Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ ΣΤΗ ... · 2020-03-05 · Ο...

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ

ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ ΣΤΗ

ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗ:

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Η ΜΥΘΟΣ

Γεώργιος Τσουλφάς, MD, PhD, FICS, FACSΑναπληρωτής Καθηγητής Χειρουργικής, Α.Π.Θ.

Α´ Χειρουργική Κλινική, Α.Π.Θ.

Presenter Disclosure:

Nothing to disclose

Επισκόπηση

• Τι είναι η Τεχνητή Νοημοσύνη (ΤΝ);

• Εφαρμογές της ΤΝ στη Χειρουργική

• Περιορισμοί και Προβληματισμοί

• Το μέλλον…

Τι είναι η Τεχνητή Νοημοσύνη;


• Ένας από τους πρώτους ορισμούς που διατυπώθηκαν

από τους Barr και Feigenbaum αναφέρει ότι:

• «Τεχνητή Νοημοσύνη είναι ο τομέας της

επιστήμης των υπολογιστών, που ασχολείται με

τη σχεδίαση ευφυών (νοημόνων)

υπολογιστικών συστημάτων, δηλαδή

συστημάτων που επιδεικνύουν χαρακτηριστικά

που σχετίζονται με τη νοημοσύνη στην

ανθρώπινη συμπεριφορά».


• Στο ερμηνευτικό λεξικό του Cambridge η νοημοσύνη

αναφέρεται ως «η ικανότητα για μάθηση, κατανόηση και

κρίση ή αιτιολογημένη έκφραση γνώμης».

• Στο λεξικό Merriam-Webster αναφέρεται ότι

«Νοημοσύνη είναι η ικανότητα για μάθηση ή η

αντιμετώπιση νέων ή δύσκολων καταστάσεων».

• Στην περίπτωση των Η/Υ θα μπορούσαμε να

ισχυριστούμε ότι είναι η μάθηση μέσω εμπειρίας

(συνήθως μέσω παραδειγμάτων που παρέχονται από

ένα δάσκαλο) όπως τα Νευρωνικά Δίκτυα. Είναι

προφανές, ότι η απόκτηση νοημοσύνης από τον

υπολογιστή απαιτεί ανθρώπινη παρέμβαση.


• Για περισσότερο από 2000 χρόνια, φιλόσοφοι

όπως ο Αριστοτέλης, ο Ηράκλειτος, ο Descartes

και άλλοι, προσπάθησαν να περιγράψουν τον

μηχανισμό της μάθησης, της απομνημόνευσης,

της όρασης, της αντίληψης και του

συλλογισμού.

• Τα ερευνητικά πεδία τα οποία περικλείει η

Τεχνητή Νοημοσύνη ακουμπούν ακριβώς πάνω

σε αυτές τις δεξιότητες και κυρίως στην

αντίληψη και την συλλογιστική.


• Ο Alan Turing, ο οποίος θεωρείται ο πρώτος

άνθρωπος που συνέλαβε την ιδέα της

λειτουργίας μιας μηχανής, εμπνεύστηκε μία

δοκιμασία το 1950, η οποία πήρε και το

όνομά του (δοκιμασία Turing).

• Αν και η αποτελεσματικότητα της δοκιμασίας

Turing εξαρτάται από πολλούς παράγοντες,

θεωρείται μέχρι σήμερα ένα καλό μέτρο

σύγκρισης της Φυσικής με την Τεχνητή

Νοημοσύνη.


• Να κάνει ένα μηχάνημα ότι κάνει και ένας άνθρωπος.

• Η αυξημένη υπολογιστική ικανότητα της μηχανής

επιτρέπει καλύτερη «χρήση» προτύπων και

αναγνώριση λόγου και εικόνων.


Ερέθισμα,

πληροφορία

Αποτέλεσμα,

πράξη

Επεξεργασία

δεδομένων,

σύστημα

νευρώνων

Ανθρώπινες

αισθήσεις

Συλλογή

πληροφορίας,

δεδομένων


• Διαδικασία προσομοίωσης της ανθρώπινης

νοημοσύνης από μηχανή/υπολογιστή

• Ο σκοπός του υπολογιστή είναι να εκτελέσει τους

υπολογισμούς αυτούς με ταχύτητα και ακρίβεια

μεγαλύτερη από έναν άνθρωπο


• Στόχος της Τεχνητής Νοημοσύνης είναι:

– Να φτιάξει συστήματα που σκέπτονται και

συμπεριφέρονται όπως ο άνθρωπος

– Να φτιάξει συστήματα που σκέπτονται και

αντιδρούν λογικά

– Να δώσει λύσεις σε προβλήματα που ως τώρα

μόνο η ανθρώπινη λογική και νοημοσύνη

μπορούσε να λύσει


• Η Τεχνητή Νοημοσύνη «μαθαίνει»:

– Μόνη της

– Από τον άνθρωπο

– Από τα δεδομένα - εμπειρία

Γιατί σήμερα;

Ιστορία Τεχνητής Νοημοσύνης

Η κυοφορία…• 1943: Ο McCulloch και ο Pitts πρότειναν ένα μοντέλο

τεχνητών νευρώνων που είχε τη δυνατότητα να μαθαίνει

και να υπολογίζει συναρτήσεις.

• 1949: O Donald Hebb πρότεινε μία μέθοδο εκπαίδευσης

νευρωνικών δικτύων.

• 1950: Ο Alan Turing, με το άρθρο του "Computing

Machinery and Intelligence", εισήγαγε:

– Το γνωστό τεστ Turing.

– Τη μηχανική μάθηση.

– Τους γενετικούς αλγορίθμους.

– Την ενισχυτική μάθηση.

• 1951: Ο Minsky και ο Edmonts υλοποίησαν το πρώτο

νευρωνικό δίκτυο, το SNARC, με 40 νευρώνες, το οποίο

χρησιμοποιούσε 3.000 λυχνίες.

…και η γέννηση (1956)

• 1956: Διοργάνωση από τους John McCarthy, Marvin

Minksy, Claude Shannon και Nathaniel Rochester μιας

δίμηνης συνάντησης (workshop) στο Dartmouth

(Hanover, New Hampshire) καθοριστικής στη γέννηση της

Τ.Ν.

• Η συνάντηση αφορούσε τη θεωρία αυτομάτων, τα

νευρωνικά δίκτυα και τη μελέτη της ευφυΐας.

• Είχε μόνο 10 συμμετέχοντες!

• Οι Allen Newell και Herner Simon παρουσίασαν το

πρόγραμμα Logic Theorist (LT) που ήταν σε θέση να

αποδεικνύει απλά μαθηματικά θεωρήματα.

• Το κυριότερο ίσως αποτέλεσμα της συνάντησης ήταν η

αποδοχή του ονόματος που πρότεινε ο John McCarthy

για τη νέα ερευνητική περιοχή: Τεχνητή Νοημοσύνη.

Πρώιμος ενθουσιασμός (1952- 1969)• 1958: Ο McCarthy

– Όρισε τη συναρτησιακή γλώσσα LISP.

– Πρότεινε ένα υποθετικό σύστημα (το Advice

Taker), που χρησιμοποιούσε γνώση (όπως το

LT) αλλά αφορούσε γενικά, καθημερινά,

προβλήματα.

• 1961: Newell & Simon, General Problem Solver.

• Μικρόκοσμοι: Περιορισμένα προβλήματα των

οποίων η επίλυση απαιτούσε νοημοσύνη.

Γιατί σήμερα;

Εφαρμογές της Τεχνητής Νοημοσύνης Σήμερα

Αυτόνομος σχεδιασμός και

χρονοπρογραμματισμός ενεργειών

(Autonomous planning & scheduling)

• Το πείραμα Remote Agent της NASA υλοποίησε το πρώτο αυτόνομο

πρόγραμμα σχεδιασμού ενεργειών (planning program) για τον έλεγχο των

λειτουργιών ενός διαστημοπλοίου (1998-2001).

• Το πρόγραμμα:

– παρήγαγε πλάνα ενεργειών για την επίτευξη στόχων που του

καθορίζονταν από τη γη (π.χ. φωτογράφιση κομητών),

– παρακολουθούσε την εκτέλεσή τους,

– προέβαινε στις απαραίτητες διορθωτικές ενέργειες, όταν διαπίστωνε

αποκλίσεις.

– http://ic.arc.nasa.gov/projects/ remote-agent/

http://ic.arc.nasa.gov/projects/

Παιχνίδια (Game Playing)

• Ο υπολογιστής της IBM

Deep Blue έγινε ο

πρώτος που νίκησε τον

παγκόσμιο πρωταθλητή

στο σκάκι Garry

Kasparov με σκορ 3.5-

2.5, σε αγώνα επίδειξης

το 1997.

• http://www.research.ibm.

c om/deepblue/

http://www.research.ibm.c/

Αυτόνομος έλεγχος

• Το ALVINN είναι ένα σύστημα μηχανικής

όρασης το οποίο μαθαίνει να οδηγεί ένα

όχημα, παρακολουθώντας έναν άνθρωπο-

οδηγό.

• Το ALVINN αποτελείται από ένα νευρωνικό

δίκτυο ενός κρυμμένου στρώματος.

• Το σύστημα δέχεται είσοδο από τις

κάμερες πάνω στο όχημα.

• Η έξοδος είναι η κατεύθυνση προς την

οποία πρέπει να κινηθεί το όχημα για να

παραμείνει μέσα στο δρόμο.

• Ταξίδευσε 2850 μίλια στις ΗΠΑ

διατηρώντας αυτονομία στο 98% του

ταξιδιού!

http://www-

2.cs.cmu.edu/afs/cs/project/alv/www/navla

b_home_page.html

http://www-2.cs.cmu.edu/afs/cs/project/alv/www/navlab_home_page.html

Σχεδιασμός ενεργειών για προβλήματα Logistics

(Logistics planning)

• Κατά τη διάρκεια του πολέμου του Περσικού

Κόλπου (1991), οι Η.Π.Α. χρησιμοποίησαν το

πρόγραμμα D.A.R.T. (Dynamic Analysis and

Replanning Tool) για αυτοματοποιημένο

σχεδιασμό και χρονοπρογραμματισμό

ενεργειών για τις μεταφορές τους.

• Το πρόγραμμα διαχειρίστηκε 50.000

οχήματα, φορτία και ανθρώπους.

• Παρήγαγε πλάνα σε μερικές ώρες, αντί για

εβδομάδες που χρειάζονται οι προηγούμενες

μέθοδοι.

• Η υπηρεσία D.A.R.P.A. (Defense Advanced

Research Project Agency) δήλωσε ότι η

συγκεκριμένη εφαρμογή απέφερε περισσότερο

από τις επενδύσεις των Η.Π.Α. στην Τ.Ν. τα

τελευταία 30 χρόνια.http://www.rl.af.mil/div/IFT/IFTB/arpi/arpi.html

http://www.rl.af.mil/div/IFT/IFTB/arpi/arpi.html

Ρομποτική (Robotics)

• Ρομποτικοί βοηθοί χρησιμοποιούνται σε μικρο-

εγχειρήσεις.

– Το σύστημα HipNav (1996) αναπτύχθηκε στο

Carnegie Mellon Univ. με σκοπό τη μείωση του

κινδύνου λάθος τοποθέτησης σε εγχειρίσεις

πλήρους αντικατάστασης γοφού.

• http://www.mrcas.ri.cmu.edu/projects/hipnav.ht

ml

http://www.mrcas.ri.cmu.edu/projects/hipnav.html

Εφαρμογές της Τεχνητής Νοημοσύνης

στη Χειρουργική

Νοσηλευτές Εικονικής Πραγματικότητας

Ηλεκτρονικός Φάκελος

Έλκη Πίεσης - Κατακλίσεις

Εφαρμογές στο Νοσοκομείο

-Τηλεϊατρική και στα

επείγοντα

-Ηλεκτρονικός φάκελος

και έλεγχος για

νωρίτερα εξιτήριο

-Αυτοματοποίηση

διαδικασιών

Το Νοσοκομείο του Μέλλοντος

Ακτινολογία και Καρκίνος Μαστού

Δεύτερη γνώμη από το Διαδίκτυο…

«Παθολογοανατομική» εξέταση μέσα στο

χειρουργείο στη Νευροχειρουργική

Απόφαση για Χειρουργείο

Ποιος πρέπει να πάει στην Εντατική;

Μεταμόσχευση Ήπατος - Επιλογές

Αρχή της ρομποτικής

• Remote surgery research in the United States dates

back to the late 1990s, when the Defense Advanced

Research Projects Agency (DARPA) began funding the

development of surgical robotics. The first human

telesurgery was performed in 2001, when doctors

working in New York removed the gallbladder of a

patient in France using the Zeus Robotic Surgical

System. The operation was conducted and monitored by

a team of 40 people, including surgeons, engineers from

France Telecom, and representatives of Computer

Motion, the company that created Zeus.

• 5G και «Τηλεχειρουργική»

Το ρομπότ χειρουργός

• Ρομποτική χειρουργική– Δυσκολία αποστολής

– Περιβάλλον

– Ανθρώπινη ανεξαρτησία

• Cyberknife

Το ρομπότ χειρουργός (2)

•Τι είναι η ρομποτική χειρουργική;

•Διαφορά χειρουργικής ΜΕ το ρομπότ

από χειρουργική ΑΠΟ το ρομπότ

•Απέχουμε αλλά…

•Σταδιακή μάθηση

Τεχνητή Νοημοσύνη και Χρόνος

Χειρουργείου

Πλοήγηση στη Χειρουργική 1

Πλοήγηση στη Χειρουργική 2

Εκτίμηση του ασθενούς

-Αδυναμία (Frailty)

-Σηψαιμία

-Θρεπτική κατάσταση

Τεχνητή Νοημοσύνη και Χειρουργική

Ήπατος

-Ακρίβεια στη διάγνωση

-Ακρίβεια στην απεικόνιση

- Στοχευμένη θεραπευτική

προσέγγιση, με ασφάλεια

Περιορισμοί και Προβληματισμοί


• “Big Data” – τεχνογνωσία για την απόκτησή τους

• GDPR

• Κυριότητα των δεδομένων – Ηθικοί προβληματισμοί

• Τεχνολογία και οικονομία


• Ασφάλεια διαδικτύου και δεδομένων

• Νομικοί προβληματισμοί – Ευθύνη για λάθη, σύγκριση ΤΝ με ιατρό, συλλογή στοιχείων στο νοσοκομείο –συγκατάθεση; ή όταν καταγράφεται ένα «λάθος», τότε δε πρέπει και αν διορθωθεί;

• Ποιότητα Δεδομένων


• Είναι ότι βρίσκουμε σημαντικό ή μήπως θα οδηγηθούμε σε περισσότερες εξετάσεις χωρίς λόγο; (Google και μαστογραφία)


• Προκαταλήψεις στα δεδομένα


• Η ΤΝ μας δείχνει το πρόβλημα αλλά για να λυθεί αυτό πρέπει να αλλάξει και η ανθρώπινη συμπεριφορά


• Καμία φορά τα όνειρα…


• Καμία φορά τα όνειρα… γίνονται πραγματικότητα!


• Θα αντικαταστήσει τον άνθρωπο;


• Θα αντικαταστήσει τον άνθρωπο;– Αλλαγή στην ποσότητα της δουλειάς

– Αλλαγή στην ποιότητα της δουλειάς και στο είδος του ιατρού

Το μέλλον…

Το μέλλον

• Ποιότητα δεδομένων

• Συλλογή δεδομένων

• Ηθικό και νομικό πλαίσιο

• Τεχνολογία και οικονομία

• Εφαρμογή σε αναπτυσσόμενες χώρες –Global Surgery

Το μέλλον

• Εκπαίδευση στην ΤΝ των ιατρών

• Διεπιστημονική συνεργασία

• Το νοσοκομείο του μέλλοντος

• Έμφαση στην πρόληψη

• Ε.Ε. Κέντρα Τεχνητής Νοημοσύνης

Το μέλλον

• Τεχνολογική Πρόοδος: 5G

• Σύνθεση Τεχνολογιών: ΤΝ, εικονική πραγματικότητα, τρισδιάστατη εκτύπωση, βίο-εκτύπωση

• Συνεργασίες για λύσεις σε παγκόσμιο επίπεδο γιατί και οι απειλές είναι ανάλογες (COVID-19)

• Οικονομικά συμφέροντα - Εταιρείες

Συμπεράσματα

Συμπεράσματα

• Η Τεχνητή Νοημοσύνη είναι και θα είναι

μέρος της ζωής μας και της Χειρουργικής

• Είναι σημαντική η ανθρώπινη

επίβλεψη/συμμετοχή

• Δεν είναι πανάκεια

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ ΣΤΗ ... · 2020-03-05 · Ο...

Documents

Transcript of Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ ΣΤΗ ... · 2020-03-05 · Ο...