Πώς η μηχανική όραση με τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να μεταμορφώσει την υγεία

Μηχανική όραση και υγεία

Μαζί με τα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα, όπως αυτά που χρησιμοποιεί το ChatGPT, η μηχανική όραση αποτελεί σημαντικό πεδίο της τεχνητής νοημοσύνης. Μέθοδοι όπως τα νευρωνικά δίκτυα και η βαθιά μάθηση επιτρέπουν στους υπολογιστές να αναλύουν εικόνες και να αναγνωρίζουν στοιχεία του περιβάλλοντός τους.

Μια εφαρμογή είναι η υποστήριξη εργασιών όπως η οδήγηση και η πλοήγηση ρομπότ εκτός εργοστασίων. Το επίπεδο αυτονομίας εξαρτάται από το σύστημα, το περιβάλλον και τα όρια ασφαλούς λειτουργίας.

Οι εφαρμογές αυτές ενισχύουν την ανάπτυξη της μηχανικής όρασης. Η πρόβλεψη που παρατίθεται εκτιμά αγορά 9,2 δισ. δολαρίων έως το 2029· το μέγεθος αφορά τον ορισμό της συγκεκριμένης ανάλυσης και δεν αποτελεί βέβαιο μελλοντικό αποτέλεσμα.

Πηγή: EPAM

Εξίσου σημαντική είναι η χρήση της στην υγεία. Πολλές διαγνωστικές διαδικασίες βασίζονται στην οπτική αξιολόγηση, από την άμεση εξέταση ενός ασθενούς έως την εξειδικευμένη ανάλυση ακτινογραφιών, αξονικών τομογραφιών και άλλων ιατρικών εικόνων.

Η ερμηνεία των εικόνων απαιτεί εκπαίδευση και εμπειρία και μπορεί να διαφέρει μεταξύ εξεταστών. Η πολυπλοκότητα της ανατομίας και η ποικιλία των κλινικών περιπτώσεων δυσκολεύουν την πλήρως αυτοματοποιημένη αξιολόγηση.

Πολλές εταιρείες και ερευνητικές ομάδες αναπτύσσουν εργαλεία μηχανικής όρασης για να βοηθήσουν στην ανάλυση ιατρικών εικόνων. Η κλινική αξία κάθε εργαλείου πρέπει να τεκμηριώνεται για τη συγκεκριμένη χρήση του.

Άμεση Οπτική Εξέταση

Εξετάσαμε ένα ερευνητικό σύστημα υποστήριξης της διάγνωσης ωτίτιδας στο άρθρο «Η τεχνητή νοημοσύνη ως πολύτιμο εργαλείο ιατρικής διάγνωσης». Τα αποτελέσματα συγκεκριμένων δοκιμών δεν σημαίνουν γενική υπεροχή έναντι όλων των γιατρών.

Άλλες ερευνητικές εφαρμογές περιλαμβάνουν σύστημα της Google για 26 κατηγορίες δερματικών παθήσεων, οι οποίες καλύπτουν μεγάλο μέρος των σχετικών επισκέψεων στην πρωτοβάθμια φροντίδα. Συστήματα έχουν επίσης μελετηθεί για την ανίχνευση διαβητικής αμφιβληστροειδοπάθειας και την εκτίμηση του κινδύνου εμφάνισής της στο μέλλον. Η επιτυχία σε μια μελέτη δεν ισοδυναμεί από μόνη της με έγκριση για κάθε κλινική χρήση.

Η ανάλυση εικόνων μπορεί να αναδείξει και λιγότερο εμφανείς συσχετίσεις. Ερευνητές μελέτησαν την εκτίμηση της αναιμίας από φωτογραφίες του αμφιβληστροειδούς, χωρίς αυτό να καθιστά περιττές τις αιματολογικές εξετάσεις. Άλλη έρευνα εξετάζει την εκτίμηση καρδιαγγειακών παραγόντων κινδύνου από εικόνες βυθού.

Η Iterative Health αναπτύσσει επίσης εργαλεία ανάλυσης ενδοσκοπικών εικόνων. Το SKOUT υποστηρίζει τον εντοπισμό πιθανών πολυπόδων κατά την κολονοσκόπηση· δεν αποτελεί αυτόνομη διάγνωση καρκίνου του στομάχου ή του παχέος εντέρου.

Ανάλυση Ιατρικών Εικόνων

Όσο βελτιώνονται οι απεικονιστικές εξετάσεις, όπως οι ακτινογραφίες, οι αξονικές τομογραφίες και τα υπερηχογραφήματα, τόσο αυξάνεται ο όγκος και η πολυπλοκότητα των δεδομένων που πρέπει να αναλυθούν.

Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της ποιότητας των εικόνων, στην οργάνωση των δεδομένων και στην υποστήριξη της ανάλυσής τους.

Για παράδειγμα, η Cleerly χρησιμοποιεί αλγορίθμους για την ανάλυση αξονικής στεφανιογραφίας, ώστε να δημιουργεί τρισδιάστατο μοντέλο των στεφανιαίων αρτηριών, να εντοπίζει τον αυλό και τα τοιχώματά τους, να ποσοτικοποιεί στενώσεις και να αναγνωρίζει και να κατηγοριοποιεί την αθηρωματική πλάκα. Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν την αξιολόγηση από επαγγελματία υγείας.

Η Butterfly Network (BFLY ) αναπτύσσει φορητούς υπερήχους με τεχνολογία ημιαγωγών αντί για συμβατικούς πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους. Οι λειτουργίες απεικόνισης και τεχνητής νοημοσύνης εξαρτώνται από το μοντέλο, το λογισμικό και την εγκεκριμένη χρήση.

Πηγή: Butterfly Network

Το Verisound AI της GE HealthCare είναι χαρτοφυλάκιο ψηφιακών εργαλείων υπερήχων, όχι ξεχωριστή θυγατρική εταιρεία. Ανάλογα με το προϊόν, προσφέρει καθοδήγηση λήψης, αυτοματοποιημένες μετρήσεις και άλλες λειτουργίες για διαφορετικές κλινικές ειδικότητες.

Ερευνητικά συστήματα της Google έχουν μελετηθεί για την ανίχνευση καρκίνου του μαστού. Άλλες εφαρμογές αποσκοπούν στην εξοικονόμηση χρόνου στον σχεδιασμό ακτινοθεραπείας, βοηθώντας τους επαγγελματίες να διαχειριστούν τον φόρτο εργασίας τους.

Η Oxipit προσφέρει διαφορετικά εργαλεία για ακτινογραφίες θώρακος. Το ChestEye υποστηρίζει τον εντοπισμό ευρημάτων και τον έλεγχο της αναφοράς. Το ChestLink έχει σχεδιαστεί για την αυτόματη αναφορά εξετάσεων που το σύστημα αναγνωρίζει ως χωρίς παθολογικά ευρήματα, εντός των ορίων της εγκεκριμένης χρήσης του. Δεν είναι το ίδιο προϊόν ούτε γενικός αυτόνομος ανιχνευτής καρκίνου.

Χειρουργική

Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να υποστηρίξει και τη χειρουργική σε διάφορα στάδια.

Μια εφαρμογή είναι η παροχή πληροφοριών στον χειρουργό σε πραγματικό χρόνο, μεταξύ άλλων σε επεμβάσεις με ρομποτική υποβοήθηση. Η τελική απόφαση και η ευθύνη παραμένουν στον κλινικό επαγγελματία.

Η ανάλυση μεγάλων συνόλων χειρουργικών βίντεο μπορεί να βοηθήσει ερευνητικά συστήματα να προβλέπουν την επόμενη φάση μιας επέμβασης σε ορίζοντα 15 έως 30 δευτερολέπτων και να παρέχουν πρόσθετες πληροφορίες κατά τη διάρκειά της.

Δρ. Eckhoff — ερευνητής τεχνητής νοημοσύνης και καινοτομίας στο Surgical Artificial Intelligence and Innovation Laboratory του Massachusetts General Hospital

Η γαλλική Pixee Medical, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί επαυξημένη πραγματικότητα και τρισδιάστατη παρακολούθηση για υποστήριξη ορθοπαιδικών επεμβάσεων με κινητές συσκευές ή έξυπνα γυαλιά. Αυτό δεν σημαίνει αυτόνομη εκτέλεση της επέμβασης.

Η αυτοματοποίηση μπορεί επίσης να βοηθήσει στην καταγραφή της επέμβασης και στην παρακολούθηση υλικών και εργαλείων. Παλαιότερες δημοσιεύσεις αναφέρουν εκτιμήσεις περίπου 1.500 περιστατικών παραμονής χειρουργικού υλικού μέσα σε ασθενείς ετησίως στις ΗΠΑ. Η μηχανική όραση θα μπορούσε να υποστηρίξει τους ελέγχους, αλλά δεν έχει αποδειχθεί ότι εξαλείφει πλήρως τον κίνδυνο.

Διαχείριση Δεδομένων

Δεδομένα ασθενών

Η σωστή διαχείριση των δεδομένων μπορεί να είναι εξίσου σημαντική για την περίθαλψη με την ανάλυση εικόνων ή την υποστήριξη μιας επέμβασης.

Μια πιθανή εφαρμογή είναι η υποστήριξη της ταυτοποίησης ασθενών με αναγνώριση προσώπου και σύνδεση με τον σωστό ιατρικό φάκελο. Τέτοια συστήματα, όπως αυτά που προσφέρουν προμηθευτές αναγνώρισης προσώπου, χρειάζονται ελέγχους ακρίβειας, προστασία προσωπικών δεδομένων και κατάλληλες διαδικασίες επιβεβαίωσης ταυτότητας.

Μια άλλη εφαρμογή είναι η ενοποίηση πληροφοριών σε ένα σύστημα: απεικονιστικές εξετάσεις, γενικός ιατρικός φάκελος, έγγραφα προηγούμενων νοσηλειών, συνταγές και άλλα δεδομένα.

Η ενοποίηση αυτή μπορεί να είναι πολύπλοκη. Εργαλεία όπως το CloudMedxHealth επιδιώκουν να διευκολύνουν την οργάνωση και ανάλυση ψηφιακών δεδομένων υγείας.

Πηγή: CloudMedxHealth

Δεδομένα μπορούν να συγκεντρώνονται και σε επίπεδο πληθυσμού. Η Komodo Health, για παράδειγμα, αναλύει μεγάλες συλλογές δεδομένων για τη διαδρομή ασθενών στο αμερικανικό σύστημα υγείας· καμία τέτοια συλλογή δεν ταυτίζεται αυτομάτως με πλήρη κάλυψη όλων των ασθενών.

Παρακολούθηση

Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί επίσης να υποστηρίξει την παρακολούθηση διαδικασιών στο νοσοκομείο, όπως η τήρηση κανόνων υγιεινής. Η εφαρμογή απαιτεί σαφή κριτήρια, αξιολόγηση σφαλμάτων και σεβασμό της ιδιωτικότητας.

Η εξ αποστάσεως παρακολούθηση μπορεί να βοηθήσει στην αποκατάσταση ασθενών στο σπίτι, για παράδειγμα σε ορισμένες ασκήσεις φυσικοθεραπείας. Τα οφέλη για την ευκολία και το κόστος εξαρτώνται από την πάθηση, τον ασθενή και την κλινική επίβλεψη.

Συστήματα οικιακής παρακολούθησης μπορούν επίσης να ανιχνεύουν πιθανές πτώσεις και να ειδοποιούν φροντιστές ή υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης, ανάλογα με τη διαμόρφωσή τους.

Η τηλεϊατρική μπορεί να αξιοποιήσει εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης, όπως αυτά της Corti.AI. Εξετάζουμε σχετικές εταιρείες στο άρθρο «Περίθαλψη από το σπίτι: πέντε μετοχές τηλεϊατρικής».

Βελτίωση της ιατρικής έρευνας

Τα βιολογικά και ιατρικά δεδομένα παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία και σύνθετες αλληλεπιδράσεις. Αυτό δυσκολεύει την τυποποίηση και την εξαγωγή συμπερασμάτων.

Τα βιολογικά δείγματα είναι πολύπλοκα και μπορεί να διαφέρουν σημαντικά μεταξύ ατόμων ή ακόμη και μεταξύ λήψεων από το ίδιο άτομο.

Σε ορισμένες εργασίες παραμένει απαραίτητη η μικροσκοπική αξιολόγηση από ειδικό. Πολλές αιματολογικές μετρήσεις είναι ήδη αυτοματοποιημένες, αλλά η χειροκίνητη εξέταση μορφολογίας μπορεί να παρουσιάζει διαφορές μεταξύ εξεταστών.

Εργαλεία μηχανικής όρασης, όπως το Shonit της SigTuple, υποστηρίζουν την ψηφιακή ανάλυση επιχρισμάτων αίματος και την αξιολόγηση της μορφολογίας των κυττάρων. Δεν αποτελούν εγγύηση αλάνθαστης μέτρησης όλων των κυτταρικών τύπων ούτε αντικαθιστούν κάθε αιματολογική εξέταση.

Πηγή: Sigtuple

Εργαλεία όπως αυτά της Enlitic υποστηρίζουν την τυποποίηση και τον εμπλουτισμό μεταδεδομένων ιατρικών εικόνων. Αυτό μπορεί να διευκολύνει την αναζήτηση και την αξιοποίηση συνόλων δεδομένων στην έρευνα.

Η γονιδιωματική, η μεταγραφωμική, η πρωτεωμική και άλλες αναλυτικές τεχνολογίες παράγουν ολοένα περισσότερα δεδομένα. Περιγράφουμε αυτή την εξέλιξη στο άρθρο «Η πολυωμική ως επόμενο βήμα στη βιοτεχνολογία».

Η τεχνητή νοημοσύνη χρησιμοποιείται και στον σχεδιασμό νέων εργαλείων γονιδιακής επεξεργασίας, όπως περιγράφουμε στο «Γονιδιακή επεξεργασία με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης: OpenCRISPR-1».

Υποστήριξη ανθρώπων με αισθητηριακές αναπηρίες

Η μηχανική όραση μπορεί να βοηθήσει άτομα με τύφλωση ή μειωμένη όραση να αναγνωρίζουν αντικείμενα και να λαμβάνουν περιγραφές του περιβάλλοντός τους.

Η αναγνώριση γραπτού κειμένου, σε συνδυασμό με σύνθεση ομιλίας, μπορεί να καταστήσει προσβάσιμες πληροφορίες που διαφορετικά θα ήταν δύσκολο να διαβαστούν.

Μπορεί επίσης να υποστηρίξει τον χειρισμό συσκευών μέσω εκφράσεων του προσώπου ή χειρονομιών, ανάλογα με τις ανάγκες και τις δυνατότητες του χρήστη.

Εταιρείες Μηχανικής Όρασης

1. Alphabet

Η Google έχει ισχυρή παρουσία σε πολλούς τεχνολογικούς τομείς, με χαρακτηριστικά παραδείγματα τη μηχανή αναζήτησης και το λειτουργικό σύστημα Android.

Δραστηριοποιείται επίσης έντονα στην τεχνητή νοημοσύνη, με σημαντική έρευνα στην ιατρική απεικόνιση και διάγνωση. Τα έργα της περιλαμβάνουν ανίχνευση ασθενειών, εκτίμηση κινδύνου και υποστήριξη θεραπευτικού σχεδιασμού.

Η τεχνητή νοημοσύνη αξιοποιείται και πέρα από τη μηχανική όραση. Το AlphaFold προβλέπει τρισδιάστατες δομές πρωτεϊνών και παρέχει χρήσιμα στοιχεία για τη βιολογική έρευνα. Δεν αποδεικνύει από μόνο του την αποτελεσματικότητα ή την ασφάλεια ενός φαρμάκου. Εξετάζουμε τις δυνατότητες και τα όρια σχετικών προβλέψεων στο άρθρο «Προοπτική μοντελοποίηση και το μέλλον της ανακάλυψης φαρμάκων με τεχνητή νοημοσύνη».

Πηγή: News Medical

Στα εργαλεία και την έρευνα της Google περιλαμβάνονται το Med-PaLM, που αξιολογήθηκε σε ερωτήσεις τύπου ιατρικών εξετάσεων, το ανοικτού κώδικα Open Health Stack για προγραμματιστές, το DeepVariant για ανάλυση γενετικών παραλλαγών και η βαθιά μάθηση για ηλεκτρονικούς φακέλους υγείας. Η επίδοση σε εξετάσεις δεν ισοδυναμεί με άδεια άσκησης ιατρικής ή γενική κλινική αξιοπιστία.

Το Google Vision AI έχει και εφαρμογές εκτός υγείας, όπως ανάλυση εικόνων, αναγνώριση αντικειμένων και εξαγωγή κειμένου από έγγραφα. Αυτές οι λειτουργίες διαφέρουν από τη δημιουργία νέου περιεχομένου με παραγωγική τεχνητή νοημοσύνη.

Συνολικά, η Alphabet (GOOG ) και η Google έχουν σημαντική παρουσία στην τεχνολογία και την τεχνητή νοημοσύνη, περιλαμβανομένων εφαρμογών μηχανικής όρασης στην υγεία.

2. Butterfly Network

Η Butterfly αναπτύσσει φορητά συστήματα υπερήχων και λογισμικό διαχείρισης της κλινικής ροής εργασίας, όπως το Compass. Το λογισμικό οργανώνει εξετάσεις, τεκμηρίωση και ελέγχους ποιότητας· δεν αποτελεί από μόνο του διαγνωστικό σύστημα.

Πηγή: Butterfly Network

Η εταιρεία παρουσίασε την 3^η γενιά του φορητού υπερηχογράφου της με την κυκλοφορία του iQ3 το 2024. Σύμφωνα με την ανακοίνωσή της, η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων και η επεξεργαστική ισχύς διπλασιάστηκαν σε σχέση με την προηγούμενη έκδοση. Η τεχνολογία «ultrasound-on-chip» βασίζεται σε ημιαγωγούς αντί για συμβατικούς πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους.

Οι δυνατότητες που προβάλλει η εταιρεία περιλαμβάνουν ορισμένες λειτουργίες τρισδιάστατης και ταυτόχρονης διπλού επιπέδου απεικόνισης, συνδεδεμένο λογισμικό και γρήγορη εκκίνηση. Η διαθεσιμότητα εξαρτάται από το προϊόν, τη συνδρομή και την αγορά. Το συνολικό κόστος πρέπει να συγκρίνεται με αντίστοιχα συστήματα και υπηρεσίες.

Η εταιρεία χρησιμοποιεί αλγορίθμους για υποστήριξη της λήψης εικόνων, αυτοματοποίηση ορισμένων μετρήσεων και εκπαίδευση χρηστών. Τα αποτελέσματα αξιολογούνται στο κατάλληλο κλινικό πλαίσιο.

Πηγή: Butterfly Network

Η Butterfly επιδιώκει επέκταση σε αγορές της Ασίας, όπως η Σιγκαπούρη, η Ινδονησία και οι Φιλιππίνες, καθώς και στην κτηνιατρική. Η φορητότητα μπορεί να είναι χρήσιμη για εξετάσεις ζώων εκτός οργανωμένου ιατρείου, ανάλογα με την εφαρμογή και τις τοπικές εγκρίσεις.