AI テクノロジーはヘルスケアの変革にどのように役立つのでしょうか?

【51CTO.comオリジナル記事】

近年、「人工知能」（AI）という言葉が頻繁に登場し、今日ではこのハイテクは医療・健康産業にとって有効な補助と強力なサポートとなっています。中国の著名な学者、周海中教授は30年前に次のように指摘しました。「社会の発展と科学技術の進歩に伴い、人工知能技術は医療保健の分野でその能力を発揮できるようになり、その成果は今後も現れ続け、その応用の見通しは刺激的である。」では、AI技術は医療保健の変革にどのように役立つのでしょうか。以下は、この点に関する関連状況の簡単な紹介です。

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診断に関しては

AI技術は、心臓、肝臓、肺、胆嚢、脾臓、胃、膀胱、脳など、さまざまな臓器の医療画像データのインテリジェントな認識と分析を提供できるだけでなく、病院の画像診断部門に迅速かつ正確な医療補助診断を提供することもできます。これにより、臨床診断と治療の精度と効率が向上し、医師の作業負荷が軽減され、診断の見逃しや誤診の可能性が減ります。また、身体検査機関に高品質の画像検査を提供し、検査と診断のレベルを迅速かつ全面的に向上させ、医療資源の逼迫の問題を効果的に緩和することができます。応用効果から判断すると、AI技術の大規模な利用は、今後の医療診断における発展のトレンドとなるでしょう。将来的には、AI 診断ツールが人間の医師よりも迅速かつ正確に病気の原因を特定し、診断できるようになるかもしれません。

たとえば、米国のマウントサイナイ・アイカーン医科大学の研究者らは最近、胸部CTスキャンの結果を臨床症状、曝露歴、臨床検査と組み合わせてAIアルゴリズムを使用し、COVID-19陽性患者を迅速に診断した。研究者らによると、新しいAIシステムは、CTスキャンと関連する病歴の両方が利用可能な場合、経験豊富な胸部放射線科医と同等の精度を発揮するという。このシステムにより、医師は経験と頭脳だけに頼るのではなく、信頼できる AI アシスタントを活用して CT 画像を検査できるようになります。専門家は、COVID-19の流行によりAI技術が重要な役割を果たすようになると考えている。

手術中

外科医、特に執刀医は重要な職業であるため、豊富な専門知識と正確な外科手術技術を習得する必要があり、継続的な学習と実践が必要です。学習教材や手術実習教材などのハードウェアおよびソフトウェア条件の制約により、医師が手術を学習し、実行することは非常に困難です。多くの大規模病院がAI技術を手術、特に現在普及している低侵襲手術に応用しており、データと3D技術を通じて従来の2次元画像情報を3次元化し、医師による患者の分析と外科的治療をより迅速、正確、安全に行えるようにしています。 AI テクノロジーは外科医の外科手術の実践を徐々に変えつつあり、外科手術のプロセスを GPS ナビゲーションと同じくらい簡単かつ正確なものにしています。

例えば、中国の天津愛爾眼科病院では、AI技術を活用して革新的な手術法を導入しており、医師は患者の両目の違いに基づいて患者の状態に適した近視手術法を選択し、良好な視力を得ることができます。医師はAI技術を使用して、近視患者の状態に基づいて専用の手術計画をカスタマイズすることもできます。これにより、学生、スポーツ愛好家、特殊職業（パイロット、警察官、運転手など）の人、角膜が薄く眼瞼裂が小さい近視患者に手術ソリューションを提供でき、近視患者に新たな選択肢が生まれます。

薬剤耐性に関しては

抗生物質耐性は、一般的な細菌感染症がいつか治療不能になる可能性があることを意味し、世界的な公衆衛生上の懸念事項です。抗生物質の広範な使用により抗生物質耐性菌が出現し、毎年世界中で7万人が死亡している。研究者たちは、AIの機械学習を利用して、抗生物質耐性を引き起こす細菌の遺伝子を特定しており、これは既存の抗生物質の有効性を改善したり、新しい抗生物質を開発したりするために使用できる可能性があります。ディープラーニングシステムを通じて、AIが「最善のものを認識する」ことが可能になり、新しい抗生物質が複数の形態の薬剤耐性菌を殺すだけでなく、斬新な方法で殺すこともできるようになりました。

たとえば、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究者は最近、AI 技術を使用して、結核をより迅速かつ効果的に治療するための薬剤の組み合わせレジメンを特定しました。このレジメンは治療時間を大幅に短縮するだけでなく、ほとんどの薬剤耐性結核にも有効です。研究者らは、細胞培養と動物モデルでこのアプローチを使用することで、数十億通りの潜在的な薬剤と投与量の組み合わせの中から、結核治療期間を大幅に短縮し、患者が薬剤耐性結核を発症するリスクを軽減できる3～4種類の薬剤の組み合わせを迅速に特定することができました。

医薬品分野では

医薬品の開発は長く費用のかかるプロセスです。コストがかかりペースが遅い問題を解決するために、研究者は機械学習、マシンビジョン、画像分析、自然言語処理などの AI 技術を使用して、何千ページにも及ぶ研究結果を整理し、プロセスを効率化しています。多くの製薬会社は、薬物相互作用の化学を深く研究し、生物学的システム全体を調査して薬物が患者の組織にどのように影響するかを理解するために AI を使用しています。大量のデータを分析し、AI 技術を使用することで、候補分子を特定し、創薬の時間とコストを削減することが期待されています。

例えば、日本の100年の歴史を持つ製薬会社である大日本住友製薬と英国の新興製薬会社エクセンシアがAI技術を使って強迫性障害（OCD）の治療薬として開発した化合物「DSP-1181」が、最近、初の臨床実験段階に入った。AIで作られた薬が臨床試験での使用が認められたのも初めてであり、非常に意義深いことだ。専門家は、AI技術は薬剤圧縮の分野で大きな可能性を秘めており、近い将来、製薬業界の様相を完全に変える可能性があると考えています。

心臓保護の観点から

AI技術は心臓病学で20年以上使用されてきましたが、心臓病の深刻な結果を考えると、その進歩は遅いものでした。 AI 技術の一例としては、心臓発作のリスクがある患者の心臓のリズムを監視する埋め込み型除細動器があります。必要に応じて、この装置は除細動ショックを与えることもできます。長期的には、ウェアラブルデバイスや埋め込み型デバイスからのデータが電子医療記録と統合され、患者を継続的に監視することで、医師は患者に関するより最新の情報を入手し、医療プロセスをより効率的に行うことができます。

例えば、英国オックスフォード大学の研究者らは最近、通常のCTスキャンを読み取り、脂肪細胞の微妙な変化、組織の瘢痕化、小さな血管の成長など、心臓の変化の警告サインを探すことができるAIツールを開発した。この AI システムは、この種の情報を分析するアルゴリズムを使用することで、心血管疾患患者の今後 9 年以内の重大な心臓有害事象のリスクを 90% の精度で予測できます。

脳コンピューターの観点から

新興の情報科学技術として、AI技術は神経工学の発展を支え、促進する上で重要な役割を果たしてきました。神経工学における脳コンピューターインターフェース技術は、感覚機能や運動機能の回復、神経疾患の治療に希望を与え、「超人的認知」の新時代を切り開きます。これは人間の脳が外界と通信するための「情報スーパーハイウェイ」と呼ばれ、新世代のヒューマン・コンピュータ・インタラクションやヒューマン・コンピュータ・ハイブリッド・インテリジェンスの重要な中核技術として認識されており、米国商務省によって輸出規制対象技術14項目の1つに挙げられています。

例えば、アメリカのNeuralink社は来年、脳疾患の治療を目的とした初の脳コンピューターインターフェース製品を開発する計画だ。将来的には、生体適合性の高い埋め込み型神経インターフェースを開発し、AI技術を人間の脳に埋め込み、人間の自然言語によるコミュニケーションに代わる、破壊的なインテリジェントな人間コンピューターインターフェース技術を実現し、まずは脳卒中患者が通常の生活に戻れるように支援し、次に人間の潜在能力を拡大する。

リハビリテーションに関しては

AI技術は、神経や四肢に損傷のある患者に正確なリハビリテーションサービスを提供することができます。今日のリハビリテーション治療には、一般的な理学療法、認知療法、漢方薬だけでなく、運動療法、作業療法なども含まれます。さまざまなインテリジェントなリハビリテーション補助具を利用して、ハイテクの「特急列車」に乗って、人間とコンピューターの相互作用、強力なマッチング、迅速な評価、高い効率を備えた体性感覚ゲームのようなリハビリテーショントレーニングを行っています。同時に、AI技術は患者の主観的な自発性を向上させることもできるため、リハビリテーション治療の有効性も向上します。

例えば、中国の常州千景リハビリテーション株式会社がAI技術を使って製造した多姿勢知能リハビリテーションロボット「フレックスボット」は、横たわっている人を「直立」させ、負傷者の脚の外骨格を駆動することで歩行訓練を行うことができます。また、千景リハビリテーションは「静雲」プラットフォームも立ち上げており、リハビリ患者は自分の症状を入力するだけで、プラットフォームが患者に合わせた治療計画を作成できます。

医療管理において

AI技術の応用により、医療管理サービスも画期的な発展を遂げており、特に動きや心拍数、睡眠などに焦点を当てたモバイル医療機器は急速に発展しています。スマートデバイスで身体検査を行うことで、血圧、心電図、体脂肪率など複数の健康指標を迅速に検出できます。収集された健康データはクラウドデータベースにアップロードして個人の健康記録を作成し、データ分析を通じてパーソナライズされた健康管理プランを立てることができます。

さらに、ユーザー個人の生活習慣を理解し、AI技術を使用してデータを処理することで、ユーザーの全体的な状態を評価し、パーソナライズされた健康管理プランを推奨し、健康管理者がユーザーの日常の健康計画と健康介入の計画を支援します。ウェアラブルデバイスやスマートヘルス端末を活用することで、ユーザーのバイタルサインを継続的に監視し、危険な状況を事前に予測して対処し、医療管理のレベルをさらに向上させます。

注目すべきは、一方ではAI技術が医療業界全体の運営方法の変化を加速させ、医療研究、医薬品開発、医療推進、医療保険の最適化に重大かつ広範囲な影響を及ぼすだろうということである。他方では、科学技術は急速に発展しているものの、今後長い間、新しい医療技術が多くの面で医療従事者に取って代わることはないだろうということである。結局、医師は慈悲の心を持っているのですが、それはAI技術を含むさまざまなハイテク技術では学べないものです。

文責：He Jian、Yang Yong（著者はそれぞれ浙江大学医学部と上海大学理学院所属）

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