Как ИИ-технологии помогают дистанционно выявлять отклонения в развитии мозга у детей. Кейс Герофарм

Активное использование технологий искусственного интеллекта в медицинской и фармацевтической отраслях помогают развивать ИИ-рынок, а сам процесс технологической трансформации улучшает качество коммуникации не только брендов с клиентами, но и врачей с пациентами.

Уже сейчас существуют инновационные решения, которые позволяют выводить консультации и проведение диагностики пациентов на новый уровень, кратно увеличивая их эффективность.

К примеру, технологии компьютерного зрения в сочетании с последними моделями машинного обучения позволяют увеличивать скорость проверки МРТ-снимков автоматически распознавая на них отклонения. Такие решения очень помогли во время пандемии снизить нагрузку на врачей, диагностируя COVID-19 по рентгеновским снимкам легких.

Так, чтобы родители могли в удобном формате проводить диагностику, мы реализовали инициативу компании Герофарм, получившую название Спектрограмма, с помощью которой каждый желающий может провести диагностику дефектов речи у своих детей, которые могут сигнализировать об отклонении в развитии мозга, не выходя из дома.

На рынке ИИ-технологий появляется все больше реализованных решений и успешных кейсов, особенно для медицинской отрасли. Использование доступных технологий может заменить или значительно усовершенствовать диагностику врачом на первичных этапах.

Параллельно с этим существует достаточно острая тема среди родительского сообщества, когда ребенок развивается медленнее чем сверстники или имеет какие-то отклонения когнитивных функций, чем вызывает переживания и волнения за его здоровье. Также не всегда родители могут точно знать и понимать, что является нормой или отклонением от нее. Некоторые мамы или папы могут переживать на ровном месте, а некоторые – не воспринимать серьезно ту ситуацию, при которой стоило бы обратиться к специалисту. Поэтому говорить о синдроме когнитивных нарушений у детей можно только имея в виду определенные этапы развития их познавательных способностей, а для этого нужна грамотная диагностика со специалистом. Именно для этого компания Герофарм создала проект под названием ПРО.МОЗГ, в котором написали ряд образовательных статей не только на тему когнитивного развития, но и связанные с такими вопросами развития мозга как психоречевое развитие, болезни головного мозга, психомоторное развитие и прочее.

Инициатива по созданию Спектрограммы возникла со стороны команды Герофарм. Коллеги давно планировали реализовать подобный проект, и изначально идея заключалась в создании специального медицинского устройства для предварительной диагностики дефектов речи. Запрос сформировался из общения с врачами-логопедами. Они в один голос выражали желание получить инструмент преддиагностики, которую можно выполнять по шаблонам.

Мы предложили разработать решение с использованием технологий искусственного интеллекта, которое будет диагностировать дефекты речи у детей в удобном интерфейсе, и с помощью которого можно будет выявить возможные нарушения развития мозга у детей от 2 до 7 лет на начальных этапах.

Нам необходимо было разработать инструмент, который будет:

• Простым в использовании для каждого пользователя;
• Масштабируемым – проходить диагностику одновременно смогут большое количество пользователей;
  
• Подтвержденным экспертным сообществом – все задания должны быть подготовлены совместно с профессиональными врачами;
• Эффективным – на деле автоматизировать и улучшить процесс первичной консультации пациентов.

Если в поисковике сделать запрос по этому термину, мы получим ряд изображений спектра звукового сигнала (что?). По своей сути спектрограмма представляет собой график, в зависимости от двух осей – горизонтальная aka время и вертикальная (логарифмическая) – aka частота звука, то есть мощность или громкость.

В элементарном понятии – это рисунок звука, изображение, которое как раз и показывает зависимость спектральной плотности (как говорит нам Википедия, но мы это упростим до мощности) от времени. По сути – все аудиосообщения, а точнее интерфейс их оформления – является визуализацией простейшей спектрограммы, которая строится в зависимости от громкости речи записанного сообщения.

Применение спектрограмм достаточно широко, но чаще всего ассоциация графика с амплитудами возникает с сейсмической активностью, когда рассказывают что-то о землетрясениях. Но основное применение – это идентификация и обработка речи, а также анализ звуков. И как мы можем понимать, применяется это в различных областях.

Для создания инструмента диагностики дефектов речи при помощи искусственного интеллекта мы разработали виджет для сайта ПРО.МОЗГ, ключевой аудиторий которого являются родители детей в возрасте от 2 до 7 лет.

Спектрограмма выглядит как тест в чат-боте с возможностью записи аудиофайлов, а само тестирование ребенка происходит в игровой форме – для детей это выглядит как игра с мамой, что позволяет проводить диагностирование без возникновения стрессовой ситуации.

Виджет реализован с учетом особенностей UX/UI для родителей, а также с учетом взаимодействия ребенка с интерфейсом во время прохождения тестирования, определяющего наличие дефекта. Сами задания для детей были разработаны профессиональными логопедами, а затем адаптированы под интерфейс чат-бота.

• Изначально родителю предлагается выполнить совместно с ребёнком несколько заданий – записать в виде аудио ответы ребёнка на вопросы теста.

• Далее врачи-логопеды рассматривают результаты ответов пользователей на вопросы тестирования, полученные в виде аудиозаписей в панели администратора и определяют наличие или отсутствие дефектов речи.

• После проверки всех заданий система отправляет родителю на почту результат диагностики.

Мы адаптировали виджет под дизайн ПРО.МОЗГ, интегрировав в него чат-бота с технологией распознавания речи на основе машинного обучения (Machine Learning). Именно внедрение ML-модуля позволяет осуществлять проверки такого рода данных. На данном этапе реализации проекта модель в автоматическом режиме определяет, с какой вероятностью на аудиозаписи присутствует дефект речи. Данная информация выводится для логопеда в панели администратора, что позволяет существенно ускорить процесс проверки результатов теста логопедом.

Одна из сложных зон в реализации такого проекта – это отсутствие достаточного количества данных для обучения модели – сложная разметка данных (читать как подготовка данных), которая необходима для обучения нейросети. Для решения этой задачи мы использовали записи пользователей из виджета, которые на первом этапе обрабатывались логопедами полностью вручную, в качестве обучающих данных для улучшения точности модели, адаптированной под особенности каждой категории детских возрастов.

Помимо интеграции с ML-модулем для автоматической проверки анкет, мы осуществили интеграцию с веб-виджетом для сбора анкет от пользователей и с почтовым сервисом для отправки результатов теста.

На данный момент через виджет уже собрано несколько сотен анкет, а точность распознавания дефектов речи составляет более 80% для качественных аудио.

Со стороны оценки пользователей, виджет получил позитивный отклик и высокий интерес как в медицинском сообществе, так и среди родителей, что имеет для нас важное значение. Совместная экспертиза логопедов и технологий искусственного интеллекта расширяет функционал использования и применения решения, позволяя автоматизировать взаимодействие с пациентом на новом уровне.

В дальнейшем планируется полный переход от модели human-in-the-loop, когда необходимо участие человека в диагностике, к полной автоматизации процесса благодаря дообученной модели.

Спектрограмма активна сейчас на сайте ПРО.МОЗГ, и каждый желающий может провести диагностику на наличие дефектов речи у своего ребенка. Вы можете внести свой неоценимый вклад в социально значимый проект, пройдя тестирование и предоставив нам данные, которые смогут повысить точность модели.

Пройти диагностику можно на сайте ПРО.МОЗГ

Мы любим технологии и то, как ими можно усовершенствовать этот мир. Критику воспринимаем добродушно и готовы подискутировать в комментариях.