Диагностика без рутины


Что общего у машинно обучения и нейрохирургии
25 апреля 2022

Беседа с ведущим научным сотрудником лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения НГУ, кандидатом физико-математических наук Евгением Павловским

– Евгений Николаевич, ваша лаборатория активно взаимодействует с Новосибирским Федеральным центром нейрохирургии. Поясните, как аналитика потоковых данных может прилагаться к современной медицине?

Хочу обратить внимание на то, что в названии нашей лаборатории присутствует еще и понятие «машинное обучение». Так вот, методы машинного обучения сейчас очень активно применяются в самых разных прикладных областях, в том числе и в медицине. В частности, речь идет о распознавании заболеваний по снимкам. Именно этим мы сейчас и занимаемся. Конкретно, речь идет об опухолях головного мозга. С помощью машинных алгоритмов мы в состоянии автоматически определить тип опухоли, то есть осуществить классификацию. Также мы можем автоматически установить контуры этой опухоли. Поскольку в этих задачах очень большая вариативность, то решать их классическим способом - как это обычно делается - очень сложно. Именно поэтому здесь весьма разумно применять методы машинного обучения, имея в своем распоряжении несколько тысяч обучающих примеров. Все это предоставляется «машине», которая пытается извлечь из этого определенную закономерность.

- Я правильно понимаю, что классический способ – это когда снимки внимательно рассматривает конкретный специалист, затрачивая на это уйму времени?  «Машина», работающая по специальной «обучающей» программе, способна делать это гораздо быстрее и эффективнее.

– В принципе так и есть. Только нужно понимать, что машина не в состоянии делать окончательные выводы. Выводы всегда делает человек, который и принимает ответственность за принятое решение. Машина чем-то заменяет человеческий глаз, определяя тип опухоли и ее границы. И делает она это гораздо быстрее человека.

- Можно ли сказать, что машина в состоянии заменить в этой области определенное количество людей? Условно говоря, вместо того, чтобы нанимать сотню специалистов, вы устанавливаете одного робота.

Думаю, что пока так сказать нельзя. Конечно, в каком-то смысле такая угроза есть, поскольку благодаря этим машинам один специалист в состоянии выполнить конкретную работу за десять минут, а не за несколько часов. Дело в том, что у врача-радиолога есть много других задач – менее рутинных. То есть мозг специалиста можно использовать более эффективно, нежели просто рисовать контуры опухоли.

- То есть машина берет на себя как раз рутинную часть работы?

Да, именно так. Рутинные задачи целесообразнее переложить на машину. Хотя на этот счет есть разные мнения. Рутина никому не нравится, но без рутинной работы у человека не возникает озарения.

- Скажите, а почему вы сосредоточились именно на проблеме опухолей головного мозга? Неужели это так актуально?

Здесь сыграли свою роль сразу несколько факторов. Пожалуй, самое важное здесь то, что в Новосибирске есть очень хорошая школа радиологов. Здесь как бы соединились два направления. С одной стороны, существует практика диагностики и операций по головному мозгу в Федеральном центре нейрохирургии. И, с другой стороны, есть практика определения опухоли и ее границ. Естественно, сюда входят и сотрудники упомянутого Центра, и такой известный в стране специалист-радиолог, доктор медицинских наук, как Андрей Юрьевич Летягин. Он, кстати, и руководит нашим проектом. Как раз у себя в университете мы и собрали эту мультидисциплинарную команду – математиков, врачей, радиологов, программистов. Нам удалось собрать коллектив и выиграть грант РФФИ №19-29-01103, который дополнительно подтвердил актуальность нашей работы. Собственно, по результатам этого гранта мы и получили определенные решения.

- На какой стадии находится сейчас работа вашей команды?

Если говорить о стадиях готовности технологии, то мы уже вышли на уровень создания прототипа, который можно пробовать использовать в клиническом процессе. Правда, пока мы еще не прошли клинических испытаний. Здесь надо отметить, что не так давно появились государственные стандарты на клинические испытания алгоритмов искусственного интеллекта в медицине, в частности, в радиологии. Эти стандарты уже утвердили, но пока что речь идет о первой части, где об опухолях ничего не сказано. Но мы, естественно, твердо настроены на то, чтобы пройти эти испытания.

Что касается программного обеспечения, то мы разработали специальное приспособление – прототип автоматизированное рабочее место врача радиолога (АРМ), который радиолог может встроить в свою практику и, таким образом, использовать наш алгоритм для быстрой автоматической сегментации.

- Сколько еще понадобится времени для окончательного завершения работы?

Полагаю, для этого необходимо еще несколько месяцев. То есть уже в этом году. Здесь всё будет зависеть от площадки для внедрения. Основной вопрос упирается в то, где мы будем внедрять разработку, кто готов внедрить наши результаты исследований. На данном этапе мы как раз и ищем эту площадку.

- А есть у вас какие-то финансовые затруднения? Мне очень часто приходилось слышать от разработчиков жалобы на недостаток средств для завершения работ.

Нет, я так не думаю. У нас продолжается грант, который заканчивается как раз в этом году. Правда, должен заметить, что грантом не предусматриваются задачи внедрения. Его задача – поиск нового научного знания. Нас поддержал, как известно, Российский фонд фундаментальных исследований, ныне РНФ. Новое знание мы нашли, о чем свидетельствуют наши публикации. Но мы на этом не останавливаемся. Мы хотим, чтобы наша разработка вошла в практику. И вообще сама наша лаборатория ориентирована как раз на практику. Как я уже сказал, прототип у нас готов, и теперь осталось найти площадку, где можно будет встроить нашу разработку в конкретный рабочий процесс.

- Не возникнет ли тогда необходимости в поисках дополнительных средств финансирования для осуществления процесса внедрения?

Я отвечу так. Если бизнес-модель выстроена правильно, если ваша разработка в самом деле помогает людям, то это должно приносить выгоду тому, кто всё это будет использовать. Сейчас происходит взаимодействие с некоторыми компаниями, которые могли бы включить это к себе в рамках какого-то масштабного решения. Опухоли мозга – лишь частный случай анализа МРТ-снимков. В общем, мы ищем партнеров для внедрения нашей разработки.

- То есть к данной разработке возможен большой интерес со стороны коммерческих компаний?

– Должен заметить, что в зарубежных клиниках и некоторых московских медицинских учреждениях уже применяют алгоритмы искусственного интеллекта. Там же, собственно, отрабатываются государственные стандарты по клиническим испытаниям. Мы хотим посотрудничать с ведущими организациями. Однако, подобные истории успеха почему-то сосредоточены именно в Москве и Санкт-Петербурге. Поэтому нам придется подтвердить статус Новосибирска как интеллектуальной столицы Сибири и осуществить такой успех у себя.

- Насколько уникальна ваша разработка?

В России есть несколько команд, занимающихся подобной проблематикой – именно по опухолям. Что касается международного уровня, то мы второй раз приняли участие в международном конкурсе, посвященном как раз проблеме сегментации опухолей. В прошлом наша команда выступила там хорошо и попала в лидеры по задаче сегментация опухоли головного мозга и оценкам связанной с ней неопределенности. В этом году из тысячи команд мы попали в пятнадцать лучших (на валидации). Главное то, что мы поняли – для самих себя - свое реальное место в мире. И пока что с уверенностью можем сказать, что наша команда находится на достаточно высоком уровне. Думаем, в России нам удастся войти в число лучших.

Беседовал Олег Носков