Een medisch vraag en antwoord spel

Kan een computer helpen bij het zoeken naar de beste oncologiebehandeling voor een patiënt, of naar welk type medicatie het meest effectief is bij een bepaalde ziekte? Technologiebedrijf IBM werkt aan Watson, een supercomputer die kan helpen bij het oplossen van complexe vragen. Sinds 2013 wordt de computertechnologie ingezet in een aantal Amerikaanse ziekenhuizen, in Thailand en in Europa. TrendITion spreekt met Nicky Hekster, Technical Leader Healthcare & Life Sciences en Watson-ambassadeur, over de potentie van IBM Watson voor de medische wetenschap.

“Watson is een computer die jou helpt bij het oplossen van complexe vraagstukken”, legt Hekster uit. “Het is een expertsysteem, gebaseerd op kunstmatige intelligentie, dat als hulpmiddel kan dienen voor patiënten en artsen. Watson kan in een vraag en antwoord spel kennis over een bepaald onderwerp heel snel en met hoge betrouwbaarheid terug te geven, alsof je met een mens of een robot aan het praten bent.”

In de vorige eeuw hield IBM zich al bezig met expertsystemen, als eerste voorzichtige stap op het gebied van kunstmatige intelligentie. Tientallen jaren later, in 2010, heeft de technologie een dusdanige vlucht genomen dat IBM met de eerste versie van het systeem Watson op de markt komt. Watson doet mee aan een spelshow genaamd Jeopardy!, en wint van de beste menselijke deelnemers. Wanneer de computer

een vraag wordt gesteld, kan Watson met een zoektocht door encyclopedieën, boeken, wetenschappelijke artikelen, tijdschriften en gedownloade websites – vaak binnen enkele seconden – een goed antwoord op die vraag geven. Ook de betrouwbaarheid van de antwoorden wordt afgewogen: op basis daarvan besluit Watson of een antwoord betrouwbaar genoeg is om te geven. Voor de medische wetenschap betekent het dat Watson antwoord kan geven op vragen als ‘wat is voor deze patiënt de beste behandeling’, en ‘welke medicatie is voor dit type kanker het meest effectief’. “Watson is een technologie die gebruik kan maken van alle collectieve kennis die er is over een bepaald onderwerp”, aldus Hekster.

Kunstmatige intelligentie

Hekster begon in 1987 met werken bij IBM, na een promotie in wiskunde aan de Universiteit van Amsterdam. De belofte van kunstmatige intelligentie bestond toen al. "Al lang voordat ik begon bij IBM waren er hoge verwachtingen van kunstmatige intelligentie, maar de computertechniek was nog niet zo ver doorontwikkeld.”

Inmiddels leven we in een wereld van smartphones, computers als Watson en Google’s zelfbesturende auto’s. “Nu, zo’n veertig, vijftig jaar later, is de technologie enorm opgeschoven en is er een revival in kunstmatige intelligentie. Maar de ideeën grijpen al veel verder terug. In de vorige eeuw zijn al boeken vol geschreven over de toekomst van interactie tussen mens en machine en kunstmatige intelligentie”, aldus Hekster.

IBM Watson (foto: Wikipedia)

Ook IBM Watson – vernoemd naar IBM-oprichter Thomas J. Watson – is uitgegroeid van experiment tot een product met internationale klanten. Een aantal technologische ontwikkelingen liggen daaraan ten grondslag. De beschikbaarheid van digitale denkkracht die nodig is voor computer is exponentieel toegenomen. Zo heeft de huidige generatie smartphones meer rekencapaciteit dan de supercomputers waarmee complete academische researchcentra werkten in de vorige eeuw. Bovendien zijn er in de afgelopen jaren veel meer digitale databronnen bijgekomen om te ontsluiten. En natuurlijk zijn technologieën als cloud en het Internet drivers van een systeem als Watson.

Ongestructureerde data

IBM’s technologie wordt niet alleen ingezet in de medische sector als Dr. Watson. Het systeem wordt ook in financiële sector gebruikt, in het onderwijs en zelfs in speelgoed, in de vorm van een dinosaurus die met kinderen interactie aangaat, vertelt Hekster. Wat de medische sector volgens hem bijzonder geschikt maakt voor de inzet van Watson is de enorme hoeveelheid ongestructureerde data. Ongestructureerde data zijn medische verslagen, documenten, brieven en e-mails, en alle teksten die zorgverleners opschrijven. "Van nature zijn artsen geneigd om veel te schrijven, op papier of in de vrije ruimte van een elektronisch patiëntendossier. In deze ongestructureerde tekst zit heel veel informatie.” Daarnaast produceert de medische sector dagelijks ook enorm veel data, in de vorm van patiëntendossiers, scans, brieven en e-mails.

In 2013 begint IBM, samen met een aantal Amerikaanse zorginstellingen en universiteiten, met een cloudservice voor het faciliteren van de Watson technologie. Een ziekenhuis of kliniek kan Watson inzetten als ondersteuning van oncologische zorg. “Kanker is, op hartziektes na, de grootste ziekte in Amerika. We zijn een partnerschap aangegaan met het Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, het grootste en meest gerenommeerde oncologie-instituut van de Verenigde Staten. Memorial Sloan-Kettering heeft duizenden patiënten en ziekenhuisbedden. Zij hebben meer dan duizend artsen bereid gevonden om Watson te trainen.” Memorial Sloan-Kettering wordt een strategische partner, en een training site om IBM Watson op expertniveau te brengen en verder te ontwikkelen. “We gebruiken het bijvoorbeeld om de kankersoorten, borst-, long- en colorectaal, waarvan alle kennis reeds in het datacorpus van Watson is opgenomen, uit te breiden met andere vormen van de ziekte. Zorgprofessionals van Memorial Sloan-Kettering trainen het systeem, maar Watson wordt ook gebruikt om artsen in opleiding te onderwijzen.” Naast Memorial Sloan-Kettering wordt de Watson ook ingezet bij het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas, en de Mayo Clinic.

IBM Watson (foto: IBM)

De ingevoerde medische gegevens van patiënten worden gecombineerd met informatie van miljoenen pagina’s medische tijdschriften, tekstboeken en behandelrichtlijnen. “Geen enkel mens is in staat om die enorme hoeveelheid informatie te doorzoeken. Uit onderzoeken blijkt dat een arts hooguit vijf uur per maand de tijd heeft om zijn kennis bij te spijkeren. Een heel groot deel van de artsen komt daar niet aan. Hoe kun je als arts je kennisniveau bijhouden, met honderdduizenden geneeskundige artikelen in jouw vakgebied en in aanpalende disciplines? Watson is een hulpmiddel om kennisdomeinen bij elkaar te brengen en te combineren, en om op basis van wetenschappelijk onderzoek, en met een bepaalde waarschijnlijkheid, te ondersteunen bij behandelplannen.”

Taal

De computertechnologie die bij Memorial Sloan-Kettering wordt ingezet noemt Hekster cognitief, de machine die appelleert aan menselijke redeneren, taal en kennisrepresentatie. “Een computer als Watson maakt gebruik van natural language processing. Iedere taal kent een eigen opbouw, vocabulaire en systeem, en die is voor elke taal uniek. Omdat talen zo specifiek en cultureel gebonden zijn, kun je geen twee talen mixen in Watson. Het systeem is nu op het Engels geprogrammeerd.”

Watson wordt bij Amerikaanse onderzoeksinstellingen en ziekenhuizen getest. Ook in Thailand is er een ziekenhuis dat de computertechnologie heeft gekocht. “Het Bumrungrad International Hospital heeft de content overgenomen van Memorial Sloan-Kettering en verrijkt met hun eigen informatie”, vertelt Hekster. “Ook in Europa zijn we bezig, vooral met ziekenhuizen die veel Engelstalige literatuur en onderzoeken gebruiken. Maar omdat Watson in het Engels geprogrammeerd is missen die ziekenhuizen de eigen casuïstiek: een Frans ziekenhuis kan nog geen data in het Frans toevoegen.”

Doorontwikkeling

Ziekenhuizen betalen een jaarlijkse fee voor het gebruik van Watson. Ook investeert een ziekenhuis zelf in het systeem, bijvoorbeeld door databronnen beschikbaar te maken voor Watson. Daar zijn artsen voor nodig. “De fee kan oplopen op tot enkele miljoenen dollar per jaar voor het gebruik en onderhoud van het platform. Klanten betalen op jaarbasis, IBM blijft het systeem doorontwikkelen. Dat is een hoop geld, maar als je kijkt naar de kosten die met de zorg gemoeid zijn, en de mogelijkheden die Watson biedt om zorg persoonlijker en beter te maken, en de patiënt betere opties te geven, dan is het bedrag wat wij er voor vragen niet zo hoog”, zegt Hekster. In vergelijking met grote Amerikaanse ziekenhuizen geeft hij aan dat de fee voor een Nederlands ziekenhuis aan de hoge kant is, maar dat een ziekenhuis ook met een deel van de technologie aan de slag kan.

Het is namelijk ook mogelijk om onderdelen van Watson te gebruiken. “Met het Universitair Medisch Centrum Groningen hebben we bijvoorbeeld een project gedaan met hoofd- en halskanker. Daar bestond het vermoeden dat het geven van een behandeling sterk afhankelijk was van comorbiditeit, eerdere ziektes of behandelingen. In Groningen is Watson Content Analytics ingezet. Met die technologie kun je van ongestructureerde data – zoals ontslagbrieven, medicatiehistories en behandelprotocollen – kennis ophalen en verbanden aantonen waarvan artsen vermoedden dat die bestonden.” Watson Content Analytics is inmiddels in dertig talen beschikbaar, waaronder Nederlands, Frans en Duits, en ligt qua investering een stuk lager dan een “volledige” Watson.

Klinische onderzoeken

Een ander voorbeeld van Watson-technologie is GenieMD, een Amerikaanse app voor zorgconsumenten, waarmee je medische vragen kunt stellen en een antwoord krijgt. “Dat antwoord is gebaseerd op databronnen als de databases van medische uitgevers, Harvard Medical School en openbare websites als cancer.gov en UpToDate.com. De waarheidsgetrouwheid van die informatie is gevalideerd, omdat de informatiebronnen van medische uitgeverijen en beroepsgroepen afkomstig is”, aldus Hekster.

Nog een voorbeeld: Watson for Clinical Trail Matching. “Er worden ontzettend veel medische onderzoeken uitgevoerd. Zelfs voor artsen is het lastig om al die onderzoeken bij te houden. Als arts of onderzoeker wil je wel zo goed mogelijk op de hoogte zijn, om je eigen onderzoeksvragen goed te kunnen formuleren of om nieuwe uitkomsten vinden, die belangrijk zijn voor jouw vakgebied of voor je patiënten. Daarom ontwikkelden we Watson for Clinical Trail Matching, waarmee patiënt en arts beter geholpen worden.”

Toepassingen van IBM Watson voor medische wetenschap

Een alleswetende Watson?

Wat is de toekomst van de computer? Bestaat er straks een digitaal medisch handboek waar iedere arts en arts in opleiding op kan vertrouwen? “Je kunt niet de totale geneeskunde in Watson stoppen. Ook zal er geen alleswetende Watson voor de wereld komen”, legt Hekster uit. “Er zullen verschillende systemen voor verschillende instituten of specialismen ontstaan. Wij leveren het platform voor een klant. Natuurlijk zou het mooi zijn om data wel te bundelen.” 

Zijn droom is dat alle oncologische data van Nederland aan Watson toegevoegd kunnen worden. Maar de realiteit is dat ons huidige zorgsysteem een aantal perverse prikkels kent die dat tegenwerken. “Data wordt niet vrijgegeven totdat er over gepubliceerd is of nieuw onderzoeksgeld wordt binnengehaald. Ziekenhuizen en onderzoeksgroepen willen data niet openbaar maken, omdat die gebruikt worden voor wetenschappelijke publicaties en de PubMed score van artsen en onderzoekers omhoog moet.”

Wel is er volgens hem een kentering gaande, met initiatieven als het in 2014 gestarte Cancer Core Europe. “In dat onderzoeksconsortium zitten onder meer het Netherlands Cancer Institute, en gerenommeerde instituten uit Heidelberg en Parijs. De overtuiging is: we kunnen alleen de wetenschap vooruit helpen als we data onderling uitwisselen en delen, in het Engels. Voor zo’n onderzoeksconsortium kan Watson een grote stap voorwaarts zijn om snel door artikelen en wetenschappelijke publicatie te lopen en daarmee richtlijnen aan te kunnen passen.”

Doneer je data

Door Watson in te zetten om steeds complexere verbanden in steeds grotere hoeveelheden data te ontdekken zullen ziekenhuizen ook transparant moeten zijn over hun onderzoek, meent hij. “Je zult patiënten of burgers moeten vertellen wat er gebeurt met hun data, bijvoorbeeld dat ze hebben meegeholpen aan onderzoek naar borstkanker, of wat hun bijdrage uiteindelijk heeft opgeleverd. Mensen zijn ook gewend om bloed te doneren. Maar als het gaat om informatie over een medische aandoening, en wanneer je niet weet wat er met die informatie gebeurt, ben je huiverig om dat te delen. Kortom, ziekenhuizen en zorginstellingen kunnen data niet te gelde maken zonder dat een patiënt daar iets voor terug krijgt.”

Meer lezen?

Wie leidt de arts van 2020 op?

De arts van de toekomst data-analist?