Diagnocat и перспективы развития рентгенологии в стоматологии

С. С. Васильков
заведующий отделением рентгенологических исследований стоматологической клиники «Вероника», врач-рентгенолог высшей квалификационной категории (Санкт-Петербург)

В этой статье автор сознательно применяет термины, которые не являются общепринятыми, — к примеру, «рентгенология». Такое название подчеркивает узконаправленное обследование человека с применением рентгеновских лучей, в отличие от используемого во всем мире термина «радиология», которому в России соответствует весь спектр лучевой диагностики в медицине. По той же причине можно встретить термин «дентальная компьютерная томография» вместо «конусно-лучевая КТ», поскольку такой термин больше соответствует нынешним параметрам стоматологической КТ. Надеемся, подобные отступления от стандарта не потревожат читателя и не помешают с удовольствием окунуться в мир неизменно грядущих перемен.

Рентгенология (рентгенодиагностика) — научно-практическая медицинская дисциплина, изначально возникла как вспомогательная, но очень важная, поскольку давала возможность врачу заглянуть в невидимый мир тканей человеческого организма. С появлением рентгенологических исследований доктор стал получать информацию о пациенте и его патологии, не проводя вскрытия, что во многих случаях серьезно изменяло тактику лечебных мероприятий или как минимум позволяло более тщательно и точно подготовиться к их проведению, основываясь на индивидуальных особенностях строения организма и патологических изменениях.

Оценивая грандиозные вехи рентгенологии: открытие рентгеновских лучей В. К. Рентгеном 8 ноября 1895 года; первое их широкое применение в медицине (первые рентгеновские аппараты были изготовлены заводским способом в 1896 году) и т. д., можно выделить техническое и скиалогическое направления в развитии данной науки.

Техническое направление включало в себя разработку и усовершенствование рентгеновских трубок, воспринимающей системы (пленки, датчиков и т. д.), системы обеспечения и контроля работы, электропитания всех элементов и, в более поздних моделях, компьютерную обработку полученных данных.

Скиалогическое направление (от греч. skia — «тень»; logos — «учение») отвечало за развитие диагностической ценности обследований на основе изучения закономерностей образования рентгеновского изображения, применяемых методов и методик исследований, в зависимости от вида патологии. Это направление всегда зависело от технических возможностей рентгеновских аппаратов, но, с другой стороны, основой его развития были и остаются человеческий разум и интеллект.

Долгое время приоритетным направлением развития и усовершенствования рентгенодиагностики являлась техническая часть, и здесь уже достигнут значительный прогресс. Так, если вспомнить исторические факты, то самые первые традиционные рентгеновские снимки изготавливались в течение 0,5–1,5 часов суммарно с учетом времени фотообработки (В. К. Рентген получил на фотопластинке изображение собственной кисти, которую облучал в течение 20 минут). В настоящее время с применением цифровых технологий это время сокращено до 3–5 секунд. Произошел переход от аналоговой томографии к цифровой (основные разработчики этого метода G. Hounsfield и A. Cormac). Первое компьютерно-томографическое медицинское исследование головы, выполненное в 1972 году, заняло около 6 часов. Сейчас на это рутинное исследование отводится в среднем 5–7 минут, причем время самого сканирования и обработки занимает порядка 20 секунд. На самых передовых компьютерных томографах это время занимает даже менее 1 секунды. Значительно улучшились разрешающая способность и качество рентгеновских исследований (разрешающая способность датчиков выросла от 1 пар/линий на мм до 26 пар/линий).

Отдельно нужно отметить, что разработаны и внедрены интегративные (совмещающие в себе разные методы — ПЭТ-КТ и т. д.) и узкоспециализированные рентгеновские аппараты — к примеру, стоматологические (дентальные) компьютерные томографы. Дальнейшее развитие и совершенствование технического направления рентгенологии продолжает набирать обороты: так, в июле 2018 года новозеландскими учеными в Женеве был представлен рентгеновский аппарат, который способен делать трехмерные цветные снимки.

Скиалогическое направление, если вдуматься, до сих пор находится на первичном этапе развития, медленно продвигается опытно-наблюдательным путем вслед за развитием технических возможностей рентгеновских систем. Как и в прошлом, оценка теневой картины происходит преимущественно визуально самим рентгенологом. Да, нужно признать, что за последнее время улучшилось разрешение рентгеновских изображений, появились изображения в тонких томографических срезах, что изменило возможности диагностики в лучшую сторону, но это лишь следование техническим нововведениям. В общем и целом, за весь прошедший период в скиалогическом направлении развития рентгенологии произошло лишь значительное опытно-экспериментальное накопление знаний в плане визиографических отличий патологии, вариантов отклонения развития и вариантов нормы строения человеческого организма.

Но, как и в начале появления этого метода, оценка происходит визуально врачом-рентгенологом, преимущественно в качественных категориях параметров выявляемых дифференциально-диагностических симптомов. Такая стагнация объяснима с точки зрения технологического развития тем, что длительное время обработка получаемых данных в рентгенодиагностике происходила в бинарной компьютерной системе, в которой было проблематично переводить графическую информацию высокого разрешения, в соответствии с нашим зрением. Но в настоящее время этот барьер практически взят, и мы стоим на пороге абсолютно нового витка прогресса скиалогического направления. Вполне вероятно, что это произойдет с использованием искусственного интеллекта.

Искусственный интеллект (ИИ) — это научно и высокотехнологически обусловленное создание на базе инновационных компьютерных машин познавательно-интеллектуальных информационных программ (систем), обладающих свойствами решать творческие задачи, которые раньше традиционно считались прерогативой человека. Одним из основных подходов к созданию и разработке ИИ является семиотический (нисходящий — Top-Down AI), идущий путем разработки экспертных систем, баз знаний и систем логического вывода, имитирующих такие высокоуровневые психические процессы человека, как мышление, рассуждение, творчество и т. д.

В медицине, как и в других важных отраслях и сферах жизни, уже высоко оценены такие преимущества искусственного интеллекта, как способность запоминать и обрабатывать колоссальное количество информации, высокая точность и отсутствие системных ошибок. Благодаря этому уже разработаны и применяются компьютерные приложения с использованием ИИ, дающие рекомендации врачам и облегчающие их работу. Наиболее известные из них: IBM Watson for Oncology, Google DeepMind Health, AliveCor, NeuroLex.co, Face2Gene, Human Diagnosis project, а также боты-консультанты — телемедицинский сервис Healthtap. Много похожих находятся в стадии разработки.

Искусственный интеллект в лучевой диагностике

В системах визуального контроля также проводятся изыскательские работы в этом направлении. Израильский стартап — MedyMatch Technology, разработанный на базе ИИ, оказывает помощь врачам в более точной диагностике инсульта. В режиме реального времени система MedyMatch сравнивает томографические изображения мозга пациента с сотнями тысяч других снимков, которые есть в ее базе, и распознает мельчайшие отклонения от нормы, которые не всегда способен заметить специалист, сводя вероятность ошибки в постановке диагноза к минимуму. В России в 2016 году была анонсирована система, получившая название «Третье мнение», которая должна будет распознавать патологии организма по цифровым данным, полученным при традиционном рентгенологическом исследовании, УЗИ, КТ, МРТ.

В стоматологической рентгенологии развернут и перспективно реализуется интересный диагностический проект Diagnocat, с которым мы познакомимся несколько подробнее. Команда Diagnocat развивает сервис для удобства работы врачей стоматологических клиник под девизом: «Diagnocat. Мы хотим сделать диагностику в стоматологии безошибочной. Помогите нам!». В этой фразе не только скрыто желание сделать диагностику по КТ в стоматологии приятной и высокодостоверной, но и закладывается тенденция саморазвития системы в процессе ее работы.

Рис. 1

Рис. 2

Задачи проекта Diagnocat

Применение компьютерной томографии в стоматологии стало в последнее время рутинным исследованием, но, несмотря на развитие технических возможностей дентальных томографов, ускорение приемов обработки, упрощения и максимальной адаптации программ визуализации под пользователей, оценка ДКТ вызывает у многих врачей существенные затруднения. Так, разные производители предлагают свои программы визуализации с разными алгоритмами работы в них. Стандарты качества и разрешающая способность у разных диагностических центров и клиник совершенно не схожи. Со всеми этими и другими недостатками организации диагностического процесса приходится сталкиваться не только опытным, но и молодым специалистам. В итоге получается, что высокая диагностическая ценность и неоспоримые преимущества КТ конкурируют в стоматологической среде с повышенными трудозатратами, необходимостью дополнительного обучения, временными ограничениями приема, дифференциально-диагностическими трудностями и т. д.

Рис. 3

Рис. 4

Со многими подобными проблемами легко может справиться высокоинтеллектуальная система Diagnocat. Чтобы оценить результаты ДКТ, врачу в среднем нужно потратить значительно больше времени на изучение всех срезов и реконструкций, чем системе машинного обучения. При этом точность компьютерного анализа в среднем намного выше, что позволит выявить трудно диагностируемые изменения, которые врач может не заметить и пропустить. Компьютерные системы на основе ИИ, в отличие от человека, не устают и не теряют концентрацию. Более того, за счет уменьшения количества времени на распознавание и обработку данных пациент может получить более качественную помощь.

Рис. 5

Diagnocat — это просто

Diagnocat — это онлайн-сервис для помощи стоматологам в оценке и описании данных специализированных стоматологических (дентальных) КТ. Для использования/тестирования достаточно зарегистрироваться на сайте https://diagnocat.ru/. При помощи команды поддержки или самостоятельно ознакомившись с видеоинструкцией о порядке использования сервиса, каждый доктор (администратор или пациент) может загрузить дайком-файлы с любого ДКТ и получить результаты оценки данных в виде изображений и аннотаций к ним либо в виде формализованного бланка отчета.

Рис. 6

Принцип работы Diagnocat

Здесь написано просто о сложном. Решение компьютерной системы Diagnocat построено на основе ИИ. Основной его задачей является компьютерная интерпретация медицинских изображений узкоспециализированной стоматологической ДКТ с возможностью оценки лор-органов. Система сканирует пришедшие онлайн цифровые изображения на предмет типичных проявлений анатомического строения тканей челюстно-лицевой области человека и выделяет заметные. По сути, это цифровая индуктивная гибридная машина (информационная система), построенная на алгоритмах синергийной комбинации нейронных и символьных моделей рациональной обработки и вывода данных, которая таким образом достигает полного спектра когнитивных и вычислительных возможностей, что соответствует требуемым рамкам гибкости в методах абстрагирования. Концепция машинного обучения ИИ Diagnocat решена путем распознавания образов на принципах моделирования рассуждений, символьных вычислений и создании новых правил в процессе выполнения программы, что оставляет открытые возможности в системе конструктивных сущностей и алгоритмов, а также совершенствует такие способности самостоятельно. При этом нужно отметить, что точность оценок медицинских данных уже превышает 90 %.

Рис. 7

Что Diagnocat может уже сейчас?

На данный момент Diagnocat практически готов выступить в роли надежного ассистента стоматолога для оценки ДКТ. После загрузки и обработки на экран сразу выводятся изображение с панорамой и схема зубной формулы с черными и красными метками зубов. Красным отмечены зубы, где Diagnocat обнаружил признаки, требующие интерпретации врачом: от дефектов пломбирования каналов до признаков периодонтита и кариеса.

Рис. 8

Рис. 9

Панорамное изображение может быть построено как для двух челюстей, так и отдельно для каждой, что значительно повышает диагностическую значимость обзорной реконструкции ДКТ и делает ее более наглядной.

Рис. 10

После обучения, а также множества инженерных упражнений с данными ДКТ и ИИ, Diagnocat определяет, сколько корней и каналов в конкретном зубе, есть ли признаки периодонтита или кариеса и т. д. Точность определения признаков периодонтита составляет 93 % случаев. Коэффициент предсказания по некоторым целевым находкам достиг уровня 0,97 (максимум — 1,0). C такими показателями отчет Diagnocat может стать объективным инструментом скрининга дентальной патологии.

Рис. 11

Как говорится: «Лучше один раз самому увидеть, чем сто раз услышать!». Поэтому вы можете зайти на сайт и воспользоваться новым сервисом. Для этого всего лишь нужно перейти по ссылке: https://diagnocat.ru/

Рис. 12

Перспективы развития Diagnocat

Комплекс нейросетей Diagnocat — модуль дескриптор V2, созданный небольшой командой людей уникальный интеллектуальный продукт, который постоянно развивается и непрерывно прогрессирует. В настоящее время он уже готов решать стандартные проблемы стоматологов, преимущественно терапевтического профиля (пока еще с точностью около 93 %), но в будущем он охватит все остальные направления стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, в том числе будет давать оценку состоянию лор-органов, моделировать челюстно-лицевые и пластические операции, проводить точный 3D-цефалометрический анализ для ортодонтов и т. д. На данный момент развитие способностей дескриптора позволяет видеть соотношение зубов и кости. Это означает, что уже в ближайшем будущем станет возможным находить признаки пародонтита и убыли костной ткани в считанные секунды и наглядно показывать это пользователю.

Рис. 13

Дополнительно следует отметить, что консультантами и волонтерами проекта собрана огромная база редкой патологии, встречающейся на ДКТ челюстно-лицевой области, которая в последующем будет использована для дополнительного обучения и повышения квалификации постоянных пользователей сервиса Diagnocat.

Нужен ли вам Diagnocat?

Ответ на этот вопрос можно дать после честной оценки своих возможностей. В помощь предлагается несколько вопросов и небольшой тест с изображениями ДКТ, которые нужно будет описать:

1. Вы на 100 % владеете методикой работы со всеми программами для визуализации ДКТ (КЛКТ)?
2. Всегда ли вы оцениваете КТ от начала до конца (просматриваете все зубы), а не ограничиваетесь лишь «зоной интереса» в текущий момент?
3. Соответствует ли тщательность фиксации в медицинской документации (описание) результатов ДКТ тому, что вы обнаружили на ней?
4. Считаете ли вы, что используете в полной мере ДКТ для правильной коммуникации с пациентом?

Если при ответе на эти вопросы все выглядит далеко не идеально и нет рентгенолога в штате, чтобы это исправить, — Diagnocat может стать хорошим помощником. Если возникли затруднения с диагностикой этих состояний или есть неуверенность в правильном названии выведенных изменений, то с большой долей вероятности вам необходим Diagnocat для вашей работы.

Рис. 14

Рис. 15

Рис. 16

Рис. 17

Рис. 18

Заключение и выводы

Сегодня за счет достижений в области компьютерных нанотехнологий и искусственного интеллекта создано большое количество научно-практических разработок, которые все шире внедряются в нашу жизнь. В будущем и Diagnocat сможет занять достойное место в каждой стоматологической клинике. Но к этому нам еще предстоит прийти. Мы, люди, очень часто все новое оцениваем крайне негативно. И вокруг искусственного интеллекта тоже существует множество разных страхов, опасений и мифов. Да, вполне вероятно, что ИИ лишит нас рабочих мест, но пока это только технофобия. С другой стороны, ИИ способен существенно упростить и облагодетельствовать нашу жизнь, и эта тема набирает все большую популярность. От такого проявления прогресса нам не уйти — мы уже и живем в нем. Некоторые системы делают много шума в СМИ (например, системы распознавания речи и лиц), другие остаются незаметными для обывателей (например, внедренные программы распознавания и проверки грамматики и правописания в офисных приложениях).

Надо отметить, что на сегодняшний день системы искусственного интеллекта достигают наилучших результатов, помогая и функционируя совместно с человеком. Использование систем искусственного интеллекта именно таким образом, в частности экспертных систем, позволяет существенно ускорить, повысить качество и улучшить условия труда. Ведь системы искусственного интеллекта всегда объективны и результаты их работы не зависят от времени суток, настроения, усталости и ряда других субъективных факторов, которые присущи человеку.

«Стремиться к новому или бояться прогресса?» — это давний риторический вопрос, который предстоит решить каждому. Но если вы стоматолог, не следует стоять в стороне от технического прогресса, можно прямо сейчас оценить перспективы использования Diagnocat в своей практике, став один из участников тестирования. Попробуйте! Переходите по ссылке: https://diagnocat.ru/

Участвуйте, оставляйте ваши отзывы. Проект все время развивается, и, может быть, именно ваши предложения будут реализованы в Diagnocat и помогут коллегам и будущим пациентам. Принимайте активное участие в развитии прогресса.

Взгляд со стороны

Проект Diagnocat перспективен и внушает доверие не только уже достигнутыми результатами, но и тем, что команда разработчиков пользуется консультациями таких известных российских профессионалов-рентгенологов, как Д. Рогацкин, В. Грачев и т. д., помощь которых помогает сделать этот инновационный продукт идеальным.

В ноябре 2018 года к команде консультантов Diagnocat присоединился первый иностранный врач-рентгенолог, профессор Каан Орхан из Университета Анкары (Турция). Г-н Орхан — истинный профессионал и человек мира. Докторскую степень он получил в Японии, число его турецких учеников превышает два десятка, а исследовательскую работу он проводит в Университете Лювен (Бельгия). Благодаря его известности в крупнейших университетах мира и активной позиции начата дискуссия об исcледованиях по доказательству эффективности Diagnocat за пределами России сразу на трех континентах: Азии, Европе и Америке.

Рис. 20