В ПГУ создали веб-приложение для врачей-рентгенологов со встроенным искусственным интеллектом
В Пензенском государственном университете создали интеллектуальную систему «Radex — ИИ-ассистент врача-рентгенолога». Она автоматически выявляет признаки 18 патологий легких и формирует предварительное текстовое заключение. Кроме того, врач может с ней вести диалог и задавать уточняющие вопросы. Система со встроенным искусственным интеллектом станет помощником врачам-рентгенологам в принятии окончательного клинического решения. Такой подход поможет исключить врачебную ошибку и улучшить диагностику пульмонологических заболеваний. Разработкой заинтересованы медики Московского международного онкологического центра. Об этом сообщают в ТАСС.
По данным Всемирной организации здравоохранения, заболевания органов дыхания входят в тройку основных причин смертности населения, уступая лишь сердечно-сосудистым и раку. Это связано с тем, что заболевания дыхательных путей зачастую обнаруживают на последних стадиях, также они часто приобретают хронических характер — развиваются постепенно и сохраняются в течение долгого времени. Широкое распространение патологий легких связано с плохой экологией, курением, постковидными осложнениями.
Диагностируют пульмонологические заболевания, как правило, по рентгеновским снимкам (рентгенограммам) грудной клетки.
«По информации ВОЗ, во всем мире в год количество лучевых процедур доходит до 4 миллиардов. Большую часть из них занимает именно рентгенография грудной клетки. Эта процедура быстрая и доступная, однако интерпретировать снимки отнюдь не просто. Для этого требуется высокая квалификация врача-рентгенолога с большим опытом работы», — поделился один из разработчиков Леонид Кривоногов, д-р техн. наук, профессор кафедры «Медицинская кибернетика и информатика» ПГУ.
Вместе с тем медицинские учреждения испытывают кадровый дефицит специалистов, а также перегрузку рентгенологических кабинетов. Это снижает оперативность диагностики и повышает вероятность ошибок.
В настоящее время во всех сферах деятельности человека, в том числе и в медицине, активно внедряется и используется искусственный интеллект (ИИ). Стоит отметить, специализированных классификаторов, распознающих одно заболевание, создано много.
«Требуется универсальный помощник, который сможет интерпретировать рентгеновские изображения грудной клетки и обнаруживать на них различные патологии. При этом конкретизировать и описывать области с поражениями. Врачу неудобно одновременно использовать в своей работе множество систем, каждая из которых решает только одну задачу, работать будет неудобно и нецелесообразно. Нужен полноценный помощник, который делал бы все, адаптируясь под конкретные клинические сценарии», — подчеркивает Кривоногов.
Ученые Пензенского госуниверситета — д-р техн. наук, профессор кафедры «Медицинская кибернетика и информатика» Леонид Кривоногов, выпускник Медицинского института Илхомджон Иномбоев, врач-рентгенолог Пензенской областной клинической больницы имени Н. Н. Бурденко Юлия Чебан — разработали интеллектуальную систему «Radex — ИИ-ассистент врача-рентгенолога». Она анализирует рентгеновские снимки грудной клетки с использованием больших мультимодальных языковых моделей. Система позволяет автоматически выявлять признаки патологий легких. Она формирует предварительное медицинское заключение. В режиме реального времени врач-рентгенолог может с ней вести диалог: задавать вопросы, уточнять информацию, оспаривать выданный диагноз.
«Radex» способна диагностировать порядка 18 заболеваний: пневмонию, плеврит, пневмоторакс, фиброз, опухолевые процессы, переломы ребер и другие. Кроме того, интеллектуальная система без труда отличит чистые легкие (без патологий).
«Это говорит о том, что модель не „придумывает” диагнозы при нормальной картине. Отмечу, это важный критерий, потому что у современных нейросетей есть тенденция — додумывать сценарии. Класс „без патологий” важен с точки зрения валидации. Он позволяет системе не просто „искать болезнь”, но и конкретно определять норму, снижая тем самым риск ложных диагнозов», — пояснил Леонид Кривоногов.
Интеллектуальная система «Radex» включает в себя три инновационные технологии искусственного интеллекта: агентный подход, модульную архитектуру и мультимодальный анализ. Последний позволяет на этапе обработки информации использовать сразу несколько типов входных данных: изображения грудной клетки (рентгеннограммы) и текстовые данные (вопросы врача, анамнез, симптомы, возраст пациента, пол и так далее).
«Radex» опирается на заранее обученные нейронные сети: DenseNet-121 для классификации, PSPNet для сегментации, а также мультимодальные VQA-модели CheXagent и LLaVA-Med. Они объединены в единую архитектуру.
Уникальность разработки пензенских ученых именно в архитектуре интеллектуальной сети, определяющей взаимодействие и способы обработки информации. Каждая ИИ-модель отвечает за свою задачу, но их работа логически объединена, а взаимодействие осуществляется через контролирующий агент — систему управления логикой принятия решений.
«Наша „Radex” использует уже заранее обученные инструменты, однако оригинальная структура, которую мы предлагаем, помогает с точность до 70% ставить верный диагноз», — добавил Кривоногов.
Архитектура системы Radex построена по принципу модульности, прозрачности и расширяемости. Использование подхода с интеллектуальным агентом и набором специализированных инструментов позволяет адаптировать систему под различные клинические сценарии.
«Такая архитектура позволяет делегировать каждой модели строго ограниченный набор задач и добиваться высокой точности за счет их узкой специализации. При этом агент-координатор управляет всем процессом интерпретации и может динамически выбирать инструменты в зависимости от поставленной задачи», — рассказал выпускник Медицинского института Илхомджон Иномбоев.
Пользоваться веб-приложением просто. Удобный и интуитивно понятный интерфейс состоит из чата-панели с вопросами и ответами, из окна для загрузки и просмотра рентгеновского снимка, нескольких кнопок. Врачу-рентгенологу необходимо запустить программу, загрузить рентгеновский снимок и задать команду в чате. Через 20-30 секунд ИИ-ассистент выдаст предварительный диагноз. Специалист может вести диалог с нейронной сетью: задавать уточняющие вопросы, оспаривать диагноз, просить пояснений. Кроме того, доступна визуализация результатов анализа: ИИ-ассистент может наглядно показать на снимке участки затемнения и другие видимые отклонения.
Исследователи проверили «Radex» на открытом и общедоступном тестовом наборе (бенчмарке) CheXBench. Разработанная интеллектуальная система сравнима с работой врача-ординатора и опережает сразу четыре сильных конкурентных модели. Точность постановки диагноза приближается к 70%.
«Искусственный интеллект в медицине открывает новые возможности для повышения эффективности и точности медицинских исследований и практики. Значительно улучшается результат для пациентов и оптимизируются рабочие процессы для медицинского персонала», — подчеркнул выпускник кафедры «Медицинская кибернетика и информатика» ПГУ Илхомджон Иномбоев.
В настоящее время научный коллектив дорабатывает веб-приложение, на разработку получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Интеллектуальной системой «Radex» заинтересовались медики Московского международного онкологического центра. Планируется провести ее апробацию.