Современная медицина требует большого количества высококвалифицированных специалистов, что порождает нехватку кадров. Решением проблемы может стать искусственный интеллект. Так, умные микроскопы способны быстро и точно определять бактерии по изображениям.
Согласно исследованию, проведенному специалистами клиники Гарвардской медицинской школы, микроскопы, усиленные искусственным интеллектом, эффективно диагностируют инфекции в образцах крови. Это позволяет оперативно обнаруживать потенциально смертельно заболевания и улучшает прогноз выживаемости пациентов. О выводах ученых сообщает Science Daily. Исследователи считают, что введение подобных систем устранит дефицит кадров в области клинической микробиологии.
Исследование стало первой демонстрацией эффективности машинного обучения в диагностике. Авторы работы использовали сверточную нейронную сеть — вид ИИ, специализирующийся на обработке визуальных данных. Целью ученых было научить нейросеть отличать различные виды бактерий по внешнему виду — продолговатые E. coli, круглые скопления Staphylococcus и цепочки клеток Streptococcus. Эти микроорганизмы ответственны за большинство случаев заражения крови.
В ходе обучения нейросети ученые взяли 25 000 изображений образцов крови, собранных в ходе стандартных клинических исследований. Бактерии на них уже были определены микробиологами. На их основе было создано 100 000 учебных изображений, которые «скормили» ИИ. В итоге он научился сортировать изображения по трем категориям — стержнеобразные клетки, круглые скопления, пары / цепочки — с 95-процентной точностью.
Для тестирования системы исследователи применили автоматизированный микроскоп, предназначенный для сбора изображений с высоким разрешением. Предназначенные для анализа образцы крови пациентов с подозрением на инфекцию инкубировали, чтобы увеличить количество бактерий, а затем окрашивали и помещали под микроскоп. Всего нейросети было предложено идентифицировать 189 образцов, и в 93% случаев она успешно справилась с заданием.
ИИ-микробиолог работает намного быстрее коллег из плоти и крови, справляясь с изучением образца за несколько секунд, а не минут. Более того, ИИ может обрабатывать изображения удаленно. Это важно, поскольку быстрое выявление инфекции и начало приема антибиотиков могут спасти жизнь пациента. У технологии также есть значительный потенциал в академических исследованиях.
Специалисты из МТИ обнаружили новый способ борьбы с бактериями, устойчивыми к воздействию антибиотиков. Они смогли увеличить степень их уязвимости для антибиотиков класса хинолонов. Для этого использовался определенный тип сахаров, ускорявший метаболизм бактерий и повышавший вероятность повреждения их ДНК.