Научно-исследовательская работа на тему "Искусственный интеллект в медицине"

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Саратовской области "Вольский медицинский колледж им. З.И. Маресевой"

________________________________________

412911,Саратовская область, г. Вольск, улица Льва Толстого, дом 253

Телефон: +7 (84593) 7-44-37, 7-24-45

E-mail: vmu-dir@mail.ru

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема: «Искусственный интеллект в медицине»

Автор: студент 2 курса, группы 622

Радаева Анастасия Александровна

Научный руководитель:

преподаватель информатики

Пикулина Анастасия Петровна

Вольск, 2023г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы «Искусственный интеллект в медицине» заключается в том, что она представляет собой мощный инструмент для преобразования системы здравоохранения, обеспечивая более эффективное и доступное лечение для пациентов. Внедрение ИИ в медицину обещает быть захватывающим, поскольку оно может помочь врачу в диагностике, лечении и анализе данных, а также в разработке новых лекарств

Объект исследования – искусственный интеллект.

Предмет исследования – искусственный интеллект в медицинской диагностике.

Цель исследования –  осветить вопросы, связанные с применением искусственного интеллекта в медицине, рассмотреть последние достижения в этой области. 

Задачи исследования:

1. Рассмотреть сущность понятия «искусственный интеллект», решаемые им задачи;
2. Изучить применение искусственного интеллекта в различных сферах жизни и науки;
3. Исследовать применение искусственного интеллекта в частности в медицине и в медицинской диагностике;
4. Изучить основные разработки искусственного интеллекта в медицине в России и в мире;
5. Определить перспективы развития искусственного интеллекта в медицине с учетом текущих разработок.

Искусственный интеллект (ИИ) сегодня является одной из наиболее обсуждаемых тем в медицине, представляя собой мощный и перспективный инструмент для преобразования системы здравоохранения. Нейронные сети и машинное обучение позволяют разработать технологии для автоматической диагностики, прогнозирования и рекомендаций по лечению. Внедрение ИИ может изменить медицину в корне, преобразуя систему здравоохранения и улучшая качество медицинских услуг.

Однако, при внедрении ИИ в медицину необходимо учитывать несколько важных аспектов. Среди них: обеспечение безопасности и конфиденциальности медицинских данных, этичность использования ИИ, обучение и адаптацию медицинского персонала к новым технологиям, а также сохранение баланса между автоматизацией и ролями человеческого врача. Некоторые из наиболее важных приложений ИИ в медицине включают:

• Автоматическую диагностику и прогнозирование заболеваний;
• Рекомендации по лечению и уходу;
• Улучшение качества медицинских услуг;
• Упрощение и автоматизацию вспомогательных процессов в медицинской организации;
• Обучение и адаптацию медицинского персонала к новым технологиям.

В целом, искусственный интеллект в медицине представляет собой мощный инструмент для преобразования системы здравоохранения, но его внедрение требует тщательного подхода к обеспечению безопасности и конфиденциальности данных, а также к обучению и адаптации медицинского персонала.

ПОНЯТИЯ «ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ»

Искусственный интеллект (ИИ) (Artificial Intelligence (AI) – это технология, а точнее направление современной науки, которое изучает способы обучить компьютер, роботизированную технику, аналитическую систему разумно мыслить также как человек. Собственно мечта об интеллектуальных роботах-помощниках возникла задолго до изобретения первых компьютеров.

Людей в середине 50-х годов прошлого столетия сильно поразили возможности вычислительных машин, особенно способности ЭВМ, безошибочно выполнять множество задач одновременно. В головах ученых и писателей сразу возникли фантастические идеи о мыслящих машинах. Именно в этот период начинают зарождаться первые технологии искусственного интеллекта. Алан Тьюринг стал первопроходцем в исследованиях, после публикации статьи «может ли машина мыслить?», в которой описан некий эмпирический тест, с помощью которого выясняется, считается ли машина разумной или нет (тест Тьюринга). Неоднозначную роль в формировании развития искусственного интеллекта сыграла концепция крошка-машина (Baby Machine). Подразумевалось, что между машиной и маленьким ребенком проводится некая параллель, и машина, словно дитя, будет самостоятельно познавать мир и обучаться.

Исследования в сфере ИИ ведутся путем изучения умственных способностей человека и переложения полученных результатов в поле деятельности компьютеров. Задача учёных состояла в том, чтобы  построить компьютер,  действующий таким образом, что по результатам его работы невозможно было бы отличить его деятельность от деятельности человеческого разума. Сейчас ИИ рассматривают как прикладную область исследований, связанных с имитацией отдельных функций интеллекта человека.

Главные цели ИИ:

Создание аналитических систем, которые обладают разумным поведением, могут самостоятельно или под надзором человека обучаться, делать прогнозы и строить гипотезы на основе массива данных.

Реализация интеллекта человека в машине – создание роботов-помощников, которые могут вести себя как люди: думать, учиться, понимать и выполнять поставленные задачи.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Первые работы в области искусственного интеллекта начались в середине прошлого века. Алан Тьюринг стал пионером исследований в этом направлении, хотя определенные идеи начали высказываться еще средневековыми философами и математиками. Но по-настоящему это направление сформировалось к середине прошлого века. До появления работ по ИИ проводились исследования природы человека, способов познания окружающего мира, возможностей мыслительных процессов и т.д. К тому времени появились первые компьютеры и алгоритмы. То есть был создан фундамент, на котором зародилось новое направление исследований. В 1950 году Алан Тьюринг опубликовал статью, в которой ставил под сомнение возможности машин будущего и то, смогут ли они обойти людей по уровню интеллекта. Именно этот ученый разработал процедуру, которая позже была названа в его честь: тест Тьюринга. После публикации работ британских ученых появились новые исследования в области искусственного интеллекта. По мнению Тьюринга, только машины, которые неотличимы от людей в общении, могут восприниматься как мыслящие. Примерно в то же время, когда появилась работа ученых, на свет появилась концепция под названием baby machine.

Она предусматривает прогрессивное развитие искусственного интеллекта и создание машин, мыслительный процесс которых формируется с начала на уровне ребенка, а затем постепенно совершенствуется. В 1956 году группа ученых, включая Тьюринга, собралась в Дартмундском университете в США, чтобы обсудить вопросы, связанные с искусственным интеллектом. После этой встречи началась активная разработка машин с функциями искусственного интеллекта. Особую роль в создании новых технологий в области ИИ сыграло военное ведомство, которое активно финансировало это направление исследований. Затем крупные компании стали привлекать на работу специалистов в области искусственного интеллекта. Современная жизнь ставит перед исследователями все более сложные  задачи. Таким образом, развитие искусственного интеллекта происходит в радикально отличных условиях, по сравнению с тем, что происходило во время зарождения искусственного интеллекта. Несмотря на успехи, достигнутые в этой области за последние годы (например, появление автономных технологий), многие критики не верят в создание по-настоящему искусственного интеллекта и в очень грамотные программы, опасаются, что активное развитие ИИ вскоре приведет к ситуации, когда машины полностью заменят людей.

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В РАЗЛИЧНЫХ СФЕРАХ ЖИЗНИ И НАУКИ.

В настоящее время автоматизации подвергается все больше аспектов жизни окружающей нас. Искусственный интеллект,  главная инновация XXI века, обладающая колоссальным значением для общества. Уже сегодня, даже если мы этого не замечаем, ИИ повсюду среди нас: смартфоны умеют распознавать изображения с камеры, виртуальные ассистенты понимают наши команды и умеют на них отвечать, а решения для автоматического синхронного перевода могут сделать общение на разных языках совершенно свободным.

Сферы применения ИИ:

• Медицина;
• Промышленность;
• Банковские системы;
• Финансовая сфера;
• Сельское хозяйство;
• Дорожное движение;
• Быт.

ПРИМЕНЕНИЕ И ПОЛЬЗА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В МЕДИЦИНЕ

Разработка ИИ сегодня является приоритетной задачей для многих стран мира. Если рассматривать внедрение умных систем в медицинской сфере, то в первую очередь их польза будет состоять в увеличении точности диагностики различных заболеваний.

Практики и опыта врача может быть недостаточно для того, чтобы своевременно выявить ту или иную проблему в организме человека, тогда как нейронная сеть, обладающая доступом к огромному объему данных, передовой научной литературе и миллионам историй болезней, сможет быстро классифицировать любой случай, соотнести его со схожими проблемами у других пациентов и предложить план лечения.

Сегодня искусственный интеллект не может решать сложные медицинские задачи: он самостоятельно не придумает и не спроектирует прибор из будущего, который сможет за пару секунд отсканировать организм человека, выявить любые проблемы и назначить оптимальное лечение. Однако и нынешние возможности очень интересны для врачей, пациентов и клиник.

Сегодня искусственный интеллект отлично справляется с простыми задачами. Например, он способен выявить наличие инородного тела или патологии по рентгеновскому снимку, а также определить наличие раковых клеток в цитологическом материале. В анализе различных медицинских данных искусственный интеллект уже показывает великолепные результаты – точность выявления патологий по УЗИ и МРТ превышает 90%.

Современная статистика показывает, что врачи часто допускают ошибки при анализе снимков КТ, что становится причиной назначения неверного лечения. Новый проект от израильских разработчиков призван помочь правильно диагностировать инсульт – система сравнивает снимок мозга пациента со снимками сотен тысяч других людей для выявления и подтверждения отклонений. Применение искусственного интеллекта может помочь во многих областях медицины, таких как:

1. ИИ в Дерматологии находит все более широкое применение в дерматологии, улучшая диагностику и лечение кожных заболеваний. Некоторые ключевые области использования ИИ в дерматологии включают:

Автоматическая диагностика новообразований кожи: ИИ-алгоритмы способны анализировать изображения кожных образований и с высокой точностью определять наличие меланомы или других злокачественных новообразований. Это помогает врачам быстрее и точнее ставить диагноз.

Цифровая дерматоскопия: Системы на основе ИИ могут анализировать дерматоскопические изображения кожи пациентов, выявляя признаки различных кожных патологий. Это расширяет возможности дерматологов в ранней диагностике.

Приложения для самообследования кожи: Мобильные приложения с использованием ИИ позволяют пациентам самостоятельно проводить скрининг кожных образований и получать предварительные рекомендации. Это повышает доступность дерматологической помощи.

Поддержка принятия решений врачами: ИИ-системы могут предоставлять дерматологам рекомендации по лечению, основанные на анализе большого объема медицинских данных. Это помогает врачам принимать более обоснованные решения.

Однако, внедрение ИИ в дерматологию также сопряжено с некоторыми проблемами, такими как необходимость обеспечения конфиденциальности медицинских данных, обучение персонала работе с новыми технологиями, а также сохранение баланса между автоматизацией и ролью человеческого врача.В целом, ИИ открывает новые возможности для повышения эффективности и качества дерматологической помощи, но его внедрение требует тщательного подхода к решению возникающих вопросов.

2. ИИ в фармацевтике и фармакологии - сегодня активно применяется в фармацевтической промышленности и фармакологии, трансформируя и повышая эффективность процессов разработки и производства лекарственных препаратов. Некоторые ключевые области использования ИИ включают:

Развитие Лекарств

Автоматизация процесса разработки: ИИ-алгоритмы могут ускорить и оптимизировать процесс поиска молекулы или лекарственного кандидата, а также проведение доклинических и клинических исследований.

Математическое моделирование: Алгоритмы математического моделирования могут сократить срок разработки без ущерба безопасности будущего лекарства.

Контроль Качества

Оптимизация формулы препарата: ИИ может использоваться для оптимизации формулы лекарственного препарата, чтобы улучшить его эффективность и безопасность.

Контроль качества продукции: ИИ может использоваться для контроля качества продукции, что позволяет выявлять дефекты и предотвращать выпуск некачественной продукции.

3. ИИ в онкологии -  точный и своевременно поставленный диагноз — вопрос жизни и смерти для больного. Технологии искусственного интеллекта значительно повышают точность постановки диагнозов. Приведем пример: осенью 2018 года исследователи из больницы Сеульского национального университета и Медицинского колледжа разработали алгоритм искусственного интеллекта DLAD (DeepLearningbasedAutomaticDetection) для анализа рентгенограмм грудной клетки и выявления аномального роста клеток, таких как потенциальные раковые заболевания. Производительность алгоритма была сравнена с возможностями обнаружения нескольких врачей на одних и тех же изображениях и превзошла результаты 17 из 18 врачей.
4. ИИ в Генетике - находит все более широкое применение в области генетики, открывая новые возможности для анализа и интерпретации генетических данных. Некоторые ключевые области использования ИИ в генетике включают:

• Предсказание функциональных геномных элементов: Алгоритмы машинного обучения на основе глубокого обучения могут с высокой точностью предсказывать расположение и функции различных геномных элементов, таких как промоторы, энхансеры и сайты сплайсинга.
• Определение вторичной структуры ДНК: ИИ-модели способны эффективно и точно определять вторичные структуры ДНК, что важно для понимания ее функций и взаимодействий.
• Предсказание эффектов генетических мутаций: Нейросети могут предсказывать влияние генетических мутаций на фенотип организма, что помогает в диагностике и лечении наследственных заболеваний.
• Изучение механизмов адаптации и естественного отбора: Методы машинного обучения применяются для моделирования процессов эволюции и популяционной генетики с целью понимания механизмов адаптации организмов к окружающей среде.

Однако, применение ИИ в генетике также сопряжено с рядом проблем, таких как необходимость обеспечения конфиденциальности генетических данных, интерпретируемость моделей ИИ, а также этические вопросы, связанные с использованием технологий редактирования генома.

5. ИИ в неврологии - разработчики израильской компании MedyMatchTechnology, создали проект, который призван помочь правильно диагностировать инсульт, данная система сравнивает снимок мозга пациента с огромным количеством снимков других людей для выявления и подтверждения отклонений.
6. ИИ в психотерапии и психиатрии - иногда людям гораздо легче выбрать виртуального помощника в решении проблемы со здоровьем, в частности психического, потому что пациентам проще поделиться с виртуальным помощником своими интимными проблемами, чем с живым человеком. В психотерапии это может повлиять на весь ход лечения, что очень важно. Существуют психотерапевты чат-боты, такие как Карим, Элли, Nema, Эмма, QuartetHealth, все они помогают человеку справиться с психологическими проблемами, диагностируя заболевание и предоставляя индивидуальную программу лечения. Например, психотерапевт Элли был разработан для лечения людей, страдающих от посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) и депрессии. Когда вы отвечаете на вопросы Элли, она слушает. Но программа не обрабатывает слова, она анализирует голос, а камера в мельчайших деталях отслеживает мимику.

Вышеперечисленные области применения искусственного интеллекта в медицине, показывают, что ИИ находит свое применение во многих задачах – от консультирования до диагностирования. Вместе с преимуществами применения искусственного интеллекта, технология несет в себе и ряд проблем, недостатков.

ВЫВОД

Искусственный интеллект (ИИ) находит все более широкое применение в медицине, открывая новые возможности для диагностики, лечения и прогнозирования заболеваний. Он может анализировать медицинские изображения с высокой точностью, помогая диагностировать различные заболевания, включая рак и другие злокачественные новообразования.

Однако, внедрение ИИ в медицину также сопряжено с рядом проблем, таких как необходимость обучения и адаптации медицинского персонала, обеспечение конфиденциальности данных и уменьшение рисков ошибок в диагностике.

Целью своего исследования я поставила освещение вопросов, связанных с применением искусственного интеллекта в медицине, рассмотрение последних достижений в этой области. В ходе своего исследования я нашла очень много научной и научно-фантастической литературы и провела анализ, обработку и синтез полученной информации. Задачи, которые я сформулировала, для решения поставленной цели, на мой взгляд я с успехом исполнила.

Подводя итоги исследования, я пришла к следующему выводу:

Ученые активно занимаются научными изысканиями уже не один десяток лет. Стало понятно, что мы сейчас стоим на пороге эры искусственного интеллекта. Активно развивается глубинное обучение, компьютерное зрение, механизм обработки естественного языка, и в кармане каждого человека уже есть небольшой суперкомпьютер. Очевидно, что сейчас развитие ИИ переживает стремительный взлет.

В целом, ИИ открывает новые горизонты в медицине, но его внедрение требует тщательного подхода к решению возникающих вопросов. Несмотря на некоторые ограничения и риски, ИИ может стать мощным инструментом для улучшения здоровья и качества медицинских услуг.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атлас новых профессий. [Электронный ресурс]. URL: https://new.atlas100.ru/ (дата обращения: 10.05.2022)
2. Аверьянова О.А. Искусственный интеллект в условиях современной медицины / О.А. Аверьянова, В.И. Коршак // Естественные и математические науки в современном мире. – 2016.
3. Черных Е.Е. Основные направления стратегий развития искусственного интеллекта в медицине: гонка за первенство и правовые риски. / Е.Е. Черных // Вестник Уральского юридического института МВД России. – 2020
4. Статья «У России есть потенциал для развития ИИ в медицине»

https://plus.rbc.ru/news/5f6e93207a8aa9c30e230f40

5. Искусственный интеллект в здравоохранении

https://ru.qaz.wiki/wiki/Artificial_intelligence_in_healthcare

6. https://www.urovest.ru/jour/article/view/751?locale=ru_RU
7. https://cyberleninka.ru/article/n/iskusstvennyy-intellekt-v-meditsine-4
8. https://center2m.ru/ai-medicine