Красноярские ученые придумали, как использовать искусственный интеллект для более точного определения площади поражения легкого коронавирусом и даже прогнозировать возможные осложнения. Это позволит врачам быстро назначать больному необходимую терапию и реабилитировать его после перенесенного ковида. 

Точность в несколько раз выше​  

Анжелика Кенц – врач-рентгенолог рентгенологического отделения Сибирского научно-клинического центра ФМБА России. С начала пандемии коронавируса делает компьютерную томографию больным. Говорит, именно в процессе этой работы и возникла у нее идея поставить искусственному интеллекту новую задачу и провести исследование. 


 
Бригада медиков в Еруде
– Летом прошлого года я поехала в Еруду в мобильный госпиталь, – рассказывает Анжелика Кенц. – Была необходимость во враче, который мог бы описать изображение КТ местных пациентов. Мне стало интересно – насколько возможно применять искусственный интеллект для дистанционного анализа и скринингового исследования без участия врача.​
Пока о замене человека компьютером речи не идет. Врач-рентгенолог Сибирского научно-клинического центра взялась обучить искусственный интеллект более оперативно диагностировать поражения легкого пациента, вызванные COVID-19, а также дифференцировать оценку их тяжести.
– Искусственный интеллект выявляет характеристики поражения, которые не может увидеть врач без математических алгоритмов, – поясняет исследователь. – Это поддержка доктору в принятии решения. Только представьте: за одно исследование коронавирусного пациента делается более 400 снимков. Врач получает большое количество данных и, по сути, определяет площадь поражения легкого субъективно, на глаз. А наше исследование позволит в несколько раз увеличить точность постановки диагноза.​
Какова площадь «матового стекла» 

Компьютерная томография легкого – один из ключевых элементов ранней диагностики коронавируса. На полученных изображениях врач может увидеть разную картину. Характерные признаки поражения COVID-19 – так называемое «матовое стекло» – множественное помутнение на рентгеновском снимке, а также утолщение стенок сосудов и периферическое распределение очагов. При масштабном поражении легкого у пациента развивается дыхательная недостаточность, тогда для его жизнеобеспечения используют аппараты искусственной вентиляции легких. 

А основная цель диагностического исследования Анжелики Кенц – выявление и наблюдение патологических изменений на ранних стадиях развития пневмонии от COVID-19. А здесь очень важен анализ и описание изображений с максимально точной оценкой показателей. 

– При анализе компьютерных томографий важно до начала описания получить клиническую информацию об истории заболевания и состояния пациента от лечащего врача, – поясняет врач-рентгенолог. – В рентгенологическом заключении приводится оценка возможной связи выявленных изменений с COVID-19 и объем поражения легких. Именно для этого проводится наше исследование. 

В сущности, у нас появилась возможность не только оценить площадь поражения легких, но и при изучении показателей прогнозировать исход. А в дальнейшем, при расширении и улучшении процессов обработки изображений, также можно существенно ускорить процесс диагностики по медицинским снимкам, сделать его более точным и объективным. И все это благодаря разработанному программному и информационному обеспечению.
А будут ли изменения? 


 
 
Подобные алгоритмические приложения уже разрабатываются в мире, в частности, в Китае. Но красноярские ученые используют другие методы обсчета и свою базу данных. 

Важной частью ведущихся исследований стала современная компьютерная технология обработки изображений – радиомика. Это новое направление, которое сочетает в себе преимущества методов экспертной визуализации и Data science. Лежит оно на стыке радиологии, компьютерных наук и математической статистики. Как говорят специалисты, медицинские изображения содержат недоступные для невооруженных глаз сведения. Эту «скрытую» информацию можно извлечь, если к полученным изображениям применить ряд математических преобразований. 

На основе этой технологии и выполняется геометрический анализ медицинских снимков с применением разработанной авторами методики спектральной декомпозиции (разложение на частотные компоненты). В результате изображения преобразуются и становятся более контрастными. Благодаря цветовому кодированию изменения в легких лучше видны. 

Через исследование прошли более 50 больных коронавирусом с разными стадиями поражения легкого. Сейчас врач следит за их состоянием здоровья, анализирует, как быстро восстанавливается организм после перенесенного ковида. Если у молодых людей заболевание не оставляет следа в легких, то у более возрастных пациентов только через полгода исчезают остаточные изменения дыхательного органа. 

Кстати, новая разработка красноярцев позволит уже на первых этапах заболевания определить, у кого из пациентов могут остаться изменения в легком, и поискать причину этого. 

В начале пути 


 

Данной темой красноярские ученые начали заниматься весной 2020 года, когда наблюдался пик заболеваемости ковидом. Но к этому времени у них уже были наработаны алгоритмические приложения для анализа КТ-изображений легких, пораженных онкологией и пневмонией. 

Анжелика Кенц отмечает: ей тогда очень помогла стажировка в Москве у главного специалиста по лучевой диагностике Минздрава РФ профессора Игоря Евгеньевича Тюрина – удалось в короткие сроки освоить анализ и описание МСКТ-изображений (мультиспиральная, или мультисрезовая, компьютерная томография. – НКК). 

Анжелика – магистрант СФУ, свои исследования ведет на базе Федерального Сибирского научно-клинического центра ФМБА России и Института вычислительного моделирования СО РАН. 

– Анализируя и интерпретируя изображения с вирусной пневмонией, мы делаем акцент на такие изменения, как уплотнение легочной ткани по типу «матового стекла», консолидацию и ретикулярные изменения, а также оцениваем процентное вовлечение паренхимы легкого, от размеров которого зависит степень тяжести патологических изменений, – поясняет научный руководитель исследования, доктор технических наук, профессор, ведущий сотрудник ИВМ СО РАН Константин Симонов.
– Если вы взглянете на обработанные при помощи программных приложений снимки, то увидите цветное контурное изображение, на котором выделены и сегментированы зоны патологических изменений, связанных с COVID-19, в периферических отделах легких. Также оценивается в процентном соотношении степень поражения каждого из них и другие геометрические и текстурные характеристики.
Сейчас ученые в самом начале пути. И Анжелика, и ее научный руководитель уверены, что вычислительная технология анализа и расшифровки снимков при помощи компьютерного зрения будет совершенствоваться. А это, несомненно, поможет медикам спасать жизни пациентов.

Автор: Елена Лалетина. 

Фото: Олег Кузьмин, пресс-службы ФСНКЦ ФМБА России

Похожие новости

  • 01/03/2021

    Синтез магнитных пленок станет более экологичным благодаря углеводам

    Красноярские ученые разработали простой, экологически чистый и эффективный способ получения пленок сплава железо-кобальт. Они поменяли токсичные вещества-восстановители на безопасные полисахариды. Пленки, синтезированные по новой методике, не уступают полученным традиционным методом, и имеют высокие магнитные показатели.
    394
  • 09/02/2021

    В день российской науки красноярские ученые рассказали о важных итогах работы прошлого года

    В 1999 году был подписан указ Президента РФ о праздновании дня российской науки. Его отмечают 8-го февраля, в день создания Российской академии наук. Традиционно в этот день академические институты открывают свои двери для всех желающих, ученые рассказывают о результатах последних исследований.
    459
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    5596
  • 02/03/2021

    Ученые НГТУ НЭТИ и ИХТТМ СО РАН создали стенд для испытаний деградации аккумуляторов электромобилей

    Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ создали лабораторную установку для испытаний литиевых аккумуляторов (ЛИА) для электромобилей с целью определения деградационной стойкости аккумуляторов.
    706
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    1406
  • 14/12/2020

    Онлайн-семинар ИВМиМГ СО РАН по численному моделированию природных процессов

    ​​15 декабря 2020 года в 16.00 онлайн состоится заседание семинара ИВМиМГ СО РАН "Численные методы прямого и обратного моделирования природных процессов", д.ф.-м.н. Иван Гаврилович Казанцев сделает доклад "Прямое и обратное моделирование в задачах эмиссионной томографии и трансмиссионной электронной микроскопии".
    1192
  • 09/07/2021

    Год науки и технологий/Наука и университеты: Специализированные учебные научные центры погружают детей в прикладную науку

     В Год науки и технологий Правительство РФ внесло на рассмотрение Государственной Думы законопроект о финансировании специализированных учебных научных центров (СУНЦ) из федерального бюджета, а не через систему грантов, как это было раньше.
    593
  • 10/02/2021

    Почётных званий, грамот и благодарностей удостоены учёные Приангарья

    ​Почетных званий, грамот и благодарностей Губернатора Иркутской области удостоены ученые Приангарья. Церемония награждения состоялась 8 февраля, в День российской науки, во время заседания Координационного научного совета.
    387
  • 16/02/2021

    Ключевые результаты в сфере науки Алтайского края в 2020 году

    Научный комплекс Алтайского края сегодня представлен 4 научно-исследовательскими институтами, в числе которых 2 учреждения Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий.
    1164
  • 12/02/2021

    Итоги опросов о мировом научном лидерстве России вызвали споры

    Триумфальное шествие по миру отечественной вакцины от коронавируса не помешало крайне низкой оценке состояния российской науки на родине. Согласно недавним исследованиям, лишь 3% наших людей причисляют Россию к мировым лидерам научных разработок, тогда как 23% считают состояние российской науки застоем, а 16% — полным упадком.
    665