Waarom de gezondheidszorg multimodale AI nodig heeft om geïnformeerde beslissingen te nemen

IN HET KORT

Het omarmen van multimodale AI in de gezondheidszorg betekent een paradigmaverschuiving ten opzichte van single-input systemen. Door verschillende gegevensbronnen te integreren, zoals medische beelden, klinische aantekeningen en meer, verbetert deze aanpak de diagnostische nauwkeurigheid, voorspellingen en samenwerking. Kansen zoals gepersonaliseerde precisiegezondheidszorg en pandemische surveillance zijn er in overvloed, maar uitdagingen zoals gegevensintegratie en privacy moeten worden overwonnen.

In het zich snel ontwikkelende landschap van kunstmatige intelligentie (AI) domineren systemen met één input het veld.

Professionals in de gezondheidszorg zijn echter afhankelijk van een divers spectrum aan input – van patiëntendossiers tot directe observaties – om cruciale beslissingen te nemen.

Multimodale AI kan de paradigmaverschuiving zijn die de kloof in de gezondheidszorg dicht, met een enorm potentieel om besluitvormingsprocessen te verbeteren door toegang te hebben tot gegevens uit meerdere dimensies.

AI in de gezondheidszorg

Kunstmatige intelligentie is een integraal onderdeel geworden van de gezondheidszorg, met het vermogen om verschillende aspecten van medische praktijk en onderzoek te transformeren.

AI-algoritmen kunnen complexe medische gegevens, zoals beeldvormende scans en genetische informatie, opmerkelijk snel en nauwkeurigheid analyseren, wat helpt bij het diagnosticeren van ziekten en het plannen van behandelingen.

Bovendien verbeteren AI-gestuurde voorspellende modellen de patiëntenzorg door ziektetrends en patiëntresultaten te voorspellen.

Daarnaast worden administratieve taken gestroomlijnd door automatisering, waardoor professionals in de gezondheidszorg meer tijd kunnen besteden aan patiënteninteractie, waarbij AI mogelijk het wereldwijde tekort aan radiologen kan oplossen.

AI wordt effectief gebruikt in verschillende medische modaliteiten, waarbij onregelmatigheden in radiologische scans snel worden gedetecteerd, complexe biomedische signalen worden ontcijferd voor vroegtijdige opsporing van ziekten. Een behandeling op maat wordt mogelijk gemaakt door genetische gegevens te analyseren. Bovendien verbetert AI de klinische besluitvorming en voorspellende resultaten, bijvoorbeeld door generatieve AI te integreren in elektronische patiëntendossiers.

Hoewel AI voornamelijk wordt ingezet om afzonderlijke gegevensmodaliteiten te analyseren, heeft deze unimodale AI-benadering verschillende beperkingen in de gezondheidszorg:

Onvolledig overzicht: Unimodale AI-systemen zijn niet in staat om een holistische kijk op de toestand van een patiënt te overwegen. Een AI-systeem dat zich bijvoorbeeld alleen richt op medische beelden, kan belangrijke informatie in klinische aantekeningen of genetische gegevens over het hoofd zien.

Prestatiebeperkingen: Uitsluitend afgaan op één enkele gegevensbron kan resulteren in een beperkte diagnostische nauwkeurigheid, vooral bij ingewikkelde casussen die een multidimensionale aanpak vereisen.

Datasilo’s en gebrek aan integratie: Unimodale AI-systemen kunnen onafhankelijk worden ontwikkeld voor elke gegevensbron, wat leidt tot gegevenssilo’s en problemen bij het integreren van inzichten uit verschillende bronnen.

Beperkt aanpassingsvermogen: Unimodale AI-systemen zijn vaak ontworpen om specifieke taken uit te voeren op specifieke datatypes. Het kan een uitdaging zijn om ze aan te passen aan nieuwe taken of gegevenstypen.

Wat is Multimodale AI?

Multimodale AI verwijst naar AI-systemen die zijn ontworpen om informatie uit meerdere gegevensbronnen of gegevenstypen tegelijk te verwerken en te begrijpen.

Deze gegevensbronnen, ook wel modaliteiten genoemd, kunnen verschillende vormen van invoer omvatten, zoals tekst, afbeeldingen, audio, video, sensorgegevens en meer. Multimodale AI streeft ernaar machines in staat te stellen de gecombineerde inzichten en context van deze verschillende gegevensmodaliteiten te benutten om nauwkeurigere en holistischere voorspellingen of beslissingen te nemen.

In tegenstelling tot traditionele AI-systemen, die zich vaak richten op één type gegevensinvoer, maakt multimodale AI gebruik van de kracht van verschillende modaliteiten om een volledig inzicht te krijgen in een situatie of probleem. Deze benadering weerspiegelt hoe mensen van nature informatie verwerken door rekening te houden met verschillende zintuiglijke input en contextuele signalen bij het nemen van beslissingen.

Multimodale AI in de gezondheidszorg

De gezondheidszorg is fundamenteel multimodaal vanwege de diverse en onderling verbonden aard van informatie en gegevens op medisch gebied.

Bij het verlenen van gezondheidszorg ontcijferen medische professionals routinematig informatie uit een breed scala aan bronnen, waaronder medische beelden, klinische aantekeningen, laboratoriumtests, elektronische patiëntendossiers, genomica en nog veel meer.

Ze synthetiseren informatie uit meerdere modaliteiten om een volledig begrip te krijgen van de toestand van een patiënt, waardoor ze nauwkeurige diagnoses en effectieve behandelingen kunnen stellen.

De verschillende modaliteiten waarmee professionals in de gezondheidszorg doorgaans rekening houden, zijn onder andere:

  • Medische beelden: Deze variëren van röntgenfoto’s, MRI-scans, CT-scans, echografieën en meer. Elk type beeld geeft unieke inzichten in verschillende aspecten van de anatomie en toestand van een patiënt.
  • Klinische aantekeningen: Dit zijn de schriftelijke verslagen van de medische geschiedenis, symptomen en vooruitgang van een patiënt. Deze aantekeningen worden vaak in de loop der tijd door verschillende zorgverleners gemaakt en moeten worden geïntegreerd om een holistisch beeld te geven.
  • Laboratoriumtesten: Deze omvatten verschillende testen, zoals bloedtesten, urinetesten en genetische testen. Elke test levert specifieke gegevenspunten op die helpen bij het diagnosticeren en controleren van gezondheidstoestanden.
  • Elektronische patiëntendossiers (EHR’s): Deze digitale dossiers bevatten de medische geschiedenis van een patiënt, diagnoses, medicijnen, behandelplannen en meer. EHR’s centraliseren patiëntinformatie voor eenvoudige toegang, maar vereisen zorgvuldige interpretatie om relevante inzichten te verkrijgen.
  • Genomische gegevens: Met de vooruitgang in de genetica omvat de gezondheidszorg nu het analyseren van de genetische structuur van een patiënt om zijn vatbaarheid voor bepaalde ziekten te begrijpen en behandelplannen daarop af te stemmen.
  • Apparatuur voor patiëntbewaking: Apparaten zoals hartslagmeters, bloeddrukmeters en draagbare fitnesstrackers leveren real-time gegevens over de gezondheid van een patiënt en dragen zo bij aan het algehele diagnostische proces.
  • Medische literatuur: Het voortdurend veranderende landschap van medisch onderzoek en medische literatuur biedt aanvullende informatie waarmee professionals in de gezondheidszorg rekening moeten houden bij het nemen van beslissingen.

Hoe Multimodale AI de uitdagingen van traditionele AI overwint

Multimodale AI in de gezondheidszorg kan de uitdagingen van unimodale AI op de volgende manieren overwinnen:

  • Holistisch perspectief: Multimodale AI combineert informatie uit verschillende bronnen en biedt zo een holistisch beeld van de gezondheid van een patiënt. De integratie van gegevens van medische beelden, klinische aantekeningen, labresultaten, genomica en meer kan een nauwkeuriger en completer beeld geven van de toestand van de patiënt.
  • Verbeterde voorspellingen: Door gegevens uit meerdere bronnen te gebruiken, kan multimodale AI de diagnostische nauwkeurigheid verbeteren. Het kan patronen en correlaties identificeren die mogelijk worden gemist door elke modaliteit afzonderlijk te analyseren, wat leidt tot nauwkeurigere en tijdige diagnoses.
  • Geïntegreerde inzichten: Multimodale AI bevordert gegevensintegratie door inzichten uit verschillende modaliteiten te combineren. Dit vergemakkelijkt de toegang van professionals in de gezondheidszorg tot een eenduidig beeld van patiëntinformatie, wat samenwerking en goed geïnformeerde besluitvorming bevordert.
  • Aanpassingsvermogen en flexibiliteit: Het vermogen van multimodale AI om te leren van verschillende soorten gegevens stelt de AI in staat om zich aan te passen aan nieuwe uitdagingen, gegevensbronnen en medische ontwikkelingen. Het kan worden getraind in verschillende contexten en meegroeien met veranderende paradigma’s in de gezondheidszorg.

Mogelijkheden van multimodale AI in de gezondheidszorg

Naast het overwinnen van de uitdagingen van traditionele unimodale AI, biedt multimodale AI tal van extra kansen voor de gezondheidszorg. Hieronder worden er een aantal genoemd.

  • Gepersonaliseerde precisiegezondheidszorg: Door verschillende gegevens te integreren, waaronder ‘omics’-gegevens zoals genomica, proteomica en metabolomica, samen met elektronische patiëntendossiers (EHR) en beeldvorming, kunnen we aangepaste benaderingen mogelijk maken om gezondheidsproblemen effectief te voorkomen, diagnosticeren en behandelen.
  • Digitale proeven: De fusie van draagbare sensorgegevens met klinische informatie kan medisch onderzoek transformeren door de betrokkenheid en voorspellende inzichten te verbeteren, zoals werd geïllustreerd tijdens de COVID-19 pandemie.
  • Patiëntbewaking op afstand: Vooruitgang op het gebied van biosensoren, continue tracking en analyse maakt ziekenhuisopstellingen thuis mogelijk, waardoor de kosten dalen, er minder zorgpersoneel nodig is en er betere emotionele hulp kan worden geboden.
  • Pandemische surveillance en uitbraakdetectie: COVID-19 heeft de noodzaak van robuuste bewaking van infectieziekten aangetoond. Landen hebben gebruik gemaakt van uiteenlopende gegevens zoals migratiepatronen, mobiel gebruik en gegevens over zorgverlening om uitbraken te voorspellen en gevallen op te sporen.
  • Digitale tweelingen: De digitale tweeling komt oorspronkelijk uit de techniek en heeft het potentieel om traditionele klinische proeven te vervangen door het voorspellen van het effect van een therapie op patiënten. Deze modellen, die geworteld zijn in complexe systemen, maken het mogelijk om snel strategieën te testen. Digitale tweelingen bevorderen de ontdekking van geneesmiddelen in de gezondheidszorg, vooral in de oncologie en de hartgezondheid. Samenwerkingsverbanden zoals het Swedish Digital Twins Consortium benadrukken sectoroverschrijdende partnerschappen. AI-modellen die leren van gevarieerde gegevens zorgen voor realtime voorspellingen in de gezondheidszorg.

Uitdagingen van multimodale AI in de gezondheidszorg

Ondanks de vele voordelen en kansen is de implementatie van multimodale AI in de gezondheidszorg niet zonder uitdagingen. Enkele van de belangrijkste uitdagingen zijn

  • Beschikbaarheid van gegevens: Multimodale AI-modellen vereisen uitgebreide en gevarieerde datasets voor hun training en validatie. De beperkte toegankelijkheid van dergelijke datasets vormt een aanzienlijk obstakel voor multimodale AI in de gezondheidszorg.
  • Integratie en kwaliteit van gegevens: Het integreren van gegevens uit verschillende bronnen met behoud van een hoge gegevenskwaliteit kan complex zijn. Onnauwkeurigheden of inconsistenties in gegevens van verschillende modaliteiten kunnen de prestaties van AI-modellen belemmeren.
  • Privacy en beveiliging van gegevens: Het combineren van gegevens uit meerdere bronnen leidt tot zorgen over de privacy van patiënten en de beveiliging van gegevens. Naleving van regelgeving zoals HIPAA tijdens het delen en analyseren van gegevens is cruciaal.
  • Complexiteit en interpreteerbaarheid van modellen: Multimodale AI-modellen kunnen ingewikkeld zijn, waardoor het een uitdaging is om hun besluitvormingsprocessen te interpreteren. Transparante en verklaarbare modellen zijn essentieel om het vertrouwen van professionals in de gezondheidszorg te winnen.
  • Domeinexpertise: Het ontwikkelen van effectieve Multimodale AI-systemen vereist een grondige kennis van AI-technieken en kennis van het medische domein. Samenwerking tussen AI-experts en professionals in de gezondheidszorg is essentieel.
  • Ethische overwegingen: De ethische implicaties van AI in de gezondheidszorg, waaronder eerlijkheid, verantwoordingsplicht en vooringenomenheid, worden complexer wanneer er met meerdere gegevensbronnen wordt gewerkt.

Conclusie

Het integreren van verschillende informatiebronnen is cruciaal bij het nemen van beslissingen in de gezondheidszorg, maar de huidige AI-systemen richten zich vaak op enkelvoudige gegevenstypen.

Multimodale AI, die verschillende gegevensmodaliteiten integreert, zoals afbeeldingen, tekst en getallen, heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de gezondheidszorg. Het verbetert de diagnostische nauwkeurigheid, bevordert samenwerking en past zich aan nieuwe uitdagingen aan.

Multimodale AI biedt kansen zoals gepersonaliseerde precisiegezondheidszorg, digitale proeven en pandemische surveillance, maar staat ook voor uitdagingen zoals de beschikbaarheid van gegevens, integratie, privacyproblemen, de complexiteit van modellen en de behoefte aan domeinexpertise.

Multimodale AI-integratie kan de patiëntenzorg, het onderzoek en de voorspellende capaciteiten verbeteren en het zorglandschap een nieuwe vorm geven.

Gerelateerde begrippen

Dr. Tehseen Zia

Dr. Tehseen Zia heeft een doctoraat en meer dan 10 jaar postdoctorale onderzoekservaring in kunstmatige intelligentie (AI). Hij is Tenured Associate Professor, leidt AI-onderzoek aan de Comsats University Islamabad en is mede-hoofdonderzoeker in het National Center of Artificial Intelligence Pakistan. In het verleden werkte hij als onderzoeksadviseur aan het door de Europese Unie gefinancierde AI-project Dream4cars.