Kita pažangių dirbtinio intelekto medicinos prietaisų riba yra ne nešiojami prietaisai ar monitoriai prie lovos – tai pačiame žmogaus kūne. „Cochlear“ naujai pristatyta „Nucleus Nexa System“ yra pirmasis kochlearinis implantas, galintis paleisti mašininio mokymosi algoritmus, tuo pačiu valdydamas itin didelius galios apribojimus, saugodamas suasmenintus duomenis įrenginyje ir gaudamas belaidžiu būdu programinės aparatinės įrangos naujinimus, kad laikui bėgant patobulintų AI modelius.
Dirbtinio intelekto specialistams techninis iššūkis yra stulbinantis: sukurkite sprendimų medžio modelį, kuris realiuoju laiku klasifikuoja penkias skirtingas klausos aplinkas, optimizuokite jį, kad jis veiktų įrenginiu su minimaliu energijos biudžetu, kuris turi veikti dešimtmečius, ir visa tai atlikite tiesiogiai sąveikaujant su žmogaus nerviniu audiniu.
Sprendimų medžiai atitinka itin mažos galios skaičiavimus
Sistemos intelekto pagrindas yra SCAN 2 – aplinkos klasifikatorius, analizuojantis gaunamą garsą ir skirstantis jį į kategorijas „Kalba“, „Kalba triukšme“, „Triukšmas“, „Muzika“ arba „Tyla“.
„Šios klasifikacijos įvedamos į sprendimų medį, kuris yra mašininio mokymosi modelio tipas“, – aiškina Janas Janssenas, Cochlear pasaulinis CTO išskirtiniame interviu su. AI naujienos. „Šis sprendimas naudojamas garso apdorojimo nustatymams koreguoti toje situacijoje, kuri pritaiko į implantą siunčiamus elektrinius signalus.
Modelis veikia su išoriniu garso procesoriumi, tačiau čia jis tampa įdomus: pats implantas dalyvauja žvalgyboje per „Dynamic Power Management“. Duomenys ir galia yra susipynę tarp procesoriaus ir implanto per patobulintą RF ryšį, todėl mikroschemų rinkinys gali optimizuoti energijos vartojimo efektyvumą pagal ML modelio aplinkosaugos klasifikaciją.
Tai ne tik išmanusis energijos valdymas – tai pažangūs dirbtinio intelekto medicinos įrenginiai, sprendžiantys vieną sunkiausių implantuojamų kompiuterių problemų: kaip užtikrinti, kad įrenginys veiktų daugiau nei 40 metų, kai negalite pakeisti jo baterijos?
Erdvinio intelekto sluoksnis
Be aplinkos klasifikavimo, sistemoje naudojamas ForwardFocus – erdvinio triukšmo algoritmas, kuris naudoja įvestis iš dviejų įvairiakrypčių mikrofonų, kad sukurtų taikinio ir triukšmo erdvinius modelius. Algoritmas daro prielaidą, kad tiksliniai signalai kyla iš priekio, o triukšmas sklinda iš šonų arba užpakalio, tada taiko erdvinį filtravimą, kad sumažintų foninius trukdžius.
Tai, kas daro tai verta dėmesio AI požiūriu, yra automatizavimo sluoksnis. „ForwardFocus“ gali veikti autonomiškai, pašalindama kognityvinę apkrovą vartotojams, naršantiems sudėtingose klausos scenose. Sprendimas suaktyvinti erdvinį filtravimą priimamas algoritmiškai, remiantis aplinkos analize – nereikia jokio vartotojo įsikišimo.
Atnaujinamumas: medicinos prietaiso AI paradigmos pasikeitimas
Štai proveržis, kuris išskiria tai nuo ankstesnės kartos implantų: atnaujinama programinė įranga pačiame implantuotame įrenginyje. Istoriškai, kai chirurginiu būdu buvo įdėtas kochlearinis implantas, jo galimybės buvo užšaldytos. Nauji signalų apdorojimo algoritmai, patobulinti ML modeliai, geresnis triukšmo mažinimas – nė vienas iš jų negali būti naudingas esamiems pacientams.
Nucleus Nexa implantas pakeičia šią lygtį. Naudodami Cochlear patentuotą trumpojo nuotolio RF ryšį, audiologai gali pristatyti programinės įrangos atnaujinimus per išorinį procesorių į implantą. Saugumas priklauso nuo fizinių suvaržymų – ribotas perdavimo diapazonas ir maža išvesties galia reikalauja artumo atnaujinant – kartu su protokolo lygio apsaugos priemonėmis.
„Naudodami išmaniuosius implantus, mes iš tikrųjų laikome ant implanto kopiją (asmeninį vartotojo klausos žemėlapį), – paaiškino Janssenas. „Taigi jūs prarasite šį (išorinį procesorių), mes galime atsiųsti jums tuščią procesorių ir jį įdėti – jis nuskaito žemėlapį iš implanto.
Implantas savo vidinėje atmintyje saugo iki keturių unikalių žemėlapių. Žvelgiant iš AI diegimo perspektyvos, tai išsprendžia esminį iššūkį: kaip išlaikyti suasmenintus modelio parametrus, kai sugenda aparatūros komponentai arba jie pakeičiami?
Nuo sprendimų medžių iki gilių neuroninių tinklų
Dabartinis Cochlear diegimas naudoja sprendimų medžio modelius aplinkos klasifikavimui – tai pragmatiškas pasirinkimas, atsižvelgiant į medicinos prietaisų galios apribojimus ir aiškinamumo reikalavimus. Tačiau Janssenas apibūdino, kur krypsta ši technologija: „Dirbtinis intelektas per gilius neuroninius tinklus – sudėtinga mašininio mokymosi forma – ateityje gali dar labiau pagerinti klausą triukšmingose situacijose“.
Bendrovė taip pat tiria AI programas, ne tik signalų apdorojimą. „Cochlear tiria dirbtinio intelekto ir ryšio naudojimą, kad būtų galima automatizuoti įprastus patikrinimus ir sumažinti priežiūros išlaidas visą gyvenimą”, – pažymėjo Janssenas.
Tai rodo platesnę kraštinių AI medicinos prietaisų trajektoriją: nuo reaktyvaus signalo apdorojimo iki nuspėjamojo sveikatos stebėjimo, nuo rankinio klinikinio koregavimo iki autonominio optimizavimo.
Edge AI apribojimo problema
Tai, kas šį diegimą žavi ML inžinerijos požiūriu, yra apribojimų krūva:
Galia: Įrenginys turi veikti dešimtmečius su minimalia energija, o akumuliatoriaus veikimo laikas matuojamas visomis dienomis, nepaisant nuolatinio garso apdorojimo ir belaidžio perdavimo.
Latencija: Garso apdorojimas vyksta realiuoju laiku su nepastebimu vėlavimu – vartotojai negali toleruoti delsos tarp kalbos ir nervinės stimuliacijos.
Saugumas: Tai gyvybiškai svarbus medicinos prietaisas, tiesiogiai stimuliuojantis nervinį audinį. Modelių gedimai yra ne tik nepatogūs – jie turi įtakos gyvenimo kokybei.
Galimybė atnaujinti: Implantas turi palaikyti modelio tobulinimą daugiau nei 40 metų nekeičiant aparatūros.
Privatumas: Sveikatos duomenys apdorojami įrenginyje, o Cochlear taiko griežtą tapatybės panaikinimą, prieš įvedant bet kokius duomenis į realaus pasaulio įrodymų programą, skirtą modelių mokymui 500 000 ir daugiau pacientų duomenų rinkinyje.
Šie apribojimai verčia priimti architektūrinius sprendimus, su kuriais nesusidursite diegdami ML modelius debesyje ar net išmaniuosiuose telefonuose. Kiekvienas milivatas yra svarbus. Kiekvienas algoritmas turi būti patvirtintas dėl medicininės saugos. Kiekvienas programinės įrangos atnaujinimas turi būti neperšaunamas.
Be Bluetooth: prijungto implanto ateitis
Žvelgiant į ateitį, „Cochlear“ diegia „Bluetooth LE Audio“ ir „Auracast“ transliacijos garso galimybes – abiem reikia ateityje atnaujinti implanto programinę-aparatinę įrangą. Šie protokolai siūlo geresnę garso kokybę nei tradicinis „Bluetooth“ ir sumažina energijos sąnaudas, bet dar svarbiau, kad jie nustato implantą kaip mazgą platesniuose pagalbiniuose klausymosi tinkluose.
„Auracast“ transliacijos garsas leidžia tiesiogiai prisijungti prie garso srautų viešose vietose, oro uostuose ir sporto salėse – paverčiant implantą iš izoliuoto medicinos prietaiso į prijungto krašto AI medicinos prietaisą, dalyvaujantį aplinkos skaičiavimo aplinkoje.
Ilgalaikė vizija apima visiškai implantuojamus įrenginius su integruotais mikrofonais ir baterijomis, visiškai pašalinant išorinius komponentus. Tuo metu jūs kalbate apie visiškai autonomiškas AI sistemas, veikiančias žmogaus kūne – prisitaikančias prie aplinkos, optimizuojančias galią, srautinio perdavimo ryšį ir visa tai be vartotojo sąveikos.
Medicinos prietaiso AI projektas
„Cochlear“ diegimas siūlo pažangių dirbtinio intelekto medicinos prietaisų, susiduriančių su panašiais apribojimais, planą: pradėkite nuo interpretuojamų modelių, pvz., sprendimų medžių, agresyviai optimizuokite energiją, patobulinkite nuo pirmos dienos ir sukurkite 40 metų perspektyvą, o ne tipinį 2–3 metų vartotojų prietaisų ciklą.
Kaip pažymėjo Janssenas, šiandien pristatomas išmanusis implantas „iš tikrųjų yra pirmasis žingsnis link dar išmanesnio implanto“. Pramonei, kuri remiasi greita iteracija ir nuolatiniu diegimu, prisitaikymas prie dešimtmečio gaminių gyvavimo ciklų išlaikant DI pažangą yra įspūdingas inžinerinis iššūkis.
Klausimas ne tas, ar AI pakeis medicinos prietaisus – „Cochlear“ diegimas įrodo, kad tai jau padarė. Kyla klausimas, kaip greitai kiti gamintojai gali išspręsti suvaržymo problemą ir pateikti į rinką panašias protingas sistemas.
Vien Vakarų Ramiojo vandenyno regione 546 milijonams žmonių, turinčių klausos praradimą, šios naujovės tempas lems, ar dirbtinis intelektas medicinoje išliks prototipu, ar taps standartine priežiūra.
(Nuotrauka Cochlear)
Taip pat žiūrėkite: FDA AI diegimas: inovacijos prieš vaistų reguliavimo priežiūrą
Norite daugiau sužinoti apie AI ir didelius duomenis iš pramonės lyderių? Peržiūrėkite „AI & Big Data Expo“, vykstančią Amsterdame, Kalifornijoje ir Londone. Išsamus renginys yra „TechEx“ dalis ir vyksta kartu su kitais pagrindiniais technologijų renginiais. Norėdami gauti daugiau informacijos, spustelėkite čia.
AI naujienas teikia TechForge Media. Čia rasite kitus būsimus įmonių technologijų renginius ir internetinius seminarus.
