previous up index search
Previous: 4.7.16 Компьютерная аналитика    UP: 4.7 Прикладные сети Интернет

4.7.17 Цифровая медицина

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)
Yu. Semenov (ITEP-MIPT)

Важным направлением цифровой экономики является цифровая медицина. Речь идет не только о переводе в цифру историй болезней и включении персонального геномного кода пациента (несколько гигабайт). Смотри статьи в журнале Chip 05/2017 стр14 и 07/2018 стр. 12.

Обработка историй болезней во всемирном масштабе позволит контролировать эффективность методик лечения, определять начало эпидемий и т.д. Впрочем, эти же механизмы приводят к утечке персональных данных. Кроме того, по мере внедрения цифровых методов человек начинает представляться в виде некоторого объема данных, и отношение к пациенту становится все более бездушным.

Все чаще роботы используются в хирургии (напр. система da Vinci, ассистируя врачу, обеспечивает точное перемещение хирургических инструментов), в перспективе они могут полностью вытеснить из этой области людей. Так робот Smart issue Autonomous Robot (STAR) под наблюдением сшивает мягкие ткани с миллиметровой точностью. Только в Германии в клиниках установлено более 60 роботов. Врачу хирургу все чаще достается вспомогательная роль. Роботы выполняют роль сиделок для тяжелобольных и для детей.

В ИТ-медицине реализуется несколько основных процессов:

Врачебная диагностика также постепенно переходит к компьютерным программам, вспомним раковую диагностику компьютера Watson (Watson for Genomics, IBM). Рак кожи уже можно диагностировать с помощью смартфона, а ранняя диагностика болезни Паркинсона и шизофрении может быть выполнена с помощью анализа коротких записей голоса пациента.

Три четверти всех пациентов реагируют не на все лекарства с одним и тем же действующим веществом одинаково. Совершенно исключено, чтобы лечащий онколог был знаком со всеми известными методами диагностики и лечения. По данным IBM каждый год публикуется около 160000 исследований в области онкологии. К этом можно добавить обширный и постоянно пополняемый список лекарств. Следует учитывать, что геном конкретного чеовека меняется с возрастом, и можно ожидать, что реакция его организма на то или другое лекарство или терапевтический метод будет изменяться. Очевидно, что в области медицины и фармацевтики все шире будут применяться технологии big data.

В самое ближайшее время ваш смартфон может вам порекомендовать, - "надо обратиться к врачу, ваше сердце ведет себя достаточно странно".

На подходе средства (умные таблетки), которые после того как будут проглочены, способны исследовать кишечник человека на предмет наличия биомаркеров раковых опухолей и, при их наличии, отправить уведомление на смартфон владельца. Такие таблетки могут не иметь источников питания, они состоят из меди, магния и кремния, а также лекарственных агентов При взаимодействии с желудочным соком таблетка подает электрический импульс на электронный пластырь, который закрепляется на груди пациента, а тот пересылает сигнал на смартфон, откуда данные попадают в облако, к которому имеет доступ врач и ухаживающие за больным лица (Chip 07/2018, стр. 14).

В феврале 2013 года машина Watson сдала экзамены в медицинском университете, приобретя юридическое право лечить людей. Watson осуществляет первичный прием пациентов в 30 госпиталях США, проводя, кроме опроса пациентов, анализ любых видов медицинских данных. Компьютер является консультантом в области онкологии в США. Watson может обрабатывать 500 гигабайт в секунду (что эквивалентно миллиону книг в сек.). Человек же может прочитать за всю жизнь не более 12-14 тысяч книг. Этот компьютер способен понимать человеческую речь, что делает его еще более привлекательным, так как не каждый врач может непринужденно общаться с вычислительной машиной. Тем не менее компания IBM говорит, что Watson не пытается заменить врачей, а помогает им избежать ошибок и уточнить диагноз. При этом вероятность ошибки диагноза падает с 20-40% до 2-3%.

Компьютер Watson осуществляет первичный прием пациентов в 30 госпиталях США, проводя кроме опроса пациентов анализ всех видов медицинских данных. Watson является ведушим консультантом в области онкологии в США.

Внедрение роботов в хирургию сопряжено с проблемой ответственности в случае гибели пациента. Кто виноват? В первую очередь это волнует страховые компании. Невезение, ошибка в программе робота, механический дефект, загрязнения отдельных частей робота или что-то еще? В первую очередь это волнует страховые компании. Юридические аспекты использования различного оборудования в ИТ-медицине выходят на лидирующие позиции.

Удаленный анализ томограмм и удаленная диагностика также завоевывает все более широкое применение, понижая стоимость лечения.

Роботы уже способны самостоятельно использовать рентгенограммы и томограммы, создавая трехмерную модель пациента.

Во всем мире идут разработки лекарств, подогнанных под индивидуальный геном человека, что исключит аллергические реакции, невосприимчивость и неэффективность определенного лекарства по отношению к конкретному человеку и болезни. Ведется компьютерное моделирование поведения микробов и вирусов и на основе полученных данных создаются лекарства, которые способны блокировать проникновение вредоносных агентов в клетки человека.

Начаты разработки нанороботов, способных перемещаться по кровеносной системе человека и находить и уничтожать, например, раковые клетки.

Быстро развивается промышленное производство носимых модулей диагностики состояния здоровья (постоянный круглосуточный контроль кровяного давления, температуры, содержания сахара в крови, насыщения крови кислородом, кардиограммы и т.д.), которые в критические моменты могут произвести инъекцию нужного лекарства или вызвать скорую помощь.

Но широкое внедрение ИТ в медицину сопряжено с ростом уязвимостей и угроз. При создании индивидуально подогнанных лекарств важно понимать, что ошибка в геномном коде пациента может сделать это лекарство губительным.

Создаются компьютерные модели функционирования отдельных органов человека, а в перспективе и всего человека.

Все чаще используется компьютерная аналитика для выявления неизвестных ранее симптомов или даже болезней.

Использование техники 3D-печати для воспроизведения кожи и, в перспективе, других органов пациента. Так как за основу берутся клетки самого пациента, то проблемы несовместимости тканей можно избежать.

В практическую плоскость переходит задача производства различных человеческих органов. В сущности речь идет о лечении, адаптированном к пациенту, индивидуальных лекарствах и индивидуальных технологиях лечения. Такая техника позволяет реализовать лечение с минимальным числом побочных эффектов, исключая аллергию на лекарства.

Ведутся разработки технологии редактирования генома человека (метод CRISPR/Cas), которая отличается низкими затратами и пригодностьтю для массового использования. Эта техника может использоваться для модификации генного материала возбудителей болезней.

Осуществляется протезирование различных органов, включая органы зрения и слуха. Разрабатываются различные элементы экзоскелета.

Создаются интерфейсы мозг-компьютер, со временем возможно будет подключать к человеку устройства памяти в дополнение к традиционной человеческой. При этом процедуры обучения будут проходить на порядок быстрее.

Применение методик ИТ-медицины в спорте и оздоровлении населения, появляются в продаже мониторы здоровья и смарт-часы для контроля пульса, температуры, давления и пр..

Рис. 1. Мировой оборот (млрд. $ в год) в сфере носимых мониторов здоровья (Chip 07/2018, стр. 14)


Премьер министр Великобритании Тереза Мэй в своем выступленни 21-го мая 2018г сказала, что искусственный интеллект может революционизировать диагностику хронических болезней и будет спасать к 2033 году до 22000 жизней в год (см. "AI could transform cancer diagnosis, says prime minister", Lis Evenstad, 21 May 2018). Европейское общество медицинской онкологии (ESMO) показало, что средста искусственного интеллекта уже сегодня могут обеспечить более высокую эффективность диагностики рака кожи, чем доктора-люди (см. "Artificial intelligence identifies skin cancer in lab test more effectively than doctors", Zach Emmanuel, 31 May 2018). Технология диагностики базируется на системе нейронных сетей. ИИ обеспечивает 95% корректных диагнозов.

Разработка методики создания лекарств, привязанных к конкретному геному, потребует высоких стандартов в сфере сохранности данных и в области выявления и устранения программных ошибок.

Литература


Previous: 4.7.16 Компьютерная аналитика    UP: 4.7 Прикладные сети Интернет