Исследователи из Университета Джона Хопкинса хотят создать 3D-модель вашего сердца, чтобы предсказать опасную для жизни проблему до того, как она произойдет.
Произойдет ли у вас остановка сердца? Новая технология может предсказать, если и когда
Натали Сабин
26 апреля 2022 г. Смерть от COVID-19, возможно, привлекла больше внимания в последнее время, но сердечные заболевания остаются главной причиной смерти в США.
Более 300 000 американцев умрут в этом году от внезапной остановки сердца (также называемой внезапной сердечной смертью, или ВСС), когда сердце внезапно прекращает работу.
Эти события происходят внезапно и часто без предупреждения, что делает их практически невозможными для прогнозирования. Но ситуация может измениться благодаря технологии 3D-изображения и искусственного интеллекта (ИИ), изучаемой в Университете Джона Хопкинса.
Там исследователи работают над созданием более точных и персонализированных моделей сердца C, и не просто сердца, а вашего сердца, если у вас есть сердечные заболевания.
Сейчас врач может только сказать, находится ли пациент в группе риска или нет по внезапной смерти, говорит Дэн Попеску, доктор философии, научный сотрудник Университета Джона Хопкинса и первый автор нового исследования о способности ИИ предсказывать внезапную остановку сердца. С помощью этой новой технологии можно получить гораздо более тонкие прогнозы вероятности события с течением времени".
Другими словами: С помощью ИИ врачи смогут не только предсказывать, есть ли у человека риск внезапной остановки сердца, но и когда это событие наиболее вероятно. Они смогут сделать это, используя более четкий и персонализированный взгляд на электрическую проводку вашего сердца.
Ваше сердце - проводник
Ваше сердце - это не просто метроном, отвечающий за поддержание стабильного потока крови, поступающего к тканям с каждым ударом. Оно также является проводником, по которому течет жизненная энергия.
Чтобы заставить сердце биться, электрические импульсы проходят от верхней части органа к нижней. Здоровые клетки сердца передают электричество без помех. Но в сердце, поврежденном воспалением или перенесенным инфарктом, рубцовая ткань блокирует поток энергии.
Когда электрический импульс сталкивается с рубцовой тканью, сигнал может стать неустойчивым, нарушая заданный путь сверху вниз и вызывая нерегулярное сердцебиение (аритмию), что повышает риск внезапной сердечной смерти.
Видеть сердце в 3D
Современные исследования позволяют получить некоторые сведения о строении сердца. Например, магнитно-резонансная томография позволяет выявить поврежденные участки. ПЭТ-сканирование может показать воспаление. А ЭКГ позволяет регистрировать электрические сигналы сердца от удара к удару.
Но все эти технологии дают лишь моментальный снимок, показывая здоровье сердца в определенный момент времени. Они не могут предсказать будущее. Поэтому ученые из Университета Джона Хопкинса идут дальше и разрабатывают трехмерные цифровые копии сердца человека, известные как вычислительные модели сердца.
Вычислительные модели - это смоделированные на компьютере копии, в которых сочетаются математика, физика и информатика. Такие модели существуют уже давно и используются во многих областях, от производства до экономики.
В кардиологии эти модели заполняются цифровыми клетками, которые имитируют живые клетки и могут быть запрограммированы на различные электрические свойства в зависимости от того, здоровы они или больны.
Имеющиеся в настоящее время изображения и тесты (МРТ, ПЭТ, ЭКГ) дают некоторое представление о рубцевании, но вы не можете перевести это в то, что будет происходить со временем, говорит Наталья Траянова, доктор философии, сотрудник кафедры биомедицинской инженерии Университета Джона Хопкинса.
С помощью вычислительных моделей сердца мы создаем динамическое цифровое изображение сердца. Затем мы можем подать на цифровое изображение электрический стимул и оценить, как сердце способно реагировать. После этого можно лучше предсказать, что произойдет".
Компьютерные 3D-модели также означают более эффективное и точное лечение заболеваний сердца.
Например, распространенным методом лечения такого вида аритмии, как фибрилляция предсердий, является абляция, или выжигание некоторых тканей сердца. Абляция останавливает неустойчивые электрические импульсы, вызывающие аритмию, но она также может повредить здоровые клетки сердца.
Персонализированная вычислительная модель сердца может позволить врачам более точно определить, какие области следует и какие не следует лечить у конкретного пациента.
Использование искусственного интеллекта глубокого обучения для прогнозирования результатов лечения
Коллега Траяновой, Попеску, применяет глубокое обучение и искусственный интеллект, чтобы сделать больше с компьютерными моделями сердца для прогнозирования будущего.
В недавней статье в журнале Nature Cardiovascular Research исследовательская группа показала, что их алгоритм оценил состояние здоровья 269 пациентов и смог предсказать вероятность внезапной остановки сердца на 10 лет вперед.
Это действительно первый случай, насколько нам известно, когда технология глубокого обучения успешно анализирует рубцовые изменения в сердце, говорит Попеску.
Попеску и Траянова говорят, что алгоритм искусственного интеллекта собирает информацию из трехмерных вычислительных моделей сердца с данными пациента, такими как МРТ, этническая принадлежность, возраст, образ жизни и другая клиническая информация. Анализируя все эти данные, можно получить точные и последовательные оценки того, как долго пациенты могут прожить, если они находятся в группе риска по внезапной смерти.
Вы не можете позволить себе ошибиться. Если вы ошибетесь, вы можете существенно повлиять на качество жизни пациента, - говорит Попеску. Использование клиницистами этой технологии в процессе принятия решений обеспечит уверенность в лучшем диагнозе и прогнозе".
Хотя в данном исследовании речь шла о пациентах с определенным типом сердечных заболеваний, Попеску говорит, что его алгоритм может быть обучен для оценки других состояний здоровья.
Так когда же можно увидеть использование этого алгоритма за пределами научных исследований? По прогнозам Траяновой, 3D-изображение моделей сердца может стать доступным через 2 года, но сначала метод должен быть протестирован в клинических испытаниях, некоторые из которых проводятся уже сейчас.
Добавление искусственного интеллекта к моделям сердца потребует дополнительных исследований и одобрения FDA, поэтому сроки менее ясны. Но, возможно, самое большое препятствие заключается в том, что после утверждения эти технологии должны быть приняты и использованы врачами и обслуживающим персоналом.
Гораздо сложнее ответить на вопрос: "Когда врачи будут чувствовать себя вполне комфортно с инструментами ИИ? И я не знаю ответа, говорит Попеску. Как использовать ИИ в качестве помощника в процессе принятия решений - это то, чему сейчас не учат.
