Искусственный интеллект против рака легких. В Латвии началось уникальное исследование по диагностике рака
Всемирная организация здравоохранения прогнозирует, что в 2050 году число случаев рака в мире увеличится на 77%. Но уже сейчас распространение этой болезни пугает. Один из наиболее распространенных видов рака - рак легких - в Латвии ежегодно уносит более 1000 человеческих жизней, а заново его обнаруживают примерно у 1200 пациентов. Это одно из самых сложных онкологических заболеваний, ведь почти в 60% случаев его выявляют на поздней стадии, когда надежда на излечение относительно мала.
Латвийский разработчик решений в области искусственного интеллекта "Apply" в сотрудничестве с Латвийским Университетом уже два года работает над уникальным методом диагностики рака легких. Он позволит с помощью искусственного интеллекта на ранней стадии распознать наличие рака легких в клетках человека, а также определить наиболее подходящий способ лечения. Недавно завершился первый этап пилотного исследования в рамках проекта, в нем участвовали 24 пациента с раком легких.
Злокачественные опухоли являются вторым по распространенности заболеванием в мире после сердечно-сосудистых болезней. Хотя проведено множество исследований по их изучению, к сожалению, до сих пор не все виды рака можно обнаружить на ранней стадии, чтобы полностью излечить человека. Наука не может до конца понять, почему у некоторых людей опухоли прогрессируют медленнее, а у других - быстрее. Не до конца понятно также, почему одному человеку конкретный метод лечения помогает, а для другого может оказаться неудачным. Специалисты считают, что один из ответов на эту загадку может скрываться в физических свойствах клеток и тканей опухоли - их структуре, вязкоупругости, плотности, которые можно измерить с помощью атомно-силового микроскопа. Цель инициированного Apply проекта - изучить клетки выявленного на ранних стадиях рака легких, создав нечто подобное цифровому "каталогу". Предполагается, что разработанная в ходе проекта программа, анализируя с помощью искусственного интеллекта физические свойства имеющихся в "каталоге" клеток, а также другие параметры - возраст, анализы крови человека, применяемые методы лечения и др., сможет уловить сходство, на основании чего в дальнейшем можно будет выбрать более целенаправленные методы лечения.
"Искусственный интеллект намного быстрее, чем любой человек, способен обработать большой объем данных и найти взаимосвязь между разными параметрами. Обобщив данные пациентов с раком легких, в том числе физические измерения, в будущем мы надеемся найти корреляцию или ответы на вопрос, почему одним пациентам та или иная терапия помогает, а другим - нет, и дать рекомендации по выбору методов лечения.
Например, если будет известно, что у 55-летнего Яниса такие же показатели, как у большинства других пациентов в нашей базе данных, то наиболее подходящим для него скорее всего будет Х метод иммунотерапии, так как он успешно помог другим подобным пациентам. Предполагается, что комплексное решение искусственного интеллекта должно давать ответ на этот вопрос с точностью по крайней мере 80%", - объясняет руководитель компании Apply Агнис Якубовичс.
Иммунотерапию можно сравнить с персонализированной медициной, когда с помощью лекарств активизируют иммунные клетки организма для борьбы с клетками опухоли. Несмотря на то, что это все еще очень новый метод лечения, он уже сейчас сдерживает быстрое прогрессирование неизлечимой другими способами болезни. К сожалению, это очень дорого и не во всех случаях дает пациентам желаемый эффект. С помощью разработанного Apply метода искусственный интеллект сможет проанализировать данные пациентов и понять, будет ли эффективна иммунотерапия, учитывая возраст пациента, анализы, физические свойства клеток и др.
Для анализа клеток используется атомно-силовой микроскоп. Его можно сравнить с проигрывателем для пластинок, который касается иглой пластинки, воспроизводя музыку. По похожему принципу атомно-силовой микроскоп позволяет измерить ("рассмотреть") упомянутые ранее клетки опухоли и физические свойства тканей - структуру, плотность, размеры клеток, вязкоупругость и др. Важно отметить, что перед исследованием клеток применялся весьма специфический метод взятия образцов опухоли, который полностью отличается от используемых до сих пор методов биопсии.
"Для начала работы с атомно-силовым микроскопом надо было разработать метод подготовки тканей - в поисках подходящего мы испробовали более 10 способов, для чего потребовалось несколько лет работы. Одни образцы были слишком маленькими, другие слишком тонкими, некоторые не были достаточно очищены. Сейчас мы завершили стадию, на которой научились брать образцы тканей, и приступили к исследованию структуры опухолей 24 пациентов с раком легких, выявленным на ранней стадии. Надеемся, что разработанный в сотрудничестве с компанией Apply метод произведет революцию в раннем выявлении и выборе успешного лечения рака легких. Ведь, к сожалению, нередко врачи в долгосрочной перспективе бессильны перед этой болезнью", - отмечает врач-патологоанатом, профессор Сергей Исаев.
Директор Института химической физики Латвийского Университета и ведущий исследователь, профессор Донатс Эртс объясняет, что это один из редких случаев применения атомно-силового микроскопа для медицинских целей, но он обладает чрезвычайно большим потенциалом. "До этого нам приходилось работать только с культивированными или выращенными в лаборатории клетками. Очень приятно, что врачи нашли возможность получения образцов клеток пациентов, подходящих для микроскопа. Поскольку микроскоп чаще всего используют для анализа твердых образцов, потребовался долгий процесс, чтобы адаптировать его для исследования клеток, которые являются относительно мягким материалом. Встречается несколько типов рака легких. Уже сейчас можно наблюдать, что различаются не только их физические свойства, но и микроструктура. В тканях одного вида с помощью атомно-силового микроскопа можно наблюдать "нитевидные скопления", а в других - комковые композиции. Собранные изображения затем с помощью искусственного интеллекта можно сравнить с образцами тканей любого потенциального пациента, точно определив тип рака и, в сочетании с другими методами, подобрать точное лечение".
В рамках проходящего сейчас второго этапа необходимо отточить техническую сторону метода, а также исследовать образцы тканей еще большего количества пациентов, чтобы удостовериться в повторяемости и эффективности метода. Авторы проекта надеются, что первые результаты можно будет представить широкой общественности уже нынешней осенью. Между тем в ходе третьей фазы, параллельно с получением новых образцов и их загрузкой в программу, искусственный интеллект будет учиться анализировать доступные данные, искать точки соприкосновения, а также делать предположения о наиболее подходящем для пациента методе лечения. "Нет ничего важнее нашего собственного здоровья. Поэтому нас всегда интересовали проекты, связанные со здравоохранением. Надеемся, что наше решение послужит дополнительным инструментом диагностики в тяжелой повседневной работе врачей и поможет спасти жизни многих людей в Латвии и мире", - отмечает Агнис Якубовичс.
Базирующаяся в Латвии компания Apply занимается разработкой решений в области искусственного интеллекта и компьютерного зрения. Компания основана более 10 лет назад и сейчас является ведущей компанией в области компьютерного зрения в Балтии. Apply реализовала проекты в странах Балтии, Нидерландах, США, Финляндии, Мексике и др. Основателями компании являются братья Агнис и Валтс Якубовичи.
