Мир маленьких роботов и больших денег — что будет основой $98-миллиардной медицины будущего

Рынок медицины готовится к новой технической революции благодаря внедрению нейросетей и роботизированных систем. Согласно результатам исследования агентства Frost & Sullivan, доля искусственного интеллекта в здравоохранении будет расти ежегодно на 40%, а к 2021 году доходы от использования «умных» систем составят $6,7 млрд. При этом точность ИИ-диагностики повысится на 30-40%.

Что касается применения роботов в микроинвазивной хирургии, в докладе Allied Market Research указано, что мировой рынок хирургической робототехники в 2017 году оценивался в $56 млрд, а с перспективами роста ежегодно на 8,5% ожидается, что к 2024 году он достигнет $98 млрд. В основном, речь идет о внедрении миниатюрных хирургических инструментов для совершения точных манипуляций во время оперативного вмешательства.

В интервью с Bitnewstoday.ru доктор биомедицинской инжеренерии и разработчик роботизированных систем для медицинской диагностики Hong Kong Polytechnic University Мария ВИКТОРОВА рассказала о передовых разработках и перспективах внедрения роботов в медицине.

BNT: Когда говорят о роботах в медицине, чаще всего вспоминают о роботизированных хирургах Da Vinci.

МВ: Действительно, это очень нашумевшая история о системах Da Vinci, которые и по сей день лидируют на рынке. Они среди первых по количеству проведенных операций, поэтому клиники все чаще соглашаются на их установку. Проверенность и надежность операций, которые осуществили эти роботы, гарантируют спокойствие для врачей, а система стимулирует появление нового поколения роботов в хирургии.

На момент создания в 2000 году система роботов Da Vinci была революционной. Ее стоимость, которая составляет от $1 млн до $2 млн, не включая затраты на обслуживание в размере $150 000, в среднем окупается за 2 года. При этом с начала их изобретения среди всех операций в мире всего от 5 до 10% выполняется с их помощью. Основные причины — их стоимость, а также объем конструкции, так как 750-килограммовый робот не предназначен для частого перемещения в операционных. Решить эту проблему пытаются исследователи Кембриджского Medtech CMR Surgical, которые запустили хирургического робота Versius, на которого инвесторы, среди которых LGT и ABB Robotics, потратили $95 млн в июне 2018 года. Удастся ли новому цифровому хирургу революционизировать медицинскую робототехнику, пока не известно, но его изобретатели надеются, что он сможет стать более экономичным и удобным решением

BNT: Каковы сейчас основные тренды в роботизированной медицине в целом? На чем сфокусированы исследования и разработки?

МВ: Роботы, которые сейчас появляются в индустрии, в основном, направлены в сторону коллаборативности. По своим стандартам и внутренним характеристикам они полностью безопасны и способны работать в окружающей среде с людьми. Именно это становится причиной того, что многие исследователи начинают работать над медицинскими применениями уже существующих роботов, чтобы соответствовать стандартам робототехники. И значительный всплеск исследований новой техники отмечается в применении ее в диагностике: хирургические роботы пока слишком дорогие, в то время как диагностические будут более доступны для массового использования.

BNT: В чем основная польза от применения роботов в медицинской диагностике?

МВ: Они могут позволить исключить человеческий фактор и некомпетентность, сократить количество ошибок и сделать процесс автоматизированным. Соответственно, нужно будет меньше врачей, специализированных в узкой области медицины. Это не значит, что нужно будет сократить число рабочих мест, просто достаточно будет взять человека с меньшей компетенцией, который сможет обслуживать робота.

Тестирование робототехники в медицинской диагностике проходит достаточно активно. Нейросеть GoogLeNet показала точность распознавания рака молочной железы на 89%, в то время как опытный врач-патолог, работающий без ограничения времени, определяет его с 73% точностью. При этом полностью исключить из этой схемы врача ученые пока не готовы, так как ИИ намного хуже справляется с выявлением доброкачественных новообразований.

Ученые пока не готовы отдать финальное медицинское заключение во власть ИИ по многим причинам. Андрей КВАСОВ, доктор компьютерных наук Hong Kong University of Science and Technology, в комментарии для Bitnewstoday.ru назвал это проблемой AI-safety: «Когда речь заходит о человеческих жизнях, помимо этических вопросов, кому доверить решение, человеку или машине и кто будет ответственным за него, очень остро стоит вопрос точности алгоритмов»

BNT: Как понять, что диагностика, сделанная роботизированной ИИ-системой, была точной и почему она не используется повсеместно?

МВ: Я не могу пока выразить это в численных показателях, но определенно здесь есть трудности. Во-первых, где найти такое количество данных для обучения ИИ, чтобы добиться большой точности? Каждое учреждение работает со своими базами данных, и одна общая система хранения могла бы решить эту проблему, но на сегодняшний день проблемы безопасности заботят людей больше науки.

Андрей КВАСОВ подтвердил, что на сегодняшний день вопрос точности и автономии ИИ в диагностике до сих пор находится под большим вопросом. «Алгоритмы нейросетей были разработаны около 50 лет назад, но до сих пор нет прямого объяснения, по какому принципу они формируют закономерности и взаимосвязи. А значит, у нас нет гарантий их точности». По мнению эксперта, также сложно перенести алгоритм на анализ другой болезни. И даже высокая точность идентификации одного заболевания не позволяет определять другое с помощью одной и той же нейросети. Поскольку обучение полностью зависит от загруженных данных, для того, чтобы ИИ смог сделать анализ другого заболевания, потребуются новые данные, то есть фактически нужно будет обучать сеть с нуля

МВ: Вторая трудность, препятствующая распространению ИИ-диагностики — это, скорее, этическая проблема. Если врач, основываясь на анализе нейросети, ложно поставит диагноз, посмотрев на болезнь пациента как бы «с подсказки» ИИ, кто будет нести за это ответственность — врач или машина? Не говоря уже о страхе потери рабочих мест и замены докторов на нейросети, что, кстати, на данном этапе в принципе невозможно. 

Еще в 2016 году команда Гарвардского ученого добилась 85% точности при установлении рака молочной железы, объединив силы специалиста по патологиям и нейронной сети, которая способна отличить раковые клетки от здоровых. А в сентябре 2018 года в клинике Майо искусственный интеллект научили определять уровень калия с помощью электрокардиограммы, без анализа крови.  Food & Drug Administration (FDA) уже объявила о том, что этот стартап уже находится на пути к внедрению в систему здравоохранения, но окончательного решения пока нет

МВ: На мой взгляд, выход для всех этих проблем кроется в параллельной и независимой оценке заболевания несколькими экспертами, одним из которых может стать ИИ. Таким образом, это коллаборация, в результате которой можно сделать диагностику более точной.

BNT: Приведите практические примеры успешного использования роботов-диагностов.

МВ: Одна из главных причин их популярности — применение в ультразвуковых исследованиях. Они абсолютно безопасны для пациента и позволяют заменить методы с рентгеном, которые не являются безвредными для человека. Например, Xray, CT. И помимо прочего, автоматизация этого процесса также несет заботу о врачах, сокращая количество их действий и предотвращая проблемы с опорно-мышечным аппаратом (muscular skelletar disorders). Еще одна причина популярности этих роботов в диагностике — это возможность осуществлять диагнозы в удаленном режиме: врач может дистанционно проверить состояние пациентов сразу в нескольких больницах. Это так называемая teleoperation, когда врач делает осмотр, находясь на любом расстоянии от пациента и управляет роботом с помощью джойстика.

Однако несмотря на огромное количество разработок в данном спектре медицинских услуг, коммерчески доступных версий роботизированных уз-систем пока совсем мало: ABUS от Siemens Healthcare для исследований груди и Kuka от LBR Med.

BNT: На каких разработках больше сосредоточена индустрия — на хирургических или медицинских роботах?

МВ: Интерес индустрии к роботизации ультразвуковой диагностики огромный, что обусловлено ее главным преимуществом перед хирургическими роботами — последние специализируются на каком-то определенном применении, и вариация их разнится в зависимости от вида операции. В случае с роботами-диагностами их можно адаптировать под разные задачи и диагнозы, меняя их в минимальной степени. Так, они будут отличаться лишь настройками силы, углов и траекторий. И поскольку в диагностике нуждается большее количество людей, чем в операции, то очень важно сейчас сделать этот метод более доступным.

Полной автономии роботов в медицине добиться крайне сложно ввиду ряда причин. Однако исследователи активно тестируют технологии, и уже в июне этого года впервые ученые Оксфордского центра биомедицинских исследований при поддержке Национального института исследований здоровья провели первую успешную хирургическую операцию с помощью роботов на сетчатке в больнице Джона Рэдклиффа

BNT: Какие исследования в данной области проводит ваш институт?

МВ: Hong Kong Polytechnic University разработал оборудование, которое создает 3D-изображение позвоночника человека с помощью ультразвука — 3D ultrasound image of spine – Scolioscan – PolyU (the Polytechnic University of Hong Kong). Это также позволяет избежать рентгена, что особенно важно в отношении лечения детей, так как им приходится его делать часто, когда они находятся в процессе лечения позвоночника и нужен постоянный мониторинг изменений. Теперь мы работаем над тем, чтобы, используя универсального робота, автоматизировать сканирование и навигацию оборудования, полностью исключив необходимость присутствия врача в данной процедуре.

BNT: Когда говорят о медицине будущего, часто возникает представление о неинвазивных гаджетах, которые вводятся в тело человека без операции. Насколько все это актуально и какие перспективные разработки ведутся в данном направлении?

МВ: Действительно, есть роботы, которые вводятся непосредственно внутрь человека разными способами. Исследователи Chinese University of Hong Kong (CUHK) ведут разработки специальных эндоскопических капсул (Endoscopic capsules with automatic diagnosis), которые с помощью ML на основе записей камеры в желудочно-кишечном тракте человека определяют проблемную зону, анализируя ткани кишечника и идентифицируя аномалии.

Также есть интересная разработка в MIT — это оригами-роботы микроскопического размера, управляемые с помощью градиентного магнитного поля. Выполнив свою функцию в организме человека, они биологически распадаются, оставляя после себя только маленький магнитик, который выводится из организма естественным путем. Можно утверждать, что данное вмешательство составляет минимальную нагрузку на организм человека.

Согласно отчету Allied Market Research, на мировом уровне лидером хирургической робототехники в 2017 году были США. Согласно прогнозам, они сохранят свое доминирование до 2024 года, что обусловлено налаженной инфраструктурой здравоохранения и увеличением внедрения хирургических роботизированных систем в медицинских учреждениях. Испания, как ожидается, будет самой быстрорастущей страной на европейском рынке, а в Азиатско-Тихоокеанском регионе лидировать будет Индия. В целом, по данным исследования, услуги хирургических роботизированных систем станут прибыльной индустрией,ожидается прирост ежегодно на 15,7%. При этом самым большим и дорогим станет нейрохирургия, для которой важна предельная точность во время оперативного вмешательства. Она составит 1/6 от всего рынка роботизированных систем

В следующей статье мы продолжим интервью с Марией Викторовой и расскажем о применении ИИ в медицине в одном из самых перспективных и новаторских направлений — AR и VR.