Новосибирский государственный университет - Ученые НГУ обучают искусственный интеллект анализу томографических снимков животных

Лаборатория инновационной и ядерной медицины Физического факультета НГУ внедряет методы искусственного интеллекта в процессы анализа результатов снимков, полученных на компьютерном томографе. В данной лаборатории разрабатываются технологии нейтронозахватной терапии, проводятся испытания на животных препаратов-кандидатов для лечения онкологических заболеваний. Доклинические исследования проводятся на основе взаимовыгодного сотрудничества с представителями ветеринарных клиник Новосибирска, которые направляют в ЛИЯМ своих пациентов с онкологическими заболеваниями для прохождения исследований на томографе. Также специалисты ветклиник обеспечивают наркозное сопровождение исследований, а ученые проводят эксперименты по лечению опухолей у животных.  

— Ключевым направлением в нашей работе по развитию технологии ИИ является сфера доклинических исследований, которые мы проводим в нескольких направлениях – медицинском, ветеринарном и фармакологическом. Мы планируем произвести разработку алгоритмов и подбор данных для обучения ИИ для каждого из них. Наиболее интенсивно на базе нашего подразделения сейчас развиваются направления, связанные с обработкой и анализом изображений томографических исследований различных видов животных, применяемых на доклинических этапах испытаний фармакологических препаратов и методов лечения опухолей. Для этого необходимо проводить одномоментное серийное исследование на больших группах, при этом важно отличать норму от патологии. А для этого необходимо их детектирование и описание. Искусственный интеллект при должном обучении может справиться с этими функциями быстрее и точнее, чем человек. В настоящее время мы накапливаем данные, полученные на нашем томографе, чтобы в ближайшем будущем на их основе создать томографический атлас нормальных и патологических состояний животных, чтобы использовать его при обучении искусственного интеллекта, — пояснил руководитель лаборатории Владимир Каныгин. 

Обученный на основе томографического атласа искусственный интеллект позволит ученым в автоматическом режиме получать описания серийных экспериментальных исследований больших групп животных с учетом их межвидовых и внутривидовых различий.

— Для повышения эффективности целесообразно переложить на искусственный интеллект выполнение рутинных процессов. Описание снимков, полученных на КТ-томографе, для человека представляет собой длительный процесс, требующий высокой концентрации внимания. Кроме того, одно и то же изображение разными специалистами и в различных ситуациях может быть истолковано по-разному. Применение ИИ позволит исключить из этого важного процесса влияние человеческого фактора — усталости, рассеянного внимания и т.д. В ряде ситуаций ИИ может дать более исчерпывающий и точный ответ в разделе дифференциальной диагностики, и идентифицировать информацию, которая для врача может оказаться неочевидной или требующей дополнительной экспертизы. Сказывается и усталость —специалисту в течение дня приходится анализировать десятки снимков и нередко он вынужден возвращаться к уже обработанным, чтобы перепроверить правильность их описания. Использование ИИ в ветеринарии, а потом и в медицине, снимет проблему операторозависимости томографического исследования и исключит субъективную оценку полученных данных, — рассказала оператор КТ-томографа лаборатории Ульяна Кречетова.

В обязанности молодой исследовательницы входит подготовка «сырых» томограмм  для их последующей обработки и создания наборов данных, на которых будет обучаться искусственный интеллект. Вместе с аспирантом Физического факультета НГУ Русланом Тюстиным они занимаются разработкой алгоритмов анализа изображений у животных и созданием программ, помогающих ветеринарным врачам в осуществлении их деятельности, в том числе проведение визуальной диагностики томографических снимков. Ими уже получены результаты в области сегментации — выделения контуров органов на снимках, работа в данном направлении продолжается. В будущем они планируют создавать модели и программы, которые позволят классифицировать опухоли и помогать врачу определять виды патологических состояний.

Исследователи лаборатории планируют использовать искусственный интеллект для подбора эффективных препаратов для метода нейтронозахватной терапии при лечении онкологических заболеваний. Уже проведен ряд исследований препаратов борфенилаланин и боркаптат натрия, которые применялись в бор-нейтронозахватной терапии при лечении раковых опухолей у животных. Изучалась биологические и химические аспекты их токсичности, распространения по организму и кинетики выведения.

В настоящее время ученые проводят эксперименты с использованием препарата с содержанием наночастиц оксида кремния, комбинированных с контрастным веществом. Данную суспензию вводят лабораторным крысам, затем делают компьютерные томограммы, при обработке которых для получения новых данных применяют искусственный интеллект.

— Основа нового препарата – наночастицы оксида кремния размером не более 30 нанометров. Его действие принципиально отличается от химических веществ, которые, попадая в организм, претерпевает некие химические трансформации. Наночастицы не трансформируются, что дает препаратам с их содержанием определенные преимущества. Например, они могут быть сами носителями контрастного вещества, — объяснила научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Альфия Цыганкова.

— Наша задача — изучить взаимодействие частиц диоксида кремния с кровью в живом организме и найти границу, в пределах которой возможно лечение онкологических заболеваний без осложнений. В конечном итоге наша работа может помочь человечеству победить рак,— сказал студент магистратуры Физического факультета Антон Осипов.

Исследования проводятся в рамках стратегического проекта НГУ «Радиационные технологии будущего» программы «Приоритет 2030».