Икенче фикер - роботныкы
Иннополис Университеты галимнәре машинаны рентген сурәтләрендә COVID‑19 билгеләрен табарга өйрәткән. Алга таба нәрсә?
21 февраля 2022
Ике ел элек ММЧында Иннополис Университетында уйлап табылган нейрочелтәр (бер-берсе белән бәйләнгән күпләгән ясалма нейроннар челтәре) үпкәнең цифрлы рентген сурәтен тикшерергә һәм анда коронавирус инфекциясе билгеләрен ачыкларга өйрәнгән дигән хәбәр пәйда булды. Сынау үрнәгендә машина һәм табиб-рентгенолог бер-берсенә бәйсез рәвештә COVID‑19 шиге булган пациентларның үпкә сурәтләренә анализ ясый. 80% очракта патологиянең барлыгы һәм юклыгы турындагы алгоритм бәяләмәсе табиб фикере белән туры килә.
ДИАГНОСТИКАГА БЕР МИНУТ ҖИТӘ
Исегезгә төшерик: пандемиянең башлануы турында БСО 2020 елның 11 мартында игълан итте. Ә Татарстан нейрочелтәренең казанышлары турында мәгълүмат 26 мартта пәйда булды. Яңалыкны укыган күпләр ул вакытта моны фейк дип уйлады. Шундый кыска вакыт эчендә шундый бик төгәл система төзергә мөмкинме икән? Әлбәттә, әгәр әлеге проектка алты ел элегрәк әзерләнергә тотынсаң. Һәм эш биредә бөтенләй конспирациядә түгел.
– Рентген сурәтләренә анализ – безнең университетта ясалма интеллект өлкәсендәге проектлар шуңардан башланды. 2014 елда медицина сурәтләренә компьютерлы анализ лабораториясе төзелде. Мин аны үстерү белән шөгыльләндем, – дип сөйли Иннополис Университетының Ясалма интеллект институты директоры Рамил Кулиев.
Тикшеренүләр предметын сайлау шактый җиңел аңлатыла. 2014 елда медицина учреждениеләре цифрлы рентгенны шактый киң куллана, бу ысулга күпләп күчә башлый. Табиб-рентгенологның диагностикасын автоматлаштыру өчен медицина сурәтләрен анализлау хезмәтен эшләү бик перспективалы проект санала.
– Рентген-сурәт ясау – иң киң таралган скрининг тикшерүе. Россиядә ел саен якынча 80 млн флюорографик тикшерү уздырыла. Элек пленкадагы сурәтләр ачык чыкмый иде, аларны лупа аша диярлек карап өйрәнделәр. Бүгенге цифрлы рентген сурәтләренең төгәллеге бик югары, алар төрле тайпылышларга дифференциаль, шул исәптән автомат рәвештә машина алгоритмнары ярдәмендә диагностика үткәрергә мөмкинлек бирә, – дип аңлата Рамил Кулиев.
Галим һәм аның хезмәттәшләре тарафыннан эшләнгән алгоритм төрле мәгълүмат базаларындагы сурәтләр нигезендә өйрәтелә. Медицина оешмалары белән тыгыз хезмәттәшлек нәтиҗәсендә өйрәтү өчен Татарстан Республикасы хастаханәләрендәге рентген сурәтләре кулланыла. Шулай ук мәгълүмат базасына ачык киңлектә булган сурәтләр дә кертелә. Пандемия башланганда машина төрле тайпылышлар булган дистәләгән мең үпкә сурәтен «караган» һәм истә калдырган була, норма саналганны норма булмаганнан аерырга өйрәнә. 2019 елда Иннополис Университеты нейрочелтәре рентген сурәтендә үпкәдә пневмония булуын автомат рәвештә ачыклау буенча халыкара конкурста икенче урын ала. Шуңа күрә 2020 елда аны эшләүчеләргә нейрочелтәрне COVID‑19 китереп чыгарган тайпылыш сурәтләрен аерырга бераз гына өйрәтеп бетерәсе генә кала. Әлеге технологияне киң кулланышка кертү табибларның эшен җиңеләйтергә һәм диагноз куюны тизләтергә тиеш була. Ләкин алгоритм әле һаман ярдәмче генә, тулы канлы диагност түгел. Ул тәҗрибәле рентгенолог белән бертигез дәрәҗәдә патологияләрне ачыклый ала, әмма эксперт дәрәҗәсенә җитә алмый әле, гәрчә Татарстан галимнәре тәҗрибәсендә нейрочелтәрнең табиб күрмәгән тайпылышларны күргән очраклары булса да.
– Рентген сурәтендә озак дәваланмаган коронавирус инфекциясенең үпкәгә китергән зыяны ачык күренә. Процессның башы, мәсәлән, тонык пыяла симптомы бөтенләй күренми диярлек. Шуңа күрә визуаль диагностиканың алтын стандарты – компьютер томографиясе. Ләкин хәтта пандемия шартларында да томография рентген кебек массакүләм тикшерү саналмый. Без бурычларны планлы рәвештә хәл итәбез, – ди Иннополис Университетының Ясалма интеллект институты директоры. – Инде хәзерге вакытта ук алгоритм тиз арада рентген сурәтләрен патологияле һәм патологиясезгә аера ала. Һәм бу бик мөһим, чөнки, мәсәлән, сүз үпкәләр турында барганда, нигездә, алар нормада, ләкин табиб аларның барысын да карый, моның өчен күп көч түгә. Күз арый, нәтиҗәдә ул патологияле үпкә сурәтен күрми калырга мөмкин. Моннан тыш, системаны шундый итеп көйләргә мөмкин: ул белгечкә сурәтләр арасыннан нормадан иң көчле тайпылыш күренгәннәрен сайлап алып, беренче чиратта ярдәм таләп ителгән пациентларны ачыкларга булыша ала.
Рамил Кулиев һәм аның хезмәттәшләре уйлап тапкан алгоритмның мөмкинлекләре коронавирус инфекциясен күреп алу белән генә чикләнми. Хәзер институт Мәскәү шәһәре Сәламәтлек саклау департаментының нур диагностикасына компьютер күзе технологиясен кертү буенча эксперименталь проектта катнаша. Проектның зур бер өлеше – мәгълүмат челтәренә берләшкән табиб-рентгенологларның эш урыннары өчен башкалада булдырылган сыйфатлы инфраструктура. Иннополиста нейрочелтәр Мәскәүдәге табибтан сурәт кабул итә, аңа анализ ясый һәм ачыкланган патология һәм аның урнашкан урыны турындагы мәгълүматны кире башкалага юллый. Җавап кайтару да исәпкә алынган бөтен процесс бер минуттан да азрак вакыт эчендә башкарыла. Хәзерге вакытта нейрочелтәр рентген сурәтләрендә 80%тан да артыграк төгәллек белән үпкәләрдәге 15тән күбрәк төрдәге патологияне ачыкларга сәләтле. Гәрчә диагноз куйганда соңгы сүзне барыбер табиб әйтсә дә, нейрочелтәрнең җавабы – белгеч өчен оператив ярдәм, үзенә күрә икенче фикер. Мәскәү проекты кысаларында нейрочелтәр 700–800 мең тикшерү үткәргән инде. – Мәскәүләр белән эшләүнең безнең өчен зур уңай ягы шунда: алар челтәргә берләшеп, диагнозлары куелган цифрлы сурәтләр базасын булдырган. Нейрочелтәр өчен моны дата-сет, уку‑укыту карточкалары җыелмасы дияргә була. Аларны өйрәнеп, алгоритм үзенең белемен киңәйтә, төгәллеген арттыра, – дип аңлата Рамил Кулиев.
ФИЗИКАНЫ ҮЗГӘРТЕП
Татарстандагы хастаханә, поликлиника, диагностика үзәкләре белән дә эш алып барыла. Мондый хезмәттәшлекне алып бару өчен табиб цифрлы сурәтләрне карый, шулай ук аны безгә интернет яисә башка элемтә каналы аша юллый алырга тиеш. Рамил Кулиев фикеренчә, якындагы ике ел эчендә әлеге хезмәттәшлек китергән уңай нәтиҗәләрне күрергә тиешбез.
Галим алдынгы медицина учреждениеләренең тагын бер уңай эш юнәлешен атый – диагностикага комплекслы якын килү, ягъни бер тикшерү вакытында кешенең төрле органнарына бәйле нәтиҗәләрне алу.
– Башка КТ үткәргәндә без кан тамырлары, нерв тукымасы, сөяк тукымасы һ.б.ларга караган патологияләрне ачыклый алабыз. Ләкин әлегә безнең нейрочелтәр бу юнәлештә тулы канлы куллану өчен җитәрлек сандагы сурәтләрне карап чыкмаган, – ди Рамил Кулиев. – Шулай да без якын араларда компьютер томографиясе нигезендә баш мие инсульты, умыртка баганасы патологиясе диагностикасын, патоморфологик диагностика һәм башка хезмәт күрсәтүләрне башлап җибәрергә уйлыйбыз.
Хәзерге вакытта нейрочелтәрне уйлап табучылар медицина белгечләренә бердәм стандарт буенча тикшерүләр беркетмәсен төзергә мөмкинлек бирүче коралларны булдыру юнәлешендә эшли. Төрле табиблар бер үк тикшерүнең нәтиҗәләрен төрлечә яза: кемдер тулырак итеп, кемдер кыскарак; төрле төшенчәләр, формулировкалар кулланыла. Әлеге мәгълүматны бердәй итү, ягъни унификацияләү дата‑сет булдыру процессына ярдәм итәр һәм нейрочелтәр өчен өйрәнүне тизләтер иде.
Рамил Кулиев җитәкчелек иткән проектның киләчәге бик кызыклы. Бүгенге көндә Иннополис Университетының Ясалма интеллект институты Россиядә ясалма интеллект буенча алты федераль тикшеренү үзәге программасына керә. 2024 ел ахырына кадәр институт командасы берничә программа продуктын эшләргә тиеш, шул исәптән – яңа материалларны булдыру өлкәсендә дә. Мондый проектлар – сәнәгать һәм ясалма интеллектның берләшүенә караган төп дөнья трендларының берсе. Узган елда DeepMind (Google структурасына керә) Америка компаниясе Isomorphic Labs бүлендек компаниясен ачты, ул машина өйрәтүе ярдәмендә дарулар ясау белән шөгыльләнәчәк.
– Без нейрочелтәрне өйрәтү буенча эшлибез, ул материалларның структурасы буенча аларның үзлекләрен һәм, киресенчә, үзлекләре буенча структураларын алдан әйтә алачак. Шул ук DeepMind аминокислоталары эзлеклелеге буенча аксымның өч үлчәнешле структурасын алдан әйтергә мөмкинлек бирүче алгоритмны төзеде инде. Аның үзлекләре нәкъ менә структурасына бәйле, – дип аңлата Рамил Кулиев. – Мондый технологияләр матдә һәм материаллар физикасын аңлавыбызны үзгәртергә һәм фармацевтика, электроника, фотоника, нефть химиясе һәм башка тармаклар өчен чимал җитештерүне йөзләрчә мәртәбәгә тизләтергә сәләтле. Бу искиткеч прогресс.
Теләге булган һәр кеше институтның әлеге алгарышлы проектында катнашу мөмкинлеге өчен ярыша ала. Февраль аенда Иннополиста беренче Global AI Challenge хакатоны оештырыла. Командалар ясалма интеллект нигезендә бирелгән үзлекләргә ия молекулаларны автоматлаштырылган сайлап алу алгоритмын төзергә тиеш була. Иң яхшы проектлар, ихтимал, даруларның өр‑яңа төрләрен җитештерү өчен нейрочелтәр эшләүнең нигезенә салыныр.
Ксения Сёмина
Фото: Иннополис Университеты, evercare.ru, Getty Images Russia, pinterest.at, hospitalfts.ru
ДИАГНОСТИКАГА БЕР МИНУТ ҖИТӘ
Исегезгә төшерик: пандемиянең башлануы турында БСО 2020 елның 11 мартында игълан итте. Ә Татарстан нейрочелтәренең казанышлары турында мәгълүмат 26 мартта пәйда булды. Яңалыкны укыган күпләр ул вакытта моны фейк дип уйлады. Шундый кыска вакыт эчендә шундый бик төгәл система төзергә мөмкинме икән? Әлбәттә, әгәр әлеге проектка алты ел элегрәк әзерләнергә тотынсаң. Һәм эш биредә бөтенләй конспирациядә түгел.
– Рентген сурәтләренә анализ – безнең университетта ясалма интеллект өлкәсендәге проектлар шуңардан башланды. 2014 елда медицина сурәтләренә компьютерлы анализ лабораториясе төзелде. Мин аны үстерү белән шөгыльләндем, – дип сөйли Иннополис Университетының Ясалма интеллект институты директоры Рамил Кулиев.
Тикшеренүләр предметын сайлау шактый җиңел аңлатыла. 2014 елда медицина учреждениеләре цифрлы рентгенны шактый киң куллана, бу ысулга күпләп күчә башлый. Табиб-рентгенологның диагностикасын автоматлаштыру өчен медицина сурәтләрен анализлау хезмәтен эшләү бик перспективалы проект санала.
– Рентген-сурәт ясау – иң киң таралган скрининг тикшерүе. Россиядә ел саен якынча 80 млн флюорографик тикшерү уздырыла. Элек пленкадагы сурәтләр ачык чыкмый иде, аларны лупа аша диярлек карап өйрәнделәр. Бүгенге цифрлы рентген сурәтләренең төгәллеге бик югары, алар төрле тайпылышларга дифференциаль, шул исәптән автомат рәвештә машина алгоритмнары ярдәмендә диагностика үткәрергә мөмкинлек бирә, – дип аңлата Рамил Кулиев.
Галим һәм аның хезмәттәшләре тарафыннан эшләнгән алгоритм төрле мәгълүмат базаларындагы сурәтләр нигезендә өйрәтелә. Медицина оешмалары белән тыгыз хезмәттәшлек нәтиҗәсендә өйрәтү өчен Татарстан Республикасы хастаханәләрендәге рентген сурәтләре кулланыла. Шулай ук мәгълүмат базасына ачык киңлектә булган сурәтләр дә кертелә. Пандемия башланганда машина төрле тайпылышлар булган дистәләгән мең үпкә сурәтен «караган» һәм истә калдырган була, норма саналганны норма булмаганнан аерырга өйрәнә. 2019 елда Иннополис Университеты нейрочелтәре рентген сурәтендә үпкәдә пневмония булуын автомат рәвештә ачыклау буенча халыкара конкурста икенче урын ала. Шуңа күрә 2020 елда аны эшләүчеләргә нейрочелтәрне COVID‑19 китереп чыгарган тайпылыш сурәтләрен аерырга бераз гына өйрәтеп бетерәсе генә кала. Әлеге технологияне киң кулланышка кертү табибларның эшен җиңеләйтергә һәм диагноз куюны тизләтергә тиеш була. Ләкин алгоритм әле һаман ярдәмче генә, тулы канлы диагност түгел. Ул тәҗрибәле рентгенолог белән бертигез дәрәҗәдә патологияләрне ачыклый ала, әмма эксперт дәрәҗәсенә җитә алмый әле, гәрчә Татарстан галимнәре тәҗрибәсендә нейрочелтәрнең табиб күрмәгән тайпылышларны күргән очраклары булса да.
– Рентген сурәтендә озак дәваланмаган коронавирус инфекциясенең үпкәгә китергән зыяны ачык күренә. Процессның башы, мәсәлән, тонык пыяла симптомы бөтенләй күренми диярлек. Шуңа күрә визуаль диагностиканың алтын стандарты – компьютер томографиясе. Ләкин хәтта пандемия шартларында да томография рентген кебек массакүләм тикшерү саналмый. Без бурычларны планлы рәвештә хәл итәбез, – ди Иннополис Университетының Ясалма интеллект институты директоры. – Инде хәзерге вакытта ук алгоритм тиз арада рентген сурәтләрен патологияле һәм патологиясезгә аера ала. Һәм бу бик мөһим, чөнки, мәсәлән, сүз үпкәләр турында барганда, нигездә, алар нормада, ләкин табиб аларның барысын да карый, моның өчен күп көч түгә. Күз арый, нәтиҗәдә ул патологияле үпкә сурәтен күрми калырга мөмкин. Моннан тыш, системаны шундый итеп көйләргә мөмкин: ул белгечкә сурәтләр арасыннан нормадан иң көчле тайпылыш күренгәннәрен сайлап алып, беренче чиратта ярдәм таләп ителгән пациентларны ачыкларга булыша ала.
Рамил Кулиев һәм аның хезмәттәшләре уйлап тапкан алгоритмның мөмкинлекләре коронавирус инфекциясен күреп алу белән генә чикләнми. Хәзер институт Мәскәү шәһәре Сәламәтлек саклау департаментының нур диагностикасына компьютер күзе технологиясен кертү буенча эксперименталь проектта катнаша. Проектның зур бер өлеше – мәгълүмат челтәренә берләшкән табиб-рентгенологларның эш урыннары өчен башкалада булдырылган сыйфатлы инфраструктура. Иннополиста нейрочелтәр Мәскәүдәге табибтан сурәт кабул итә, аңа анализ ясый һәм ачыкланган патология һәм аның урнашкан урыны турындагы мәгълүматны кире башкалага юллый. Җавап кайтару да исәпкә алынган бөтен процесс бер минуттан да азрак вакыт эчендә башкарыла. Хәзерге вакытта нейрочелтәр рентген сурәтләрендә 80%тан да артыграк төгәллек белән үпкәләрдәге 15тән күбрәк төрдәге патологияне ачыкларга сәләтле. Гәрчә диагноз куйганда соңгы сүзне барыбер табиб әйтсә дә, нейрочелтәрнең җавабы – белгеч өчен оператив ярдәм, үзенә күрә икенче фикер. Мәскәү проекты кысаларында нейрочелтәр 700–800 мең тикшерү үткәргән инде. – Мәскәүләр белән эшләүнең безнең өчен зур уңай ягы шунда: алар челтәргә берләшеп, диагнозлары куелган цифрлы сурәтләр базасын булдырган. Нейрочелтәр өчен моны дата-сет, уку‑укыту карточкалары җыелмасы дияргә була. Аларны өйрәнеп, алгоритм үзенең белемен киңәйтә, төгәллеген арттыра, – дип аңлата Рамил Кулиев.
ФИЗИКАНЫ ҮЗГӘРТЕП
Татарстандагы хастаханә, поликлиника, диагностика үзәкләре белән дә эш алып барыла. Мондый хезмәттәшлекне алып бару өчен табиб цифрлы сурәтләрне карый, шулай ук аны безгә интернет яисә башка элемтә каналы аша юллый алырга тиеш. Рамил Кулиев фикеренчә, якындагы ике ел эчендә әлеге хезмәттәшлек китергән уңай нәтиҗәләрне күрергә тиешбез.
Галим алдынгы медицина учреждениеләренең тагын бер уңай эш юнәлешен атый – диагностикага комплекслы якын килү, ягъни бер тикшерү вакытында кешенең төрле органнарына бәйле нәтиҗәләрне алу.
– Башка КТ үткәргәндә без кан тамырлары, нерв тукымасы, сөяк тукымасы һ.б.ларга караган патологияләрне ачыклый алабыз. Ләкин әлегә безнең нейрочелтәр бу юнәлештә тулы канлы куллану өчен җитәрлек сандагы сурәтләрне карап чыкмаган, – ди Рамил Кулиев. – Шулай да без якын араларда компьютер томографиясе нигезендә баш мие инсульты, умыртка баганасы патологиясе диагностикасын, патоморфологик диагностика һәм башка хезмәт күрсәтүләрне башлап җибәрергә уйлыйбыз.
Хәзерге вакытта нейрочелтәрне уйлап табучылар медицина белгечләренә бердәм стандарт буенча тикшерүләр беркетмәсен төзергә мөмкинлек бирүче коралларны булдыру юнәлешендә эшли. Төрле табиблар бер үк тикшерүнең нәтиҗәләрен төрлечә яза: кемдер тулырак итеп, кемдер кыскарак; төрле төшенчәләр, формулировкалар кулланыла. Әлеге мәгълүматны бердәй итү, ягъни унификацияләү дата‑сет булдыру процессына ярдәм итәр һәм нейрочелтәр өчен өйрәнүне тизләтер иде.
Рамил Кулиев җитәкчелек иткән проектның киләчәге бик кызыклы. Бүгенге көндә Иннополис Университетының Ясалма интеллект институты Россиядә ясалма интеллект буенча алты федераль тикшеренү үзәге программасына керә. 2024 ел ахырына кадәр институт командасы берничә программа продуктын эшләргә тиеш, шул исәптән – яңа материалларны булдыру өлкәсендә дә. Мондый проектлар – сәнәгать һәм ясалма интеллектның берләшүенә караган төп дөнья трендларының берсе. Узган елда DeepMind (Google структурасына керә) Америка компаниясе Isomorphic Labs бүлендек компаниясен ачты, ул машина өйрәтүе ярдәмендә дарулар ясау белән шөгыльләнәчәк.
– Без нейрочелтәрне өйрәтү буенча эшлибез, ул материалларның структурасы буенча аларның үзлекләрен һәм, киресенчә, үзлекләре буенча структураларын алдан әйтә алачак. Шул ук DeepMind аминокислоталары эзлеклелеге буенча аксымның өч үлчәнешле структурасын алдан әйтергә мөмкинлек бирүче алгоритмны төзеде инде. Аның үзлекләре нәкъ менә структурасына бәйле, – дип аңлата Рамил Кулиев. – Мондый технологияләр матдә һәм материаллар физикасын аңлавыбызны үзгәртергә һәм фармацевтика, электроника, фотоника, нефть химиясе һәм башка тармаклар өчен чимал җитештерүне йөзләрчә мәртәбәгә тизләтергә сәләтле. Бу искиткеч прогресс.
Теләге булган һәр кеше институтның әлеге алгарышлы проектында катнашу мөмкинлеге өчен ярыша ала. Февраль аенда Иннополиста беренче Global AI Challenge хакатоны оештырыла. Командалар ясалма интеллект нигезендә бирелгән үзлекләргә ия молекулаларны автоматлаштырылган сайлап алу алгоритмын төзергә тиеш була. Иң яхшы проектлар, ихтимал, даруларның өр‑яңа төрләрен җитештерү өчен нейрочелтәр эшләүнең нигезенә салыныр.
Ксения Сёмина
Фото: Иннополис Университеты, evercare.ru, Getty Images Russia, pinterest.at, hospitalfts.ru
Добавить комментарий