AI Mendeteksi Penyakit, Termasuk Kanker, Dari Nafas Manusia
- Jaringan neural konvolusional baru dapat menganalisis senyawa dalam napas manusia dan mendeteksi penyakit.
- Teknologi ini membuat seluruh proses menjadi cepat, lebih murah, dan lebih andal.
- Dapat digunakan dalam forensik, kedokteran, dan analisis lingkungan.
Kecerdasan buatan (AI) sedang menjadi perbincangan akhir-akhir ini. Pengembang mengintegrasikan AI ke dalam hampir semua hal:baik itu mengenali suara orang banyak, membuat kendaraan yang sepenuhnya otonom, mengonversi video ke kualitas tinggi, atau mengembangkan baterai atau bahan peledak yang lebih baik, AI telah membuktikan kemampuannya yang luar biasa di segala bidang.
Mulai sekarang, AI juga bisa mencium bau. Para peneliti di Universitas Edinburgh, Rumah Sakit Umum Barat, dan Universitas Loughborough telah membangun sistem berbasis pembelajaran mendalam yang dapat memeriksa senyawa dalam napas manusia dan mendeteksi penyakit, termasuk berbagai jenis kanker, dengan akurasi lebih baik dibandingkan manusia.
Nafas manusia pada umumnya membawa lebih dari 1.000 senyawa organik yang mudah menguap, yang merupakan produk dari proses metabolisme yang terjadi akibat pertukaran darah-gas di seluruh tubuh. Sampel napas terdiri dari beberapa informasi, yang menggambarkan kondisi patologis dan fisiologis, serta status kesehatan pasien.
Metode yang Ada Untuk Menganalisis Nafas
Selama beberapa dekade terakhir, para ilmuwan telah menggunakan mesin canggih untuk mendeteksi sejumlah kecil unsur dan senyawa di udara. Mesin ini memanfaatkan metode analisis kromatografi gas-spektrometri massa (GC-MS) untuk mengidentifikasi berbagai senyawa organik yang mudah menguap.
Mesin tersebut memisahkan setiap senyawa dalam sampel udara, dan menghancurkannya menjadi beberapa bagian. Kini setiap fragmen memiliki identitas unik sehingga senyawa tertentu dapat dikenali.
Kredit:James Gathany / Smithsonian
Grafik di atas menunjukkan tampilan 3D bagian sampel napas dari mesin GC-MS. Setiap puncak dikaitkan dengan fragmen molekul. Bahkan puncak terkecil pun memainkan peran penting dalam mengidentifikasi berbagai zat. Pola spesifik dari puncak tersebut mengungkapkan jenis penyakit yang mungkin diderita pasien, termasuk kanker pada tahap awal.
Saat ini mesin GC-MS digunakan dalam pendeteksian obat-obatan, pemeriksaan lingkungan, analisis bahan peledak, dan pendeteksian bahan yang tidak diketahui, termasuk sampel yang diperoleh dari planet Mars pada tahun 1970-an.
Namun, prosesnya mungkin membosankan dan memakan waktu. Sejumlah besar data kompleks perlu diperiksa secara manual oleh para spesialis. Terkadang, diperlukan waktu berhari-hari untuk menyelidiki satu sampel, dan karena manusia rentan terhadap kesalahan, mereka dapat melewatkan suatu zat atau salah mengira satu zat dengan zat lainnya.
Bagaimana AI Dapat Membantu?
Para peneliti telah mengusulkan penggunaan jaringan saraf konvolusional (CNN) untuk mengidentifikasi senyawa organik yang mudah menguap secara mandiri dari data mentah. Hal ini menghilangkan kebutuhan alur kerja prapemrosesan data yang memakan waktu dan padat karya.
Mereka mengumpulkan sampel napas dari pasien yang menjalani pengobatan kanker di Edinburgh Cancer Centre. Sampel ini kemudian diperiksa oleh 2 tim ilmuwan komputer dan ahli kimia.
Setelah mengidentifikasi senyawa secara manual, sampel ini dimasukkan ke jaringan pembelajaran mendalam. Komputasi jaringan neural dilakukan pada GPU NVIDIA Tesla menggunakan framework deep learning TensorFlow dan Keras.
Representasi sederhana dari keseluruhan proses | Kredit: James Gathany / Smithsonian
Untuk lebih meningkatkan efisiensi jaringan, para peneliti memperluas kumpulan data pelatihan asli menggunakan augmentasi data:CNN ditambah 100 kali lipat.
Referensi:Gerbang Penelitian | Smithsonianmag
Sistem memiliki performa terbaik bila dijalankan dengan 2 fitur spesifik:
- Filter 1D untuk beradaptasi dengan struktur data GC-MS tertentu.
- Input saluran 3D untuk membaca sinyal intensitas rendah, sedang, dan tinggi dari berbagai spektrum GC-MS.
Para peneliti berfokus pada mengidentifikasi serangkaian bahan kimia, yang disebut aldehida, yang sering kali menyebabkan wewangian, serta penyakit dan kondisi stres pada manusia.
Komputer yang terintegrasi dengan AI ini hanya membutuhkan waktu beberapa menit untuk mengidentifikasi sampel napas, yang jika tidak, akan memakan waktu berjam-jam. Secara keseluruhan, teknologi ini membuat seluruh proses menjadi cepat dan lebih murah, namun yang terpenting, teknologi ini membuat proses menjadi lebih andal.
Baca:Google Kembangkan AI yang Memprediksi Penyakit Jantung Dengan Memindai Mata Anda
Keakuratan jaringan dapat lebih ditingkatkan dengan melatihnya pada berbagai sampel. Selain itu, AI ini tidak terbatas pada senyawa spesifik apa pun:AI ini dapat digunakan dalam forensik, kedokteran, dan analisis lingkungan.
