Umelá inteligencia v stomatológii

11. novembra 2022 Marel Paľovčík

By Marel Paľovčík

11. novembra 2022

Martin Cibula LF UK BA, 6.ročník

Termín „umelá inteligencia“ (angl. artificial inteligence, AI) označuje simuláciu ľudskej inteligencie strojom, ktorý je naprogramovaný tak, aby napodobňoval ľudské činnosti. Odnožou AI je strojové učenie (angl. machine learning, ML), pri ktorom sa AI „učí“ štatistické vzorce v dátach a následne umožňuje predikcie z nekompletných/nových dát.

Tento článok popisuje aplikácie, limitácie a využitie umelej inteligencie pri diagnostike, prognóze ochorenia, plánovaní liečby, analýze rádiologických snímok a tiež pri výskume v stomatológii.

Od ich vzniku sú aplikácie AI vnímané ako riešenie, možnosť, nádej, ale aj hrozba. Počas tohto obdobia došlo k mnohým neúspechom, kedy očakávania v tejto technológii neboli naplnené skutočnými výsledkami. Posledné desaťročie sa nieslo v znamení mimoriadnych úspechov v oblasti ML a v širšom zmysle aj AI. Napríklad textový výstup najmodernejších modelov prirodzeného jazyka sa stal natoľko presvedčivým, že čitatelia nedokážu rozlíšiť medzi textom umelo vytvoreným alebo písaným ľudským autorom. Rozpoznávanie tvárí sa stalo natoľko zdatné, že táto technológia vyvoláva mnohé otázky, napríklad obavy z jej dopadu na občianske slobody. Zdá sa, že technológie AI sa konečne posunuli z fantázie do reality a rozhovory o jej využití a vplyve na spoločnosť, ekonomiku a politiku prebiehajú v mnohých oblastiach a disciplínach. Zubné lekárstvo by malo patriť medzi ne.

Strojové učenie

Strojové učenie (angl. machine learning, ML) je jedným z odborov AI. Pri strojovom učení algoritmy hľadajú vnútorné štatistické vzorce a následne dokážu robiť predikciu výsledku z nových dát. Populárnym modelom strojového učenia sú tzv. umelé neurónové siete.

Hlavnou zložkou každej neurónovej siete je umelý neurón, čo je matematický nelineárny model, ktorý je inšpirovaný ľudským neurónom. Naskladaním a zreťazením umelých neurónov a spojením týchto vrstiev pomocou matematických operácií sa vytvorí sieť, ktorej cieľom je vyriešiť špecifickú úlohu, napr. klasifikácia obrázkov.

Termín „hlboké učenie“ (angl. deep learning) je odkaz na hlboké (viacvrstvové) architektúry neurónových sietí. Tieto sú obzvlášť užitočné pre zložité dátové štruktúry, ako sú snímky, pretože sú schopné reprezentovať obrázok a jeho prvky, ako sú hrany, rohy, tvary a makroskopické vzory. Neurónové siete sú schopné aproximovať akúkoľvek funkciu a mapovať akýkoľvek vstup (napríklad rádiografický obraz kariézneho zubu) na daný výstup (napríklad „kazený zub“). Pri dostatočne veľkom množstve údajov, môžu byť neurónové siete trénované a postupne optimalizované s ohľadom na minimalizáciu chyby predikcie (rozdiel medzi skutočným a predpovedaným výsledkom). Vyškolená neurónová sieť následne môže predpovedať výsledok z nových neznámych údajov.

Využitie AI v medicíne a zubnom lekárstve

Najvýraznejšie využitie AI nachádza v oblasti počítačových zobrazovacích metód, kde sa využíva na vyhodnocovanie rádiografických snímok. Zobrazovacie metódy sú hlavným diagnostickým nástrojom v mnohých oblastiach zdravotnej starostlivosti, pričom AI je obzvlášť vhodná na prekonanie variability pri subjektívnom individuálnom vyšetrení.

AI umožňuje prepájať rôzne dáta, napríklad lekársku/zubnú anamnézu, sociodemografické a klinické dáta, obrazové dáta, dáta zo sociálnych sietí atď. Dokážu tak lepšie a najmä rýchlejšie nájsť súvislosti medzi týmito rôznorodými informáciami a poskytnúť čisté, upravené a štruktúrované údaje.

Umelá inteligencia uľahčuje výskum pridávaním možností experimentovania in silico („v kremíku“, termín odkazujúci na kremík využitý v počítačových čipoch) do konvenčnému výskumu (in vivo, in vitro). Umelá inteligencia tiež sľubuje, že zdravotná starostlivosť bude viac participatívna, najmä ak pacienti poskytnú svoje údaje aktívne, napríklad pomocou nositeľných zariadení atď. Pacienti budú mať možnosť vlastného monitorovania a samoriadenia.

Použitie týchto priebežne zbieraných údajov môže tiež prekonať nevýhody „on-off-medicíny“, kde sú pacienti u lekára len niekoľko minút, pričom väčšina zdravotných ochorení sa zvyčajne rozvíja v priebehu rokov so striedajúcimi sa intervalmi progresie ochorenia (napr. ochorenie parodontu). Nepretržité neinvazívne monitorovanie zdravotného stavu pacienta, umožní oveľa hlbšie, individuálne pochopenie faktorov a procesov, ktoré sa podieľajú na vzniku ochorenia. Aj keď v týchto prípadoch sa hneď vnukne už spomínaná otázka obmedzenia ľudských práv, napríklad kategorizovaním pacientov podľa životného štýlu poisťovňami a „penalizovanie“ akýchkoľvek prešľapov v životospráve.

Ako už bolo uvedené, AI môže zefektívniť rutinnú prácu a zvýšiť osobný čas lekárov/zubárov a ich pacientov („humanizácia starostlivosti“). To nemusí prísť len prostredníctvom diagnostických asistenčných systémov, ale aj pomocou rozpoznávania a prekladu hlasu, reči a textu, čo umožňuje lekárom/zubárom skrátiť čas na uchovávanie záznamov alebo komunikáciu v rodnom jazyku pacienta. Náklady na diagnostiku a liečbu sa môžu znížiť, čím sa odbremenia systémy zdravotnej starostlivosti zaťažené starnúcou spoločnosťou s čoraz vyšším počtom zložitých, chronicky chorých prípadov. Umelá inteligencia môže tiež pomôcť pri riešení nedostatku pracovnej sily, ktorý pozorujeme v mnohých častiach sveta, čím podporí dosiahnutie cieľov Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO).

Výzvy a budúcnosť umelej inteligencie

Avšak v súčasnosti ešte AI naplno nevstúpila do každodennej praxe, a to z niekoľkých dôvodov:

obmedzené množstvo údajov, dostupnosť a komplexnosť jednotlivých riešení
chýbajúca metodika a štandardy pri vývoji a následnom uvedení do praxe
praktické otázky týkajúce sa hodnoty a užitočnosti týchto riešení, ale aj etiky a zodpovednosti

Akákoľvek aplikácia AI v zubnom lekárstve musí preukázateľne pridávať hodnotu do liečebného procesu, aby jej využitie malo zmysel. Musí byť kladený veľký dôraz na súkromie, práva a autonómiu pacienta. Je potrebná garancia dôveryhodnosti AI riešení, ktorá bude spočiatku zabezpečená neustálym dohľadom zubného lekára so štandardami prevzatými z medicíny založenej na dôkazoch. V neposlednom rade musí byť využívanie AI spojené s rozširovaním digitálnej gramotnosti zubných lekárov.

Záver

Nasledujúce desaťročie ukáže či skutočné výsledky naplnia očakávania aplikácií AI. Najmä v zdravotníctve ide o veľa, pretože v stávke sú priamo ľudské životy. Existujú opodstatnené obavy týkajúce sa ochrany a bezpečnosti údajov a odovzdávania kritických lekárskych rozhodnutí počítačom. Umelá inteligencia má však potenciál spôsobiť revolúciu v zdravotníctve a spolu s ňou aj v zubnom lekárstve. Umelá inteligencia môže pomôcť pri riešení slabých stránok v konvenčnej zubnej starostlivosti. Úlohou zubného lekárstva a konkrétne výskumu bude zabezpečiť, aby AI vylepšila zubnú starostlivosť s nižšími nákladmi v prospech pacientov, poskytovateľov a širšej spoločnosti.

Zdroje: