ШІ в медицині: радник, другий пілот чи навігатор?

Коротко:

• Штучний інтелект може допомагати лікарям аналізувати медичні дані, виявляти можливі проблеми й виконувати окремі завдання.
• У медицині ШІ може діяти як радник, другий пілот або навігатор — залежно від рівня самостійності.
• Навіть найрозумніші системи ШІ не замінять лікарів і медсестер, які приймають рішення, пояснюють результати та підтримують пацієнтів.

Коли ви приходите до лікаря, то, ймовірно, очікуєте, що саме людина-фахівець визначить, що сталося і яке лікування потрібне. Але сьогодні комп’ютери вже починають допомагати в деяких аспектах медичної допомоги. Штучний інтелект (ШІ) може вказувати на можливі проблеми, допомагати аналізувати результати обстежень, а іноді — навіть самостійно виконувати певне завдання в умовах ретельного контролю. У цій статті ми пояснимо, як три базові рівні допомоги медичного ШІ — радник, другий пілот і навігатор — можуть підтримувати лікарів і пацієнтів. Також ми розповімо, як системи ШІ навчаються на медичних даних і чому лікарі й надалі відіграватимуть центральну роль у догляді за пацієнтами. Хоча ШІ може допомогти лікарям працювати швидше й раніше виявляти хвороби, ці інструменти потрібно ретельно перевіряти та використовувати так, щоб медична допомога залишалася безпечною й надійною.

Хто керує літаком?

Чи доводилося вам зазирати в кабіну пілота, коли ви заходили в літак? Можливо, ви замислювалися, як пілоти встигають керувати літаком і водночас стежити за всіма приладами. Безпечно доправити літак з одного міста до іншого — не робота однієї людини. Пілот залишається головним, але інші люди допомагають спрямовувати політ у різні способи. Радники працюють із землі: вивчають погодні умови й повітряний рух та пропонують найбезпечніший маршрут. Другий пілот перебуває в кабіні й тісно співпрацює з пілотом: підтримує зв’язок, налаштовує прилади та перевіряє, чи все працює належним чином. Тим часом планування й прокладання маршруту — завдання навігатора. У минулому навігаторами були люди. Сьогодні цю роль здебільшого виконують комп’ютеризовані системи, які автоматично розраховують і коригують траєкторію польоту.

Літаки — не єдине місце, де важливі подібні ролі. У багатьох складних видах роботи відповідальність розподілена: одна людина може керувати, хтось — давати поради, хтось — працювати поруч із керівником як член команди, а комп’ютерна система або спеціально навчений фахівець — спрямовувати загальний план. У медицині лікар трохи схожий на пілота літака, але інші медичні спеціалісти також відіграють важливі допоміжні ролі в догляді за пацієнтами. Сьогодні штучний інтелект (ШІ) також починає допомагати медичним працівникам. Деякі інструменти ШІ лише пропонують поради. Інші більше нагадують другого пілота: працюють поруч із фахівцями-людьми та допомагають їм виконувати частину роботи. Дослідники навіть створюють системи ШІ, які одного дня зможуть безпосередньо спрямовувати виконання окремих медичних завдань — не лише радити чи допомагати, а й самостійно ухвалювати певні рішення.

Від радника до навігатора

Ось реальний приклад із медицини. Людям із діабетом потрібно часто проходити обстеження очей, під час яких роблять детальні фотографії задньої частини ока. Крихітні зміни в кровоносних судинах можуть бути ранньою ознакою того, що діабет пошкоджує очі (рисунок 1). Якщо виявити ці зміни рано, лікування може запобігти втраті зору. Як медична система ШІ може допомогти лікарям у такій ситуації?

Перш ніж розглянути ролі, які ШІ може виконувати в медицині, корисно зрозуміти, як навчаються медичні системи ШІ (рисунок 2). ШІ не думає й не міркує так, як лікар-людина. Натомість його навчають на величезних масивах медичних даних: тисячах або навіть мільйонах зображень (наприклад, рентгенівських знімків, комп’ютерних томограм, фотографій), результатів лабораторних аналізів, медичних записів або іншої інформації про здоров’я. Кожен приклад для навчання можна позначити, показавши, чи була в ньому хвороба або проблема зі здоров’ям. З часом система ШІ вчиться розпізнавати закономірності, які часто трапляються за певних медичних станів, — закономірності, які людині може бути складно швидко помітити.

ШІ як радник

На рівні радника ШІ працює трохи як людина, яка вивчає погоду й попереджає пілота про бурю. Система ШІ перевіряє фотографії очей пацієнтів, шукаючи закономірності в кольорі, формі й текстурі, а потім порівнює їх із закономірностями, яких навчилася під час тренування (рисунок 3A).

ШІ-радник може виділити невелику ділянку, де кровоносні судини мають незвичний вигляд, або оцінити ймовірність розвитку раннього пошкодження ока. ШІ чудово підходить для такої ролі радника, оскільки може швидко й послідовно переглядати зображення. Однак він не встановлює діагноз і не вирішує, яке лікування потрібне, — лише надає інформацію. Лікар переглядає зображення, враховує історію хвороби пацієнта, симптоми та результати інших обстежень і вирішує, що означають висновки ШІ та що робити далі. Закономірність, яка здається комп’ютеру тривожною, може виявитися безпечною або підтвердити те, що лікар уже підозрював.

ШІ як радник уже поширений у багатьох лікарнях, особливо для оцінювання ризику раку молочної залози за медичними зображеннями або виявлення незвичних серцевих ритмів чи ознак того, що згодом у пацієнта можуть виникнути проблеми із серцем [1].

ШІ як другий пілот

Окрім простого зазначення можливих проблем, ШІ може працювати на рівні другого пілота й активно виконувати частину роботи (рисунок 3B). У нашому прикладі з обстеженням очей ШІ може автоматично вимірювати зміни в кровоносних судинах, порівнювати нову фотографію зі знімками з попередніх візитів або впорядковувати результати у звіт для лікаря. Він також може сортувати зображення пацієнтів за тяжкістю хвороби, допомагаючи лікарям спочатку зосередитися на пацієнтах, яким швидко потрібне лікування. По суті, ШІ-другий пілот працює поруч із лікарем, як член команди.

Різниця між ШІ як радником і другим пілотом може здаватися невеликою, але вона важлива. Як радник ШІ каже: «Можливо, вам варто подивитися на це». Як другий пілот ШІ каже: «Я допоможу вам це зробити». Навіть на рівні другого пілота лікар залишається головним і ухвалює остаточні рішення. У нашому прикладі ШІ-другий пілот усе ще не визначає, чи має пацієнт діабетичне захворювання очей і яке лікування йому потрібне.

Системи ШІ-другі пілоти трапляються рідше, ніж ШІ-радники, але створюють і випробовують нові їхні типи [2]. Деякі ШІ-другі пілоти вже працюють із хірургами: відстежують інструменти під час операцій, а в клініках — упорядковують медичні записи та визначають пріоритетність термінових випадків.

ШІ як навігатор

На рівні навігатора ШІ виконує ще більш незалежну роль. Замість того щоб лише допомагати лікарю, такі системи можуть самостійно виконувати конкретне медичне завдання в чітко визначених межах (рисунок 3C). В офтальмології систему під назвою LumineticsCore схвалили для аналізу фотографій очей. Якщо на них є ознаки діабетичного захворювання очей, система визначає, чи потрібно направити пацієнта до офтальмолога, — без попереднього аналізу зображення лікарем-людиною [3].

Це не означає, що ШІ в ролі навігатора повністю замінює лікаря. Системи типу навігатора створені для однієї чітко визначеної мети — наприклад, скринінгу діабетичного захворювання очей. Вони не можуть діагностувати всі хвороби очей або допомагати з іншими проблемами зі здоров’ям. Лікарі-люди й надалі пояснюють пацієнтові результати, призначають лікування та організовують подальший догляд. Але в конкретному завданні, для якого його навчали, ШІ-навігатор робить більше, ніж радить або допомагає. Він самостійно ухвалює конкретне медичне рішення.

Системи ШІ рівня навігатора все ще рідкісні. Один із прикладів — автоматизовані системи введення інсуліну, які можуть автоматично коригувати дози інсуліну для людей із діабетом на основі показників рівня цукру в крові в реальному часі, отриманих із невеликих пристроїв, що носяться на тілі [4]. Кілька інших систем іще розробляють, і найближчим часом вони можуть допомагати лікарям.

Що ще потрібно вдосконалити?

Що більш незалежною стає система ШІ, то ретельніше її потрібно проєктувати й випробовувати. Вона має працювати надійно, регулярно перевірятися, щоб зберігати точність, і мати чіткі обмеження, аби медичні працівники точно розуміли, що вона може, а чого не може. Перш ніж ШІ-навігатори стануть поширеними, ученим і лікарям ще потрібно вдосконалити кілька важливих речей.

По-перше, якщо ШІ має взяти на себе обов’язки навігатора, він повинен уміти легко поєднувати багато типів медичної інформації. Медичні рішення рідко залежать лише від одного фрагмента інформації, наприклад зображення ока. Лікарям часто потрібно враховувати результати аналізів крові, вимірювання частоти серцевих скорочень та інші знімки, а також симптоми й історію хвороби пацієнта. Проблема полягає не лише в тому, щоб навчити ШІ поєднувати всі ці підказки, а й у тому, щоб забезпечити можливість передавати йому цю інформацію. Медичні записи пацієнтів можуть зберігатися в різних системах у різних лікарнях, пристрої для отримання зображень можуть бути виготовлені різними компаніями, а пацієнти можуть збирати дані вдома за допомогою різних пристроїв, що носяться на тілі. Якщо ці джерела не можуть безперешкодно обмінюватися інформацією, ШІ не побачить картину достатньо повно, щоб безпечно спрямовувати лікування.

Ще одна проблема — швидкість. У лікарнях інформація швидко змінюється. Частота серцевих скорочень пацієнта може змінитися, можуть надійти результати аналізів або будь-якої миті з’явитися нові симптоми. Щоб по-справжньому діяти як другий пілот або навігатор, система ШІ повинна вміти оновлювати свої прогнози в реальному часі й безпечно допомагати в невідкладних ситуаціях. Для цього потрібні потужні обчислювальні системи, здатні безперервно й точно обробляти потоки інформації. Не всі лікарні мають сучасні комп’ютерні системи, необхідні для підтримки такого рівня технологій.

Також надзвичайно важливо створювати ШІ, який відповідає реальній роботі лікарів і медсестер. Якщо ШІ надсилає забагато сповіщень, перериває роботу в невдалий момент або подає інформацію в незрозумілому вигляді, він не допомагатиме й навіть може підвищити ризик помилок. Якщо медичні працівники надто сильно покладатимуться на ШІ, вони можуть перестати ставити під сумнів його поради. Якщо ж вони недостатньо йому довірятимуть, то можуть проігнорувати важливі попередження. Щоб ШІ став справжнім другим пілотом, він має сформувати належний рівень довіри людей. Це означає ретельно продумати, як відображається інформація, коли надходять сповіщення та як розподіляються обов’язки між людьми й машинами.

Майбутнє ШІ в охороні здоров’я

У міру того як дедалі більше систем ШІ переходять від ролі радника до другого пілота, а потім до навігатора, вони можуть змінити спосіб, у який лікарі піклуються про пацієнтів. Коли інформацію від різних лікарів і пристроїв буде легше поєднувати, хвороби можна буде виявляти раніше, а лікування — починати швидше. У завантажених лікарнях ШІ може навіть помічати проблеми, які люди пропустили б.

Але навіть найрозумніший ШІ не може замінити лікаря або медсестру. Комп’ютерні системи чудово знаходять закономірності в даних, але не можуть зрозуміти страх, надію чи біль. Вони не сидять поруч із пацієнтом, не пояснюють, що відбувається, і не втішають його. Коли потрібно ухвалити серйозне медичне рішення, відповідальність лежить на людині, а не на машині. Ці частини медицини й надалі належатимуть людям. У лікарнях майбутнього можуть використовувати розумніші системи ШІ, але допомагати пацієнтам одужувати завжди будуть уважні люди, які вміють слухати, піклуватися й розуміти, що важливо для кожного пацієнта.