobom, aby sa zabránilo digitálnej priepasti (16). Okrem výhod, ktoré nemožno vylúčiť z ruky, je potrebné prediskutovať kritické aspekty týchto technológií a ich prijatie pacientmi. Ochrana údajov tu zohráva mimoriadne dôležitú úlohu, pretože s citlivými údajmi sa nesmie zaobchádzať z nedbalosti, pokiaľ ide o analýzy veľkých údajov o histórii chorôb u používateľov aplikácie = pacientov (17). Dôležitú úlohu tu zohrávajú zmluvné podmienky jednotlivých zdravotných aplikácií. Z dôvodu zložitosti týchto podmienok by mala byť zákonom stanovená minimálna úroveň bezpečnosti pacientov. Každý používateľ aplikácie by mal byť schopný na prvý pohľad ľahko zistiť, do akej miery sa používajú jeho citlivé údaje a či sa tieto údaje odovzdávajú tretím stranám.

Napriek obavám zo zneužitia údajov a obmedzeniam pri použití v prípade zvláštnych chorôb je veľmi dôležité, aby lekári a psychoterapeuti spoznali nové technológie prostredníctvom zásadnej diskusie a boli technicky schopní ich využiť.

Budúca vízia: zahrnutie údajov získaných od pacientov

Parametre pacienta (životne dôležité parametre, informácie o pohybe a športovej aktivite) zhromaždené pomocou „pomôcok na nosenie“ a aplikácií pre smartphony je možné integrovať do klinických informácií (anamnéza, výsledky a predbežné nálezy z klinických vyšetrení, laboratórne parametre, rádiologické zobrazovanie, histológia, genetická analýza). Výsledkom by mohlo byť, že systémy založené na AI budú v budúcnosti - za predpokladu vhodnej štruktúry IT - dôležitou súčasťou pri diagnostikovaní, určovaní prognóz a implementácii individualizovaných liečebných programov. Spoločná analýza tohto veľkého množstva zhromaždených informácií má potenciál zásadne zmeniť procesy liečby. Zrejmá integrácia s video konzultáciou tiež rozširuje túto funkciu. Vo Veľkej Británii je táto funkcia už pre chatbotov založených na umelej inteligencii realitou. V Nemecku sa to momentálne neuplatňuje kvôli zákazu diaľkovej liečby.

Hodnotenie ako zásadná úloha

Využitie umelej inteligencie v diagnostike nájde široké uplatnenie v medicíne prostredníctvom chatbotov a ich implementácie ako aplikácií pre smartphony. Okrem individuálneho použitia pacientmi a lekármi sú veľmi sľubné aj ďalšie scenáre použitia, ako napríklad pomôcky pri rozhodovaní v procese diagnostiky a terapie a potenciálna pilotná funkcia v systéme zdravotníctva.

Pacienti, lekári, psychoterapeuti a zamestnanci v zdravotníctve musia byť oboznámení so základnými princípmi a kritickými bodmi technológií založených na umelej inteligencii, aby mohli využiť sľubný potenciál v rámci diagnostiky a terapie. Vzhľadom na vysoký počet používateľov bude ďalší vývoj tejto formy AI rýchlo napredovať. Hodnotenie týchto doposiaľ nedostatočne overených systémov predstavuje okrem vytvorenia rámcových podmienok s dostatočnými a zrozumiteľnými ustanoveniami o ochrane údajov nevyhnutnú budúcu úlohu.

Priv.-Doz. DR. med. Sebastian Kuhn, MME
Centrum pre ortopédiu a úrazovú chirurgiu, Univerzitné lekárstvo Univerzity Johannesa Gutenberga v Mainzi

DR. phil. Stefanie Maria Jungmann
Katedra klinickej psychológie a psychoterapie, Univerzita Johannesa Gutenberga v Mohuči

DR. med. Florián Jungmann
Klinika a poliklinika pre diagnostickú a intervenčnú rádiológiu, Univerzitná medicína Univerzity Johannesa Gutenberga v Mohuči

Vyhodnotenie Ada Health na základe kazuistík

Dvaja lekári nezávisle spracovali 16 interných hlásení prípadov založených na anamnéze pomocou aplikácie AI Ada Health (11). Výsledky diagnostiky a diferenciálnej diagnostiky aplikácie boli porovnané s učebnicou „zlatého štandardu“. Výsledky hodnotenia sú uvedené osobitne pre používateľa 1/používateľa 2.

Priemerný čas spracovania na jeden prípad bol 248/244 sekúnd.
Výsledok aplikácie si vyžadoval spracovanie priemerne 31/34 otázok na prípad.
Správna diagnóza od Ady:

- v 13 zo 16 (81,25%)/14 zo 16 (87,50%) prípadov celkovo (ako hlavná alebo diferenciálna diagnóza),

- v 11 zo 16 (68,75%)/12 zo 16 (75,00%) prípadov jednoznačne ako hlavná diagnóza (t. j. najpravdepodobnejšia diagnóza),

- Vysoká až veľmi vysoká zhoda (Cohenov koeficient κ) medzi výsledkami aplikácie a kazuistikami κ = 0,80/0,87, keď je zahrnutá hlavná a diferenciálna diagnóza aplikácie, a κ = 0,67/0,74, keď sa berie do úvahy iba 0,67/0,74. Hlavná diagnostika aplikácie,

- Ťažkosti pri stanovení diagnózy môžu vzniknúť pri kombinácii dvoch ochorení (napríklad počiatočná diagnóza karcinómu pažeráka so symptomatickou hlbokou žilovou trombózou). Tu užívatelia pomenovali jednu z diagnóz. V závislosti od poradia zadávania príznakov sa spustí iná postupnosť otázok.

- V porovnaní s učebnicou dokázala Ada pomenovať ďalšie diferenciálne diagnózy.

Záver o zdraví Ada

Program Ada Health vykazuje vysokú úroveň diagnostickej presnosti pri diagnostikovaní pri spracovaní anamnézových kazuistík v internom lekárstve s priemerným časom spracovania štyri minúty. V porovnaní s neštruktúrovaným „Googlingom“ je okrem časového faktora pre laických používateľov dôležitá aj vysoká kvalita výsledku.