Израильские и российские ученые разработали улучшенный метод кардиодиагностики

Новая технология автоматически анализирует результаты ЭКГ на основе расширенных нейронных сетей.

Исследователи Техниона - Израильского технологического института  - совместно с российскими коллегами разработали технологию для точной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, основанную на рутинной электрокардиографии. 

Ученые также создали базу данных и аналитические инструменты, споосбные быстро и с беспрецедентной точностью предоставить медикам автоматическую диагностику комбинации восьми распространенных типов сердечных заболеваний.

Исследование, опубликованное в Nature Research's Scientific Reports, возглавляли профессор Яэль Янив, директор лаборатории биоэлектрических и биоэнергетических систем факультета биомедицинской инженерии Техниона, проф. Ассаф Шустер, сопредседатель Центра машинного обучения и умных систем (MLIS) Техниона и докторант Вадим Глинер с факультета компьютерных наук. Партнерами в исследовании были Владимир Марков, заведующий лабораторией системного программирования Новгородского университета, и Арутюн Аветисян, директор Института системного программирования РАН в Москве.

Электрокардиография (ЭКГ) - это наиболее часто используемая технология диагностики изменений сердечной деятельности. Впервые она была продемонстрирован еще в 1903 году, и в 1924 году ее изобретатель Виллем Эйнтховен получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине. В отличие от первого электрокардиографического аппарата, который весил более 250 килограммов, современные аппараты ЭКГ - это легкие мобильные устройства, которые быстро и точно предоставляют данные о состоянии сердца, включая аритмию и другие нарушения. Проверка проходит без вторжения в организм пациента и измеряет электрические сигналы, генерируемые тканью сердечной мышцы, с помощью 12 электродов, прикрепляемых на кожу, что дает возможность делать замеры под 12 разными углами. Благодаря относительной простоте и невысокой стоимости проверки ЭКГ доступны сегодня даже в небольших клиниках на удаленной периферии.

Однако, несмотря на значительное развитие технологии ЭКГ и ее миниатюризацию, сам метод интерпретации ее результатов практически не изменился. Эта задача возложена на врача-кардиолога, который читает кардиограмму и делает свои выводы. Разумеется, этот метод в значительной степени субъективен, и разные кардиологи могут прийти к разным клиническим выводам на основе одной и той же распечатки ЭКГ.

Данное "узкое место" столь распространненого метода диагностики давно беспокоило исследователей по всему миру. Попытки автоматизировать интерпретацию ЭКГ начались еще в 1957 году, в основном в диагностике фибрилляции желудочков, но они не дали каких-либо эффективных результатов. Даже внедрение искусственного интеллекта до сих пор дало возможность анализа только одной распечатки за цикл, не гарантируя при этом высокого уровня точности. Это значит, что риск неверной диагностики критического порока сердца сохраняется до сих пор.

Именно поэтому технология, разработанная исследователями Техниона и их российскими коллегами, имеет такое большое значение. Новая методика продемонстрировала беспрецедентную до сих пор точность в интерпретации многочисленных результатов ЭКГ и одновременно - способность диагностировать целый ряд сердечных заболеваний. Технология автоматически анализирует результаты ЭКГ (или сканированные изображения сигналов) на основе расширенных нейронных сетей - одного из самых эффективных инструментов в мире искусственного интеллекта. Эти сети изучают различные повторяющиеся элементы в массивах данных, обучаясь на многочисленных выборках. Система, разработанная израильско-российской исследовательской группой , была обучена более чем 40 тысячам стандартных записей ЭКГ, взятых у более чем 6800 пациентов в 11 больницах.

Десятки тысяч записей были просмотрены и интерпретированы кардиологами, которые классифицировали их по девяти различным категориям - нормальная функция сердца и восемь клинических нарушений. Новая система продемонстрировала 96-процентную среднюю точность диагностики различных состояний по сравнению с максимумом в 80% среди доступных в настоящее время алгоритмов. Более того - новая система отслеживает все клинические состояния более точно, чем ее предшественники - например, фибрилляция желудочков была диагностирована с точностью 98% по сравнению с нынешними 92%. Блокада левой ножки пучка Гиса (блокировка электрических импульсов в левый желудочек сердца) - была диагностирована с точностью в 100% по сравнению с нынешними 85%. Нормальная функция сердца была диагностирована с точностью 96% (82% среди сегодняшних алгоритмов).

Это достижение открывает путь к раннему выявлению сердечных заболеваний, в том числе даже с использованием фотографий записи ЭКГ на смартфоне. Исследователи подчеркивают, что система не заменяет врача, а скорее предоставляет дополнительное «второе мнение» и способна обнаружить проблемы, которые человек - вне зависимости от уровня профессионализма - может пропустить.

База данных, разработанная исследователями Техниона, выполнена как открытое программное обеспечение на благо врачей и других пользователей. Исследование осуществлялось при поддержке министерства науки и технологий Израиля, Российского фонда (РФФИ) и фонда "Яд ха-Надив".

Источник: MFA
Фото: Технион