Ето как един „начинаещ“ програмист с помощта на 50 броя Nvidia Geforce 1080Ti се бори с рака

„Ето така трябва да работи един истински програмист!“.

„Тази технология е страхотна и наистина може да спасява хората!“.

„В сравнение с него моят код изглежда груб, безсмислен и безполезен“.

Такива са почти всички коментари в китайския форум V2EX, който е и популярен сайт за програмисти.

На пръв поглед изглежда, че тези похвали са твърде пресилени. Само че са изказани от хора, чиято навременна диагноза е спасила живота на някой техен близък. Те изобщо не са преувеличени.

Всичко започва на 13-ти юни 2018-та година, когато програмист с никнейм coolwulf отваря нова тема в същия форум относно своя проект. Потребителите бяха помолени просто да качат своите рентгенови снимки на сайта, така че ИИ да може бързо да диагностицира потенциален рак на гърдата. Сървърът работи напълно безплатно и автоматично обработва качените изображения.

При това точността на разпознаване е на ниво сериозните 90%, което е почти сравнимо с професионалната диагностика.

Добре известно е, че ракът на гърдата се лекува добре на ранен стадий. За съжаление, ранните симптоми не са очевидни, така че е доста лесно да бъдат пропуснати. Ако болестта бъде забелязана твърде късно, тя може да завърши печално.

Надеждният и публично достъпен ИИ за диагностика на тумори от подобен род е изключително полезен за огромен брой хора, които поради едни или други причини нямат възможност навреме да посетят необходимия специалист. Възможно е в региона просто да няма квалифицирани лекари. А може причините да са чисто финансови. Но е изключително важно хората навреме да бъдат информирани за състоянието си или да получат второ мнение за сравнение. Дори ако в крайна сметка е необходим лекар за потвърждаване на диагнозата, една компютърна платформа от подобен вид е безценна в редица страни, където медицинските ресурси са ограничени.

Между другото, ракът на гърдата е най-често срещаният от всички видове рак.

Още първата публикация на Coolwulf веднага получава стотици коментари. Пациенти, които с нетърпение очакват официалните резултати от своите тестове и анализи искат да видят какъв ще е отговорът.

Оказа се, че някои от участниците във форума имат роднини с това заболяване, които много се притесняват и страхуват. Проектът на coolwulf им вдъхна надежда.

Със скочилата до небето популярност на форума хората започнаха да се питат каква точно е тази ИИ система и кой е нейният създател?. Откъде идват огромните масиви клинични данни и солидните ресурси? И най-важното, кой стои зад това, кой е готов да споделя огромна изчислителна мощност съвсем безплатно?

Coolwulf не отговори и остави отворени зададените му въпроси без отговор и малко по-късно това напусна форума. След това се появяваше само от време на време. Едва през 2022 година той се завърна и анонсира нов, още по-важен проект за диагностициране на рак на мозъка. Тайната на неговата самоличност обаче остана неразкрита.

За да разкрием самоличността на героя, се свързахме с него му отидохме на гости. Оказа се, че coolwulf живее в Средния запад на САЩ, а истинското му име е Хао Дзян (姜浩). Той е вдясно на снимката.

Ние (Howard’s Newslettel) проведохме няколко разговора с него и сега с удоволствие разказваме неговата история.

Хао завършва катедрата по физика на университета в Нанкин (Китай), а след това получава докторска степен от Факултета по ядрено инженерство и радиологични науки на университета в Мичиган (САЩ). Той съвсем кратко и лаконично оценява кариерата си:

„Основната ми професия е свързана с визуализацията на медицински данни, а в свободното си време се занимавам с проекти с отворен код“.

Той сподели, че родителите му не са лекари, а интересът към програмирането се е появил в детството. В училище той програмирал в свободното си време. Тогава е нямало GitHub и Хао започва да публикува аматьорски проекти в общности като Sourceforge.net или в личния си уебсайт.

Към 2001 година той участва в един от проектите с отворен код на Mozilla. Тогава Mozilla имаше паралелни проекти за разработване на два браузъра, базирани на енджина Gecko, а самият той е допринесъл за развитието на браузъра K-Meleon, който преди време бе много популярен в Китай.

Друг проект, с кодово име Pheonix, стана предшественикът на вече популярния браузър Firefox. Преди повече от десетилетие Хао не е дал какъвто и да било коментар пред списание PCHome във връзка с този проект, въпреки, че явно е имал какво да каже.

През 2009 година той стартира уеб сайта Exp Deal Hote за правене на резервации в евтините хотели. Този сайт е много полезен за чуждестранните студенти, пристигнали в САЩ. Интересно е, че всичко това coolwulf прави в свободното си време.

След като завършва Университета на Мичиган, той работи като директор на изследванията и разработките на Bruker и Siemens, водещи компании в разработването на продукти в областта на рентгеновите детектори. По-долу е показан един от продуктите: детекторът Bruker Photon III.

Тогава той и неговият колега Weiguo Lu, сега професор в Тексаския университет, основават две компании, разработващи софтуер и продукти за лъчетерапия на рака и технологии, включващи алгоритми с елементи на изкуствен интелект.

И така, след като основава две компании, той най-накрая може да си позволи да напусне науката и да стане предприемач. Но следващото събитие става повратна точка в съдбата на учения, сближавайки го с хиляди други семейства и животи.

Едва на 34 (!) години неговата приятелка, завършила университета в Нанкин, почива от рак. Тя пропуска ранната диагноза и оставя след себе си четиригодишен син (на снимката със съпруга и детето си).

Coolwulf трудно понася това. Той става свидетел на живот и смърт, както и на семейства, унищожени от тази болест. В същото време той научава, че много пациенти с рак на гърдата често нямат достъп до необходимата диагностика, която лесно би могла да предотврати фаталния изход.

Така се ражда идеята за използването на конволюционна мрежа (CNN) за обработка на рентгеновите снимки. Въпреки че специалистът има известен опит в рентгенографията, автоматичното откриване на злокачествени образувания се оказва трудно.

Първата му работа е да изтегли наборите от данни DDSM и MIAS от Университета на Флорида. Форматът е стар и не отговаря на стандарта на Dicom, а изображенията са просто сканирани изображения на филми с рентгенови снимки. Трябвало е, преди да започне да работи по своя проект, да напише конвертор, който да преобразува информацията в използваема форма.

След това той подава заявка за достъп до базите данни InBreast със снимки на рак на гърдата, която не е публичен ресурс и принадлежи на Университета в Барселона.

В същото време coolwulf продължи да усвоява огромно количество специализирана литература и да пише кода за съответния CNN модел.

Полученият набор от данни обаче се оказва достатъчен. Ефективното обучение на модела изисква огромна изчислителна мощност. И така coolwulf решава да купи GPU клъстър, съставен от 50 видеокарти Nvidia GTX 1080 Ti, които плаща от собствения си джоб и ги инсталира в своя домашен офиса.

По това време намирането на петдесет мощни графични карти съвсем не е лесно. Поради масовия добив на криптовалути графичните процесори са дефицитни и се продават на твърде завишени цени в eBay и другите интернет магазини. Затова coolwulf помолил своите приятели да му помогнат с покупката. Всички те започват непрекъснато да проверяват онлайн магазините като Newegg/Amazon/Dell, за да резервират необходимите видеокарти веднага щом станат достъпни. След много усилия той най-накрая завърши изграждането на своя клъстър,

Сглобяването на мощния клъстър отнема три месеца свободно време, като системата окончателно е готова през 2018-та година. Именно тогава той публикува съобщението във форума.

Хао Дзян не знае колко хора са използвали услугата, тъй като данните не се съхраняват на сървъра от съображения за поверителност. Но през това време той получава огромен брой благодарствени писма от пациенти, много от които са от Китай. Голям брой потребители споделят, че всъщност са използвали сайта, за да проверят за тумори на свои роднини, живеещи в отдалечени райони с ограничени медицински ресурси. Това е равносилно на това да дадете на хората още много години живот.

Но така или иначе, в крайна сметка Coolwulf плаща целия проект от собствения си джоб, който струва наистина много пари.

Попитахме програмиста защо не прави пари от своя проекта. Отговорът бе недвусмислен:

„Раковоболните и техните семейства са преживели твърде много. Сигурен съм, че всеки иска да им помогне. Аз имах възможността да го направя.“

В резултат от това Coolwulf не така и не прима никаква финансова помощ и прави всичко съвсем сам.

В допълнение към сайта излезе и десктоп версия на програмата:

През 2021 година настъпва друг повратен момент в живота на учения. Братовчедът на негов колега е диагностициран с мозъчен тумор, който не изглежда добре. Предписана е лъчева терапия на целия мозък. За съжаление няколко месеца след терапията туморът се завръща. Човекът е нямало е какво да прави, освен да чака смъртта.

Облъчването на главния мозък е терапия, която елиминира тумора върху голяма площ с помощта на радиация. Облъчването унищожава не само самите ракови клетки, но и уврежда нормалната мозъчна тъкан.

Това е и причината тази процедура обикновено да се извършва само веднъж в живота, като се има предвид ефекта на радиацията върху критичните мозъчни  структури: мозъчния ствол, зрителните нерви и т.н.

След този инцидент Coolwulf напълно променя насоките на своите изследвания и решава да усъвършенства създадения от него ИИ, и да го използва не само в диагностиката, но и в лечението на рака.

Има и друг вид лечение – стереотактична радиохирургия (SRS), при която голяма доза радиация се насочва към една точно определена фракция. В сравнение с мозъчната радиация, SRS е по-целенасочена и може по-точно да отстрани болната тъкан, без да навреди на нормалната мозъчна тъкан.

В научната общност съществува консенсус, че SRS осигурява на пациентите по-добро качество на живот и в същото време е по-ефективна от облъчването на целия мозък. Единственият проблем е, че SRS не е така достъпна. Това се дължи на сложността на процедурата.

След като SRS протоколът бъде приет, онкологът или неврохирургът трябва точно да очертае и маркира всеки тумор. След това медицинският физик трябва да изготви точен план за лечението за всеки тумор. Спасяването на един пациент отнема доста време, а медицинският ресурс не е неограничен.

Така че, ако пациентът има пет или повече мозъчни лезии, лекарите почти винаги насочват пациента за облъчване на целия главен мозък.

Изкуственият интелект може значително да намали натоварването на лекарите. Coolwulf се ангажира да направи SRS методът достъпен за колкото се може повече пациенти.

Този път задачата е много по-трудна. Той вече няма как да се справи сам и се обърна към Югозападния медицински център на Тексаския университет и Станфордския университет с предложение за сътрудничество.

В резултат от съвместната работа са разработени следните три модела ИИ:

• Модел за автоматично намиране и маркиране на мозъчните метастази
• Модел, базиран на SVM микс за бързо намаляване на броя на фалшивите сигнали
• Модел, базиран на оптимизирани карти на дозата на радиация за бързо разделяне на множество лезии, които ще се лекуват по различен начин

Този проект беше представен на пролетната научна конференция 2022 AAPM Spring Clinical и бе избран за годишната конференция на 2022 AAPM Annual Meeting. ИИ системата бе призната от цялата медицинска общност.

През последните три десетилетия смъртните случаи от рак са намалели с 30%. С тази скорост е напълно възможно в близкото бъдеще ракът вече да не е нелечимо заболяване.

Историята е интересна с това, че coolwulf вместо да сглоби риг от мощни видеокарти и да си направи цифрова ферма за добив на криптовалута, предпочита да създаде клъстър с много голяма изчислителна мощност, застанал в основата на силен изкуствен интелект, който спасява човешки животи.