В ТПУ создают ПО для анализа результатов неинвазивной диагностики патологий сердца с помощью нейронных сетей

| 1066

Научный сотрудник Лаборатории дизайна медицинских изделий Томского политехнического университета Игорь Скирневский разрабатывает программное обеспечение для автоматизированного анализа результатов перфузионной сцинтиграфии миокарда — неинвазивного метода диагностики патологий сердца. Работа ведется совместно с сотрудниками НИИ кардиологии Томского НИМЦ. В результате проекта разработчик рассчитывает повысить точность диагностики порядка до 90 %.

Исследование «Разработка программного обеспечения на основе алгоритмов машинного обучения для создания системы помощи принятия решений при диагностики ишемической болезни сердца по данным перфузионной сцинтиграфии» поддержано грантом Фонда содействия инновациям «УМНИК-2018».

По словам разработчика, в настоящее время одним из общепринятых методов диагностики патологий сердца является инвазивная коронарография — исследование, предполагающее проведение эндоваскулярного вмешательства, что влечет за собой как дополнительные затраты для медицинского учреждения, так и определенную опасность для самого пациента. При этом существует неинвазивный способ диагностики сердечно-сосудистой системы — перфузионная сцинтиграфия. Исследование проводится при помощи высокотехнологичного оборудования — однофотонного эмиссионного компьютерного томографа (гамма-камеры) и введения в организм пациента радиофармпрепарата, при этом его количество рассчитывается таким образом, чтобы не оказывать вредного воздействия на организм человека. Пациент обследуется в состоянии покоя и при естественной или искусственной нагрузке. В результате исследования получают сцинтиграфическое изображение, изучив которое специалист может сделать вывод о наличии патологии, а также о степени риска развития осложнений и вариантах лечения. Сцинтиграфия получила широкое распространение в США, Европе и ряде других стран, но в России метод пока используется не столь широко.

Фото: данные, полученные с помощью перфузионной сцинтиграфии

«Да, золотым стандартом диагностики ИБС является инвазивная коронарография, но существуют другие методы исследований, не требующие инвазивного вмешательства, размещения больного в стационаре, затрат на подготовку и так далее. Перфузионная сцинтиграфия похожа на рентген — пациента помещают в специальную установку, проводят диагностику и отправляют домой. Такой метод позволяет определить патологию миокарда и делает это достаточно точно. Есть исследование зарубежных коллег, что в странах, где развито использование перфузионной сцинтиграфии, у больных, отправленных на дообследование с использованием инвазивных методов диагностики, результаты неинвазивных исследований в большинстве случаев подтверждаются. Кроме того, сейчас перфузионную сцинтиграфию хотят сделать стандартом. В нашей стране она входит в стандарты оказания помощи больным ИБС, однако не во всех клиниках есть высокотехнологичное оборудование. Но в томском НИИ кардиологии такие исследования проводятся на регулярной основе», — говорит Игорь Скирневский.

Добавим, разрабатываемое программное обеспечение относится к так называемому классу систем поддержки принятия решений (Decision Support System) и основана на компьютерном анализе изображений, использующем методы машинного обучения. Исследования будут вестись на основе деперсонализированной информации о реальных пациентах.

«В НИИ кардиологии нам предоставят данные об около 100 пациентах, прошедших перфузионную сцинтиграфию миокарда. Информация будет использоваться для обучения математических моделей — искусственных нейронных сетей. У нас будет около 10 тысяч двухмерных изображений, на которых будут выделены фрагменты с патологией, координаты и другие метаданные. Эта информация будет разделена на датасеты для обучения и валидации нейронной сети. Затем, используя новое изображение, сеть должна будет определить, есть патология или человек здоров»,

— поясняет политехник.

Отметим, в течение 2019 года Игорь Скирневский планирует заниматься разработкой модели нейронных сетей. Если результаты по точности будут неудовлетворительными — порядка 70 % — будут модифицироваться архитектуры нейронных сетей или предлагаться другие подходы к решению задачи. К концу года ученые рассчитывают разработать модель, которая будет показывать точность порядка 90 %. Задача второго года гранта — дообучение модели, изучение эффективности, получение обратной связи от НИИ кардиологии и доработка готового программного продукта.

«Существующее программное обеспечение, которое поставляется с аппаратными комплексами для перфузионной сцинтиграфии, решает немного другую задачу: выполняет постобработку (Post-processing), позволяя получить качественные, подсвеченные картинки, но их интерпретация — задача клинициста. Мы же хотим дать врачу еще одно "мнение", еще одну экспертную систему, которая скажет, что, например, в данном случае велика вероятность развития той или иной патологии.

Внедрение предлагаемого решения в клиническую практику позволит сократить число ошибок при постановке диагноза ишемическая болезнь сердца, снизить количество ошибочных показаний к проведению дорогостоящего операционного вмешательства, поможет провести оценку риска осложнений и эффективности лечения», — говорит политехник.