هر آنچه که درباره بینایی ماشین در پزشکی باید بدانید

اگر تا به حال از تشخیص چهره برای باز کردن قفل گوشی هوشمند خود استفاده کرده‌اید، پیداست از قبل با بینایی ماشین آشنا هستید. در حقیقت، بینایی ماشین در اینجا تشخیص چهره فردی را که از دوربین گوشی هوشمند استفاده می‌کند، به‌عنوان چشم انسان شناسایی می‌کند، تا تشخیص دهد چه کسی را می‌بیند. بر همین اساس است که بینایی ماشین را نوعی هوش مصنوعی دانسته‌اند که از الگوریتم‌هایی برای تکرار توانایی‌های تشخیص بصری انسان استفاده می‌کند. در واقع، الگوریتم‌ها برای تجزیه و تحلیل تصاویر و تشخیص الگوهای موجود در آن‌ها با هدف شناسایی و طبقه‌بندی اشیا آموزش داده می‌شوند. این فناوری توانسته است در علم طبابت و مراقبت‌های پزشکی نیز همچون سایر علوم با قدرت به پیش رود و امور را برای پزشکان و پرستاران تا حدودی آسان کند. در این مقاله سعی داریم به بینایی ماشین در پزشکی و کاربردهای این فناوری در مراقبت‌های پزشکی بپردازیم و مزایای استفاده از بینایی ماشین در پزشکی را برشمریم.

بینایی ماشین

بینایی ماشین (CV) زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی است که بر ساخت و استفاده از سیستم‌های دیجیتال برای پردازش، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده‌های بصری تمرکز دارد. هدف بینایی ماشین این است که این امکان را برای دستگاه‌های محاسباتی فراهم کنند، تا به‌درستی یک شیء یا شخص را در یک تصویر دیجیتال شناسایی کنند و اقدام مناسب را انجام دهند. به بیانی دیگر، بینایی ماشین، کامپیوترها را قادر می‌سازد، تا تصاویر را به همان روشی که بینایی انسان انجام می‌دهد ببینند، شناسایی و پردازش کنند و سپس خروجی مناسب را ارائه دهند. این مانند انتقال هوش و غرایز انسان به کامپیوتر است. کامپیوتر باید آنچه را که می‌بیند، تفسیر کند و سپس تجزیه و تحلیل مناسب را انجام دهد یا بر اساس آن عمل کند. بینایی ماشین در پزشکی و مراقبت‌های آن، مدیریت دسترسی بیومتریک، روبات‌های صنعتی و ماشین‌های خودران، تشخیص دیجیتال و واقعیت افزوده قابل استفاده است.

طریقه کار کردن بینایی ماشین به این شکل است که این فناوری تجزیه و تحلیل داده‌ها را بارها و بارها اجرا می‌کند، تا پس از درک تمایزها، تصاویر را تشخیص دهد. به عنوان مثال، برای آموزش کامپیوتر برای تشخیص لاستیک خودرو، باید مقادیر زیادی از تصاویر تایر و موارد مرتبط با لاستیک به کامپیوتر داده شود، تا تفاوت‌ها را بیاموزد و یک تایر را تشخیص دهد، به‌خصوص تایر بدون عیب.

تحقیقات زیادی در زمینه بینایی ماشین در حال انجام است. برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی نشان می‌دهد که بینایی ماشین چقدر در حوزه‌های تجارت، سرگرمی، حمل‌ونقل، مراقبت‌های بهداشتی و زندگی روزمره اهمیت دارد. یک محرک کلیدی برای رشد این برنامه‌ها، سیل اطلاعات بصری است که از تلفن‌های هوشمند، سیستم‌های امنیتی، دوربین‌های ترافیکی و سایر دستگاه‌های دارای ابزار بصری سرازیر می‌شود. این اطلاعات یک بستر آزمایشی برای آموزش برنامه‌های بینایی ماشین است و یک سکوی پرتاب برای آن‌ها ایجاد می‌کند، تا به‌نوعی بخشی از طیف وسیعی از فعالیت‌های انسانی شوند.

در واقع، به دلیل اهمیت قابل‌توجهی که بینایی ماشین دارد، این فناوری در بسیاری از زمینه‌ها از جمله مراقبت‌های بهداشتی، حمل‌ونقل، رباتیک و ارتباطات استفاده شده است. در مقایسه با چشم انسان، بینایی ماشین، امکان مشاهده اشیا با فوکوس بالاتر و میدان دید بزرگ‌تر از چشم انسان را فراهم می‌کند، به این معنی که می‌تواند اهداف بیشتری را به‌طور همزمان ببیند. علاوه بر نور مرئی، بینایی ماشین می‌تواند چیزهایی را با روش‌های دیگری مانند نور مادون قرمز و تصویربرداری اشعه ایکس مشاهده کند که دریافت و پردازش آن برای چشم انسان بسیار دشوار است. بینایی ماشین همچنین تصاویر با ابعاد و وضوح بالا را که حاوی اطلاعات بیشتری نسبت به تصاویر معمولی هستند، درک می‌کند.

در حقیقت، با توجه به این مزایاست که فناوری بینایی ماشین در پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی به کار گرفته شد. شرایط زیادی مانند CT یا MRI در زمینه‌های پزشکی وجود دارد که به کار پردازش بینایی نیاز دارند؛ در سال‌های اخیر، با تکنیک‌های یادگیری عمیق، بینایی ماشین به‌طور چشمگیری توانایی خود را بهبود بخشیده و نقش حیاتی فزاینده‌ای در حوزه پزشکی و سلامت ایفا کرده است.

بینایی ماشین در پزشکی

تحقیقات بینایی ماشین، پردازش تصویر و تشخیص الگو در چند دهه گذشته در علم پزشکی پیشرفت قابل‌توجهی داشته است، به‌طوری که تصویربرداری پزشکی در سال‌های اخیر به دلیل حیاتی بودن آن در کاربردهای مراقبت‌های بهداشتی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. به‌عنوان مثال، در تجزیه و تحلیل تصویر پزشکی سعی شده است، بهبود و تکنیک‌های جدید در روش‌های تجزیه و تحلیل تصویر پزشکی بررسی شود. همچنین کاربرد بینایی ماشین در پزشکی باعث گردیده امکاناتی فراهم شود که به‌نوعی درمان برخی از بیماری‌ها انجام گیرد. اخیراً نیز مدل‌سازی سه‌بعدی و فناوری‌های نمونه‌سازی سریع، توسعه برخی از روش‌های تصویربرداری پزشکی را هدایت کرده‌اند. برخی از دستاوردهای پزشکی به کمک بینایی ماشین عبارت‌اند از:

۱- کفش‌های پیشگیری از سقوط: یکی از دستاوردهای بینایی ماشین در پزشکی، ساخت کفش‌های پیشگیری از سقوط است. از آن رو که سالمندان هنگام به زمین خوردن، آسیب زیادی را به جسم و روح خود وارد می‌کنند، دانشمندانی در تایوان، کفش‌های پیشگیری از سقوط با استفاده از سیستم تشخیص موانع خطی مبتنی بر دوربین را ساخته‌اند که یک سیستم تشخیص موانع با لیزر خط جالب را برای جلوگیری از افتادن افراد مسن طراحی می‌کند.

۲- سونوگرافی متمرکز با شدت بالا: سونوگرافی متمرکز با شدت بالا (HIFU) برای فرسایش ایمن بافت‌های بدخیم و خوش‌خیم و به‌عنوان عاملی برای تحویل دارو پیشنهاد شده، در حالی که MRI برای راهنمایی و نظارت برای درمان در نظر گرفته شده است.

۳- سیستم دستیار تعاملی برای بیماران مبتلا به زوال عقل: از آن رو که سالمندان در بیشتر مواقع، فاقد توانایی خودمراقبتی هستند، لذا به‌منظور توسعه یک سیستم دستیار تعاملی کارآمد و راحت برای پرستاران و بیماران مبتلا به زوال عقل، دانشمندانی در چین یک سیستم مراقبت تعاملی بر اساس تصویر عمقی و EEG برای بیماران سالخورده مبتلا به زوال عقل، طراحی کرده‌اند. این سیستم به عنوان یکی از دستاوردهای کارا در فناوری بینایی ماشین در پزشکی، به‌گونه‌ای طراحی شده که مبتنی بر شبکه‌های عصبی عمیق چندوجهی برای بیمار مبتلا به زوال عقل با نیازهای ویژه باشد.

کاربردهای بینایی ماشین در پزشکی

پیشرفت‌های تکنولوژیکی و تحقیقات علمی در مورد کاربردهای انجام‌شده یا در حال تحقیق بینایی ماشین در پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی نشان می‌دهد که این فناوری قرار است صنعت را متحول کند و مزایای زیادی برای مؤسسات پزشکی و بیماران به همراه داشته باشد. تشخیص زودهنگام بیماری‌ها و شرایط پاتولوژیک، تشخیص رادیولوژیک، تشخیص بسیار دقیق بیماری، تصویربرداری پزشکی، کاهش زمان معاینه بیمار، ردیابی از دست دادن خون پس از جراحی و چشم‌انداز تشخیص و پایش خانگی از جمله مزایا و کاربردهای بینایی ماشین در پزشکی است که ما در اینجا چند مورد از آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

• تشخیص رادیولوژیک: توانایی بینایی ماشین برای تشخیص الگوهای موجود در تصاویر، از جمله تصاویر اشعه ایکس، CT و MRI، پتانسیلی برای کمک به پزشکان در تشخیص دقیق و به‌موقع بیماری‌های مختلف دارد. راه‌حل‌های مبتنی بر یادگیری عمیق در حوزه بینایی ماشین در پزشکی به مدل‌های شبکه عصبی آموزش‌دیده برای طبقه‌بندی تصاویر پزشکی متکی هستند. آن‌ها می‌توانند ضایعات، تومورها و تکه‌های مشکوک را که نیاز به بررسی بیشتر دارند، تشخیص دهند.
• تصویربرداری پزشکی: تصویربرداری پزشکی (غیر رادیولوژیکی) حوزه دیگری است که بینایی ماشین از طریق آن، می‌تواند به تشخیص زودهنگام بیماری کمک کند. در این مورد، تجسم‌ها به پزشکان اجازه می‌دهد، تا بافت‌ها و اندام‌های بیمار را جامع‌تر ببینند، تا ناهنجاری‌ها را شناسایی کنند.
• ردیابی از دست دادن خون پس از جراحی: یکی دیگر از کاربردهای بینایی ماشین در پزشکی ردیابی از دست دادن خون پس از جراحی است. در واقع، بینایی ماشین با ردیابی از دست دادن خون بیمار در زمان واقعی و تخمین میزان از دست دادن خون با دقت بالاتری نسبت به پزشکان، پتانسیل کاهش میزان مرگ‌ومیر پس از جراحی را دارد.

مزایای بینایی ماشین در پزشکی

راه‌حل‌های هوش مصنوعی و بینایی ماشین، به‌سرعت تغییراتی را در زمینه مراقبت‌های بهداشتی ایجاد می‌کنند. هر چند هیچ فناوری نمی‌تواند جایگزین متخصصان پزشکی شود، اما بینایی ماشین، کامپیوترها را قادر می‌سازد، تا تصاویر و ویدئوها را سریع‌تر، دقیق‌تر و با هزینه کمتر پردازش کنند.

مزایای بینایی ماشین در پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی عبارت‌اند از:

• تجزیه و تحلیل تصویربرداری دقیق و کارآمد: بینایی ماشین می‌تواند سرعت و دقت را هنگام تجزیه و تحلیل تصویربرداری پزشکی بهبود بخشد.
• داشتن اتاق‌های عمل هوشمند: با این سیستم‌ می‌توان از طریق مشاهده مستقیم و مستندسازی، کاهش یا حذف نیاز به ورودی‌های انسانی را برطرف کرد و به پزشکان و پرستاران این امکان را داد که زمان بیشتری را برای مراقبت از بیمار صرف کنند.
• شناسایی بهتر بیمار: یکی از مزایای بینایی ماشین در پزشکی، شناسایی دقیق بیمار است. متأسفانه موارد اشتباه در هویت بیمار در مراقبت‌های بهداشتی بسیار رایج است که اگر اصلاح نشود، بیماران ممکن است داروهای اشتباه مصرف کنند و آزمایش‌ها یا درمان‌های اشتباه را دریافت کنند.
• افزایش ایمنی مراقبت‌های بهداشتی: هر چند بسیاری از حوادث و بیماری‌های ناشی از کار اجتناب‌ناپذیرند، اما یکی از مزایای بینایی ماشین در پزشکی این است که این فناوری می‌تواند از بسیاری از آسیب‌های رایج کارگران در مراکز پزشکی جلوگیری کند.
• سرعت بخشیدن به تحقیقات پزشکی: بینایی ماشین به سازمان‌های مراقبت‌های بهداشتی کمک می‌کند، تا روند بررسی و آزمایش درمان‌ها و فناوری‌های جدید را سرعت ببخشند.
• کاهش هزینه‌های نیروی کار: با کمک به مراکز مراقبت‌های بهداشتی و آزمایشگاه‌های پزشکی برای دستیابی به سرعت و دقت بیشتر در انجام انواع وظایف، بینایی ماشین در پزشکی باعث می‌گردد، جریان کار ساده‌تر شود و هزینه‌های نیروی کار، کاهش یابد.

نتیجه‌گیری

سال‌هاست دانشمندان و مهندسان، در تلاش‌اند، تا روش‌هایی را برای ماشین‌ها ایجاد کنند که داده‌های بصری را ببینند و درک کنند. فناوری هوش مصنوعی از طریق رشته بینایی ماشین این امکان را فراهم کرده است، تا کامپیوترها را برای گرفتن و تفسیر اطلاعات از داده‌های تصویر و ویدئو آموزش دهد که البته باید این کار را نسبت به اعصاب بینایی چشم انسان در زمان بسیار کمتری به‌وسیله دوربین‌ها، داده‌ها و الگوریتم‌ها انجام دهد. این امکان برای تمامی حوزه‌ها فراهم شده است که علوم پزشکی و مراقبت‌های پزشکی یکی از مهم‌ترین آن‌هاست.

در حقیقت، فناوری بینایی ماشین در پزشکی امکاناتی را ایجاد کرده است که دقت و سرعت و مقرون‌به‌صرفه بودن هزینه و وقت را در دانش بااهمیت علوم پزشکی فراهم کرده است و با توجه به پیشرفت چشمگیر هوش مصنوعی، به‌طور حتم، راه‌های جدیدی از طریق فناوری بینایی ماشین در پزشکی هموار خواهد شد. امیدواریم که این مقاله، اطلاعات هرچند مختصری را از بینایی ماشین و برنامه‌های کاربردی پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی ارائه داده باشد.

انواع کاربردهای هوش مصنوعی در صنایع مختلف را در هوشیو بخوانید