Искусственный интеллект помогает диагностировать рак

Ученые из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса разработали методику неинвазивного изучения образцов крови и диагностики рака

Для того, чтобы определить наличие специальных клеток, маркеров рака, нужно проводить сложные анализы. Довольно часто медики используют химические препараты, делающие хорошо видимыми раковые клетки. Это неплохой метод, но подобный образец можно использовать только один раз, после чего его изучение становится невозможным.

Есть и другие технологии, среди которых выделяется метод анализа структуры клеток тканей. Обычно структура раковых клеток отличается от структуры обычных, здоровых клеток, поэтому и становится возможной диагностика рака. Но здесь требуется много времени на подготовку клеток, плюс сам способ нельзя назвать достаточно точным. А что если использовать возможности искусственного интеллекта для диагностики раковых заболеваний? Именно это и решили сделать ученые из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса.

Специалисты решили, что когнитивная система сможет определить наличие или отсутствие раковых клеток быстрее человека, и сделано это будет с более высокой точностью. Результаты работы опубликованы в авторитетном издании — журнале Scientific Reports.

У разработанной учеными методики есть два существенных отличия от методов, которые применяются повсеместно. Первое — использование фотонного микроскопа нового типа. Второе — работа с искусственным интеллектом, который анализирует весь полученный массив данных.

Что касается микроскопа, здесь используются наносекундные лазерные импульсы для фиксирования изображений сотен тысяч клеток крови в секунду. Обычные технологии не позволяют анализировать более 2000 клеток в секунду с использованием проточного цитометра и стандартных цифровых камер. При более плотном потоке клеток изображения получаются смазанными, изучение таких снимков невозможно. Специалисты из Калифорнийского университета разработали технологию неинвазивного получения изображений с использованием АЦП (аналогово-цифрового преобразователя). Лазерные импульсы высвечивают отдельные клетки, изображение которых получается довольно четким, без «замыливания». При этом, как и говорилось выше, анализируются сотни тысяч клеток в секунду.

Схема анализа крови, разработанная учеными

Полученные снимки затем «скармливаются» специально созданному ПО — алгоритму, который анализирует данные по 16 различным критериям: оценка диаметра, степени поглощения излучения, округлости и других параметров клеток. Для того, чтобы обнаружить раковые клетки, в среднем необходимо проанализировать около 100 тысяч обычных клеток. При стандартной методике на это уходит довольно много времени (напомним, что пропускная способность стандартной методики — 2 тысячи клеток в секунду, плюс работают с отснятым материалом люди). Разработанная же в США технология позволяет анализировать сотни тысяч клеток в секунду. Соответственно, и точность диагностики выше, а время, требуемое на проведение диагностики, ниже, чем обычно.

Изначально специалисты обучили созданное ПО распознавать именно раковые клетки. После проведения пробных испытаний выяснилось, что точность диагностики с использованием фотонного микроскопа и искусственного интеллекта на 17% выше точности всех прочих методов анализа.

Стоит отметить, что когнитивные системы уже довольно давно используются для борьбы с раковыми заболеваниями. К примеру, IBM Watson помогает медикам в рамках программы Watson for Oncology. При этом активный блок системы уже не занимает целую комнату, размер блока теперь равен примерно трем коробкам пиццы, поставленным друг на друга. Watson задаёт вопросы и делает предположения, используя данные последних медицинских исследований в области онкологии, плюс используется информация из медицинской карточки пациента и текущие симптомы. В результате каждый пациент получает индивидуальный подход – ведь одно и то же заболевание, даже самое простое и безобидное, у разных людей протекает по-разному. Что говорить о такой сложной проблеме, как рак.

Cистема способна анализировать огромные массивы данных (причем это неструктурированные данные), «раскладывать по папкам» и делать объективные выводы. При этом Watson изучает новейшие данные по конкретному заболеванию или группе заболеваний. Обычный врач просто не может изучить всю необходимую информацию. В лучшем случае речь идет о нескольких тематических статьях по результатам исследований. IBM Watson может структурировать огромные массивы данных за считанные секунды, параллельно изучая результаты исследований по конкретной тематике за последние пару лет.

Уже сейчас в проекте Watson for Oncology принимает участие ряд медицинских центров и больниц. Это, к примеру, Международная больница Бумрунград (Таиланд), Нью-Йоркский центр по исследованию генома человека и другие организации.

Эксперты считают, что в ближайшем будущем когнитивные системы помогут человечеству более эффективно бороться с различными заболеваниями (не только раковыми). IBM Watson, как и говорилось выше, способен эффективно анализировать огромные массивы информации, выявляя не слишком четкие связи между отдельными элементами. Это позволяет изучать особенности организма каждого пациента с дальнейшей реализацией индивидуального лечения, что значительно повышает вероятность успешного выздоровления.