Как нейросети работают на благо нашего здоровья? Разбираемся

28.10.202428.10.2024 Яна Чудо техники

Почему люди так часто доводят свои болезни до запущенного состояния? А потому, что боятся обследоваться — слышали о том, что «глотать трубку» неприятно, проверять проходимость сосудов в сердце опасно, да и вообще к докторам лучше не попадать. Кажется, есть хорошие новости — многие виды обследований становятся и безболезненными, и даже бесконтактными — вот вам несколько примеров.

Рак хорошо прячется и притворяется другими болезнями. Чтобы поставить правильный диагноз, часто нужна биопсия. Не самая приятная штука — это отщипывание кусочка органа или ткани для изучения под микроскопом. Но что, если скоро она станет виртуальной, цифровой? Над этим работают учёные Сеченовского университета, они обучают нейросеть определять по обычным томограммам тип опухоли в почках. Сначала система строит 3D-изображение из обычных компьютерных томограмм.

Ведущий инженер, программист Сеченовского университета Иван Черненький в подробностях видит, насколько глубоко проросло образование, его размеры и форму — до операции и даже во время. Но главное, что нужно определить сразу — это является ли опухоль злокачественной.

Медики уверены, что именно в диагностике опухолей почки искусственный интеллект будет незаменим. Всё потому, что традиционная биопсия здесь очень травматична.

Заместитель директора по науке института урологии и репродуктивного здоровья человека Сеченовского университета, профессор, доктор медицинских наук Евгений Шпоть говорит, что она сопряжена с очень высоким риском осложнений. В частности, кровотечение, которое возникает. И информативность такой технологии не очень высока. Опять-таки пациентов нужно наблюдать. Пациенты сутки лежат горизонтально, потому что им нельзя вставать опять-таки из-за риска кровотечения.

Кровоизлиянием и даже инфарктом иногда осложняется и коронарография — диагностика питающих миокард артерий. Врач через прокол в бедре продвигает тонкий катетер до самого сердца — всё под рентгеновским контролем. Затем вводит контрастное вещество — прямо в коронарные сосуды. И все они на снимке, как на ладони. Но… По словам профессора, кардиолога Геннадия Коновалова, процедура, во-первых, требует проведения контраста достаточно токсичного. И если проводить несколько раз такие исследования, то наблюдается интоксикация гадолинием.

Поэтому перед такой процедурой проводят тщательное обследование и делают аллергическую пробу на вводимое вещество. Но более современная альтернатива для многих случаев уже есть — МСКТ — мультиспиральная компьютерная томография. Катетера, который ползёт к сердцу внутри сосудов, здесь нет. Вместо этого делают инъекцию с контрастным веществом, и оно циркулирует по кровеносной системе. Пациента помещают внутрь томографа, и тот, умно синхронизируясь по кардиограмме с фазами сокращения сердца, делает послойные рентгеновские снимки его сосудов. Конечно, МСКТ не заменяет коронарографию полностью — перед операцией на сердце будут делать, скорее всего, традиционную диагностику — которая покажет всё в нужных деталях. Но для массовых обследований новинку уже вовсю применяют.

Технологично осовременить стараются и другую неприятную процедуру — гастроскопию. Вместо того, чтобы «глотать трубку», иногда сейчас можно «проглотить камеру». Маленькую капсулу пациент запивает водой — и ждёт, пока она рассмотрит всё изнутри, фотоотчёт отправит врачу, а потом выйдет, так сказать, естественным путём. Правда, применяют это чаще всего для осмотра тонкого кишечника, добраться до которого, извините, с обеих сторон затруднительно. Желудок же врачи предпочитают обследовать гастроскопом — который позволяет прицелиться, заодно и взять биопсию или даже провести мини-операцию. Впрочем, зачастую можно обойтись и гораздо более простым анализом — чтобы понять, нет ли в желудке вызывающих язву бактерий Helicobacter pylori, достаточно теста на мочевину в выдыхаемом воздухе. А современные аппараты по содержанию водорода показывают и состояние микробов кишечника.

Гастроэнтеролог Анатолий Ульянин поясняет, чтобы выявить этот синдром избыточного бактериального роста, раньше проводили гастроскопию, при которой брали биопсию, либо аспират. То есть смыв с поверхности кишки и сеяли на вот эти чашки Петри. Проводили культуральный метод.

Добрались новации и до того обследования, думать о котором не хочется совсем — колоноскопии — осмотра толстого кишечника через то место, на котором сидят. Клиники сейчас стали предлагать взамен обычной «виртуальную» процедуру. Стоит от 10 000 рублей. В реальности это компьютерная томография кишечника — который приходится надувать — воздухом или углекислым газом (вводится до 4 литров). И если врач увидит не всё — направит опять-таки на традиционную колоноскопию. Которую, как говорят специалисты, лучше уж пройти сразу, просто под медикаментозным сном — это не полноценный наркоз, гораздо меньше опасности, и пациенту не страшно.

Впрочем, многие боятся даже кровь сдавать — и взрослые тоже. Над тем, чтобы это исправить, работает наш постоянный эксперт — кандидат наук, физик Кирилл Болдырев. Идея в том, чтобы делать анализы всего по двум микролитрам крови (это меньше, чем забирает комар при укусе) — с помощью спектроскопии — анализа веществ по поглощению ими света. Новый метод позволит отделаться малой кровью — достаточно всего лишь 2 микролитров — это меньше, чем забирает комар при укусе. По тому, как вещество поглощает свет, можно судить о его составе. Сам метод спектроскопии известен давно. Его используют криминалисты при работе с уликами и астрофизики — определяют, из каких элементов состоят звёзды и туманности. Но с анализом крови возникла загвоздка.

Проще всего объяснить суть проблемы при помощи обычного проектора со слайдами. Представьте себе, что мы пропускаем свет через какое-то одно вещество, поглощаются фотоны лишь определённой длины волны — картинка получается чёткой. Она к сожалению становится менее разборчивой, когда добавляются ещё какие-то молекулы, каждая из которых поглощает свои фотоны, образует свою картинку — и они наслаиваются друг на друга. Когда молекул много — совсем непросто. И представьте себе, если речь идёт о такой сложносоставной смеси, как кровь человека. Как вообще там что-то увидеть в этом нагромождении изображений? Тут-то на помощь учёным и приходят нейросети.

Чтобы искусственный интеллект быстро и правильно определял спектры веществ, его нужно долго обучать на больших объёмах данных — чем сейчас и занимаются Кирилл с коллегами. Пока нейросеть допускает ошибки, но по некоторым показателям уже даёт точность около 90%. Главная мечта — сделать такой анализ портативным, чтобы каждый мог следить за своим здоровьем сам. Над этим же работают и молодые учёные из Сеченовского университета — они создают неинвазивный глюкометр. Технология схожая: спектроскопия плюс компьютерный мозг, но ни капли крови. Вместо иголки — лазер. Он просвечивает палец, а полученный спектр анализирует программа.

Корреспондент «Чуда техники» Маша Ромашева решила проверить, почувствует ли прибор изменения в уровне глюкозы через 15 минут после выпитого пакетика сока. Прибор влияние сока заметил — уровень глюкозы вырос примерно на 6%. Хотя точность его, по словам разработчиков, пока не идеальная. Прибор продолжают совершенствовать и в продаже его нет. Но такое, конечно, очень ждут — об измерениях сахара без иголок давно мечтают миллионы диабетиков, например, блогер Нюра Шарикова. Она рассказывает своим подписчикам, как полноценно жить с этой болезнью, хотя каждый день ей приходится делать с десяток замеров обычным глюкометром.

Она активно следит за новинками. Из последних высоко оценила систему для мониторинга глюкозы за 15 000 рублей. Назвать её полностью неинвазивной нельзя — датчик крепится к телу на две недели, и крошечная иголочка проникает в кожу. Это сенсор, и он передаёт данные на смартфон.

Доверяй, но проверяй! Правда, уровень глюкозы этот прибор определяет в межклеточной жидкости, а не в крови. А потому есть погрешности и ложные срабатывания.

Неужели без проколов совсем не обойтись? На маркетплейсе мы нашли другую разработку — умные часы-глюкометр почти за 6 000 рублей — и предложили Нюре в течение недели сравнивать их показания с обычным глюкометром и датчиком мониторинга. И первые измерения действительно совпали.

Дальше началась чехарда. Судя по графикам, устройство частенько показывает, что ему вздумается. Зато носимый датчик выдаёт схожие с обычным глюкометром результаты — и пусть это частично инвазивный, зато удобный и верный помощник. Вообще, диагностика действительно становится всё более безболезненной и комфортной. Хотя порой, конечно, лучше уж перетерпеть, чем не обнаружить болезнь вовремя — когда её ещё реально вылечить без особых проблем. Которые потом могут быть гораздо серьёзнее, чем дискомфорт от глотания трубки или прокола кожи.

Благодарим за помощь в подготовке выпуска:

Сеченовский университет Минздрава России за плодотворное сотрудничество;
Автора блога о диабете Нюру Шарикову за любовь к науке и бодрый нрав. Нюра рассказывает про сахарный диабет простым языком. Как достичь хороших сахаров, как добиться лекарственного обеспечения, как жить полноценной жизнью при диабете и актуальные новости о сахарном диабете;
Нашего постоянного эксперта, кандидата физико-математических наук, старшего научного сотрудника Института спектроскопии РАН Кирилла Болдырева за экспертную помощь в создании сюжета.