Искусственный интеллект в медицине и фармацевтике — российские инновации

15.03.2023
Статьи
2454

Благодаря современным научно-технологическим достижениям искусственный интеллект стал незаменимым инструментом врача, облегчающим и ускоряющим его труд. Можно ли доверять ему здоровье? Какие стандарты используются при разработке «умных» систем для медицины? И какие наиболее яркие разработки в этой области уже используются?

Программы, системы и приложения с искусственным интеллектом (ИИ) регистрируются как медицинские изделия. Это значит, что к ним предъявляются особые требования, и они точно так же, как и другая медтехника, проходят необходимые испытания, прежде чем войдут в широкое применение.

На сегодняшний день даже испытания медицинских систем с искусственным интеллектом проводятся по ГОСТу, кроме того, ведущие российские компании-разработчики «умных» решений для здоровья договорились чтить этический кодекс, руководствуясь принципами честного и открытого поведения в разработке, испытании и внедрении продукции, использующей ИИ. А чтобы информировать пациентов, что с ними будет работать «умный» помощник врача (программа), для систем на основе ИИ в России предложили ввести маркировку.

Для чего же используется искусственный интеллект? Об этом дальше в нашем материале.

Борьба с ковидом

В первую очередь, с его помощью существенно ускоряется обработка медицинских изображений, таких как снимки рентгена, компьютерной и магнитно-резонансной томографии. Это помогает врачу быстрее поставить диагноз. Насколько это может быть ценно, в полной мере показала пандемия коронавирусной инфекции. С самого ее начала в Москве начали внедрять «умные» системы для оценки результатов КТ-легких. В бесконечном потоке пациентов было критически важно как можно быстрее выявлять больных COVID-19, оказывать им необходимую помощь. И в этом медикам помог искусственный интеллект.

Помогает он не только с диагностикой, но и с лечением ковида. Российским ученым, которые до пандемии занимались в основном проблемами ядерной энергетики, удалось научить компьютерную программу управлять работой аппаратов ИВЛ, обеспечивавших кислородом больных, которые не могли дышать самостоятельно. Специалисты Национального ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) по заказу госкорпорации «Росатом» начали создавать комплекс интеллектуального управления аппаратами искусственной вентиляции легких» (КИУИВЛ). Его задача — непрерывно и автоматически подбирать оптимальные режимы в изменяющихся условиях вентиляции с учетом текущего состояния пациента. Это существенно облегчает труд медперсонала, особенно в условиях большого наплыва пациентов. Интегрировать комплекс разработчики планируют с медицинским оборудованием одного из крупнейших отечественных производителей аппаратов ИВЛ – компании Хирана+.

Директор Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ, кандидат технических наук Александр Гармаш рассказал нашему порталу, что группа ученых занимается созданием целой комплексной системы, включающей модули по различным нозологиям. Что касается сертификации КИУИВЛ как медизделия, то этот вопрос будет решаться после его окончательной готовности. При этом исследователи придерживаются мнения, что всё, что так или иначе включается в процесс принятия решения по пациенту, должно пройти соответствующую сертификацию.

Помощь в постановке диагноза

Сегодня нейросети в столичных клиниках анализируют  снимки КТ грудной клетки уже на девять патологий одновременно, о чем сообщила заммэра Анастасия Ракова. Программа помогает врачам видеть признаки рака легкого, коронавирусной инфекции, остеопороза позвоночника, аневризмы грудного отдела аорты, легочной гипертензии (повышенного давления), гидроторакса, ишемической болезни сердца по степени кальцификации коронарных артерий и объему паракардиального жира, а также эмфиземы легких.

Как это работает? Алгоритмы подсвечивают цветовыми подсказками области возможных патологий на снимке, делают измерения, представляющие для медиков клиническую ценность при постановке диагноза, и составляют описание. Технологии компьютерного зрения могут увидеть патологии на самой ранней стадии, когда они еще незаметны человеческому глазу. А ранее выявление увеличивает шансы на успех лечения.

Что касается обследования всего организма в целом, то сегодня технологии компьютерного зрения на основе искусственного интеллекта диагностируют заболевания во время лучевых исследований уже по 19 направлениям, а к концу года их будет более 50, как сообщил мэр Москвы Сергей Собянин. В списке диагнозов, которые помогают ставить умные системы, рак груди, инсульт, образования надпочечников, сколиоз, артроз коленного сустава, стеноз позвоночного канала, протрузии и грыжи позвоночных дисков и даже плоскостопие.

Но, конечно, работа медицинских систем искусственного интеллекта не ограничивается только обработкой рентгеновских изображений, да и применяются они сегодня уже не только в Москве.

К примеру, ученые из Волгограда разработали программу, которая может определить риск осложнений в родах. В Якутии создали умный сервис для выявления риска развития рака «Онкопоиск» и программу обработки и анализа медицинских изображений Sciberia. К первому апреля 2023 года эти разработки должны получить статус медицинских изделий и начать широко применяться в клинической практике.

А еще с помощью «умных» компьютерных технологий врачи могут быстрее увидеть предрасположенность к тяжелым и редким (орфанным) болезням у детей. Такую разработку создали ученые МФТИ в рамках проекта iPavlov. Система анализирует медкарты детей до 7 лет и предупреждает врача о возможных рисках. В таких случаях своевременно поставленный диагноз и начатое вовремя лечение могут спасти жизнь.

Кроме того, сегодня в России уже создаются программы, которые заранее предупреждают о надвигающемся приступе эпилепсии, находят признаки психических отклонений в текстовых сообщениях и даже могут отличить звук ковидного кашля от вызванного другими причинами.

Вклад в разработку лекарств

Еще одна большая область применения компьютерных технологий — это создание новых лекарств, включая вакцины. Как рассказала нам руководитель научной группы «Биоинформатика» Института искусственного интеллекта AIRI Ольга Кардымон, для применения умных систем на биотехнологических этапах разработки лекарств их не требуется регистрировать как медицинские изделия. На этой стадии биотехнологи и иммунологи еще только придумывают будущий состав препарата, рассчитывают его иммуногенные  свойства. В дальнейшем препараты, созданные, в том числе, с помощью искусственного интеллекта, точно так же, как и другие проходят все необходимые клинические исследования перед регистрацией. 

Ученые AIRI создали открытый инструмент под названием SEMA на основе искусственного интеллекта. Программа помогает биологам и иммунологам в разработке вакцин и терапевтических препаратов на основе антител. Она подсказывает разработчикам, где находятся наиболее вероятные участки связывания антител с белками вирусов и бактерий, в том числе, с S-белком коронавируса SARS-CoV-2. Также система помогает оценить их эффективность для различных штаммов вируса. Это существенно ускоряет выход новых препаратов. Интересно, что SEMA помогала разработчикам российской вакцины «Спутник V» создать более эффективное обновление для борьбы с актуальными штаммами «дельта» и «омикрон». И, как оказалось, сама программа появилась, благодаря первой в мире отечественной вакцине от ковида.

«Идея родилась после знакомства с коллегами из Центра Гамалеи, разработчиками вакцины “Спутник-V”.  Мы долго обсуждали, как можно использовать возможности ИИ для  прогнозирования различных эпидемиологических событий: появление новых мутаций и штаммов вируса, избегающих иммунный ответ; изменение конформаций белков для повышения их иммуногенных свойств и многое другое, — рассказывает  Ольга Кардымон, — Далеко не все задумки удалось реализовать ввиду того, что не все биологические процессы реального мира можно спрогнозировать даже самыми современными подходами. Но создать модели для поиска эпитопов на поверхности белков и оценки их иммуногенности удалось. Так и появился SEMA. Сейчас у нас ведутся работы по расширению функционала инструмента и запланирован его переезд на более мощный сервер для ускорения расчетов».

И сейчас научная группа «Биоинформатика» продолжает разрабатывать инструменты для дизайна и генерации синтетических белков с заданными свойствами под различные биотехнологические задачи как в фармотрасли, так и для других смежных индустриальных областей, сообщила ее руководитель.

Помимо вакцин, искусственный интеллект участвует в разработке различных инновационных препаратов. Специальную платформу для этого создали специалисты Сколтеха, МГУ и НТУ «Сириус», ее назвали Syntelly. Осенью разработку начали тестировать, а ведущие научные учреждения страны уже получили к ней бесплатный доступ. Основное ее преимущество — возможность существенного ускорения разработки абсолютно новых лекарств, которая в норме может занять до десяти лет.

Еще одним примером успешного создания нового лекарства при помощи компьютерных технологий служит разработка препарата от желтой лихорадки — смертельно опасной тропической болезни. Искусственный интеллект помог ученым Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН отобрать пять наиболее перспективных молекул-кандидатов, которые перешли на этап дальнейших исследований. По словам разработчиков, есть шанс, что у них получится совершенно новая группа препаратов для борьбы с опасным заболеванием.

Искусственный интеллект как перспективное поле для развития

Сегодня на искусственный интеллект в медицине возлагают большие надежды. Подсчитано, что только за 2021 год он принес российскому здравоохранению дополнительный доход на сумму более 13 млрд рублей, притом что его использовали только 16% компаний, работающих в сфере медицины. Задача умных систем — не заменить врача полностью, но разгрузить его и помочь там, где это возможно. Кстати, ученым и разработчикам искусственного интеллекта, в том числе и для медицины, теперь будут вручать премию по поручению президента. Кроме того, в ближайшее десятилетие применение «умных» помощников должно стать более массовым в различных сферах, включая здравоохранение.

Текст: Екатерина Янкевич

Фото: iStock by Getty Images

Новости

читать все
наверх