Jyväskylän yliopisto

Tekoälyn tuottamat röntgenkuvat huijasivat erikoislääkäreitä ja paransivat nivelrikkoluokittimen tarkkuutta

Jaa

Terveysdatan jakaminen tutkijoiden ja kehittäjien keskuudessa on tärkeää niin tieteellisen tutkimuksen kuin terveysteknologian kehittämisen kannalta. Usein terveysdatan jakaminen on kuitenkin haastavaa tiukoista tietosuojasäädöksistä johtuen. Jyväskylän yliopiston Digital Health Intelligence -laboratorion tutkijat pyrkivät ratkaisemaan ongelmaa kehittämällä neuroverkon, joka pystyy luomaan menetelmäkehitys- ja tutkimustarkoituksiin keinotekoisia röntgenkuvia, jotka pystyvät huijaamaan jopa lääketieteen ammattilaisia.

Kuvassa on sekä aitoja että tekoälyn luomia polven röntgenkuvia. Ylärivissä olevat kuvat ovat synteettisesti luotuja.
Kuvassa on sekä aitoja että tekoälyn luomia polven röntgenkuvia. Ylärivissä olevat kuvat ovat synteettisesti luotuja.

Jyväskylän yliopiston AI hub Keski-Suomi hankkeessa kehitettiin tekoälymenetelmä, jonka tuottamilla synteettisillä röntgenkuvilla voitaisiin korvata ja täydentää polven nivelrikkodiagnostiikan menetelmätutkimuksessa käytettävää röntgendataa.

Tutkijat kehittivät neuroverkon, joka pystyy generoimaan synteettisiä röntgenkuvia. Menetelmän avulla aidoista röntgenkuvista koostuvaa nivelrikkotutkimuksen data-aineistoa täydennettiin synteettisillä kuvilla. Kuvien aitoutta arvioitiin yhdessä Jyväskylässä toimivan Sairaala Novan erikoislääkäreiden kanssa.

Erikoislääkäreitä pyydettiin ensin tekemään nivelrikkoluokitus kuville ilman että he tiesivät aineiston sisältävän synteettisiä kuvia. Tämän jälkeen toisessa vaiheessa heitä pyydettiin erottelemaan kuvat aitoihin ja synteettisiin kuviin. Testien perusteella synteettisten kuvien havaitseminen aitojen joukosta on erittäin hankalaa jopa asiantuntijalle.

– Synteettisen datan hyödyntämistä eivät kosketa samalaiset tietosuojarajoitukset, kuin aitoa dataa. Sen avulla voidaan helpottaa esimerkiksi tutkimusryhmien, yritysten ja oppilaitosten välistä yhteistyötä, kertoo Digital Health Intelligence laboratorion johtaja Sami Äyrämö Jyväskylän yliopistosta.

Äyrämön mukaan synteettisen datan käyttö myös nopeuttaa lupaprosesseja ja sitä kautta muun muassa uusien ideoiden kokeilemista.

Synteettisen datan käyttö voi johtaa parempiin tuloksiin potilaiden hoidossa ja lääketieteellisessä menetelmäkehityksessä

Dataa hyödyntävien tekoälymenetelmien avulla voidaan tukea lääkäreitä diagnoosien tekemisessä. Vaikka tekoälyn tekninen potentiaali on valtava, niin lääketieteen sovelluksissa käytössä olevan datan määrä on usein riittämätön. Tämä on keskeinen haaste riittävän tarkkojen menetelmien kehittämisen. 

– Täydentämällä aidoista röntgenkuvista koostuvaa dataa synteettisillä kuvilla onnistuimme parantamaan tekoälypohjaisen nivelrikkoluokittimen tarkkuutta, kertoo neuroverkon suunnittelusta vastannut väitöskirjatutkija Fabi Prezja.   

Synteettisen datan hyödyntäminen voi tulevaisuudessa johtaa parempiin tuloksiin lääketieteellisessä menetelmäkehityksessä ja potilaiden hoidossa, erityisesti sellaisten sairauksien kohdalla, joissa aitoa potilasdataa on rajallisesti saatavilla.

– Lisäksi neuroverkko pystyy muokkaamaan synteettisiä röntgenkuvia asiantuntijan määritysten mukaisesti. Tulevaisuudessa ominaisuutta voidaan hyödyntää lääketieteellisissä koulutussovelluksissa sekä muiden tekoälyjärjestelmien stressitestauksessa, Prezja lisää.

Tutkimus tehtiin yhteistyössä Keski-Suomen sairaanhoitopiirin kanssa, jonka johtaja ja kirurgian professori Juha Paloneva pitää tekoälyyn perustuvia diganoosimenetelmiä arvokkaana tapana siirtää kokeneen lääkärin osaamista vähemmän kokeneen lääkärin työn tueksi.

– Tekoälyn avulla voidaan paljastaa esimerkiksi vaikeasti havaittavia varhaisen nivelrikon merkkejä. Tekoälymenetelmät nivelrikon diagnostiikassa ovat kuitenkin vielä kehittymässä, joten työ jatkuu, Paloneva sanoo.

Lisätietoa

Väitöskirjatutkija Fabi Prezja  
fabi.f.prezja@jyu.fi
044 920 9543   

Dosentti Sami Äyrämö
Digital Health Intelligence laboratorion johtaja  
sami.ayramo@jyu.fi
050 325 5685

Kirurgian professori Juha Paloneva
Keski-Suomen sairaanhoitopiirin johtaja
050 336 3695

Digitaalisen terveysälyn laboratorio toimii Jyväskylän yliopiston informaatioteknologian tiedekunnassa. Laboratorion tavoitteena on kehittää älykkäitä tietoon perustuvia ratkaisuja reaalimaailman ongelmiin, jotka ovat keskeisiä ihmisten terveyden ja hyvinvoinnin edistämisen kannalta. AI Hub Keski-Suomi -hanke on saanut tukea Euroopan aluekehitysrahastolta (EAKR).

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Kuvat

Kuvassa on sekä aitoja että tekoälyn luomia polven röntgenkuvia. Ylärivissä olevat kuvat ovat synteettisesti luotuja.
Kuvassa on sekä aitoja että tekoälyn luomia polven röntgenkuvia. Ylärivissä olevat kuvat ovat synteettisesti luotuja.
Lataa
Synteettisiä rötgenkuvia voidaan myös hallita, kuten animaatiosta voidaan nähdä. Tutkijat voivat myös muuttaa vain tiettyjä osia kuvasta. Ominaisuutta voidaan hyödyntää lääketieteellisten koulutusohjelmien käytössä ja tekoälyjärjestelmien stressitestauksessa.
Synteettisiä rötgenkuvia voidaan myös hallita, kuten animaatiosta voidaan nähdä. Tutkijat voivat myös muuttaa vain tiettyjä osia kuvasta. Ominaisuutta voidaan hyödyntää lääketieteellisten koulutusohjelmien käytössä ja tekoälyjärjestelmien stressitestauksessa.
Lataa
Kuvankaappauksia animaatiosta, joista voidaan nähdä miten synteettistä röntgenkuvaa voidaan hallita.
Kuvankaappauksia animaatiosta, joista voidaan nähdä miten synteettistä röntgenkuvaa voidaan hallita.
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Jyväskylän yliopisto
PL 35
40014 Jyväskylä

http://www.jyu.fi

Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto

Väitös 12.12.2022: Tehokkaampia keinoja kemiallisten yhdisteiden termodynaamisten ominaisuuksia arviointiin (Vuori)5.12.2022 09:00:00 EET | Tiedote

Kemiallisissa reaktioissa aineet muuttuvat toisiksi aineiksi, jolloin energiaa joko vapautuu tai sitoutuu. Energianmuutoksien tutkimiseen tarvitaan tarkkaa tietoa aineiden termodynaamisista ominaisuuksista. FM Hannu Vuori laski väitöstutkimuksessaan näitä ominaisuuksia yli 300 fosforin, piin ja boorin yhdisteelle. Tuloksia voidaan hyödyntää monilla teknologian aloilla, kuten puolijohdeteollisuudessa, energian varastoinnissa ja vetyteknologiassa.

Väitös 9.12.2022: Simulaatioiden avulla kohti vihreämpää kemiaa (Korpelin)2.12.2022 09:30:00 EET | Tiedote

Jopa 90 % kemianteollisuuden prosesseista hyödyntää katalyyttejä, joiden avulla tarvittavat reaktiot saadaan tapahtumaan nopeammin, puhtaammin ja energiatehokkaammin. Tyypillinen teollinen katalyytti koostuu oksidipinnalle kiinnittyneistä metallihiukkasista. FM Ville Korpelin tutki väitöskirjassaan metalli-oksidikatalyyttien ominaisuuksia ja sovelluksia laskennallisesti kvanttikemian keinoin.

Kone opetettiin seulomaan röntgenkuvasta varhaista nivelrikkoa ennustava piirre – voi säästää tarpeettomilta tutkimuksilta ja hoidoilta2.12.2022 08:30:38 EET | Tiedote

Jyväskylän yliopiston ja Keski-Suomen Sairaanhoitopiirin tutkijat kehittivät yhteistyössä tekoälypohjaisen neuroverkon tunnistamaan uusi varhaisen polvinivelrikon piirre röntgenkuvista. Tekoäly onnistui tekemään lääkärin kanssa yhteneväisen diagnoosin 87% tapauksissa. Tulos on tärkeä, koska röntgenkuva on varhaisen nivelrikon ensisijainen diagnostiikkamenetelmä polven nivelrikossa. Varhaisen vaiheen diagnoosi voi säästää potilaan tarpeettomilta tutkimuksilta, hoidoilta ja jopa tekonivelleikkaukselta.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme