Российские ученые разработали алгоритм, который поможет хирургам правильно устанавливать искусственный клапан в месте выхода аорты из сердца — это бывает необходимо при нарушениях поступления крови в этот сосуд. Алгоритм в реальном времени анализирует изображения с операционного ангиографа, который врачи используют во время процедуры для определения места, где нужно разместить имплантат. Эта технология повысит точность хирургических манипуляций и значительно снизит вероятность погрешностей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Cardiovascular Medicine.
 
Заболевания сердечно-сосудистой системы — одни из самых распространенных в мире; они становятся причиной почти 30 процентов смертей. В некоторых случаях единственный вариант лечения — это хирургическое вмешательство, например при стенозе аорты, когда отверстие в клапане, расположенном на выходе сосуда из сердца, значительно сужается из-за срастания его стенок, и кровь не может в нужном объеме поступать в органы. Чтобы решить эту проблему, хирурги на место старого клапана устанавливают новый — искусственный.
 
Подобные операции очень сложны, ведь имплантат нужно аккуратно доставить к сердцу по сосудам, а затем установить в нужное место. Если его расположить со смещением, это может вызвать у пациента осложнения и даже смерть. Поэтому, чтобы точно сориентироваться, хирурги используют специальные контрастные вещества, которые видны во время операции на экране ангиографа в рентгеновском излучении. Такие вещества «подсвечивают» кровь в месте проведения операции и дают понимание о форме и особенностях сосуда. Но эти соединения токсичны, поэтому частоту их введения стараются сократить, а дозу — минимизировать, что не позволяет врачам полноценно контролировать установку клапана на протяжении всей операции.
 
Группа из Научно-исследовательского института комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний (Кемерово) и Томского политехнического университета (Томск) разработала алгоритм, показывающий хирургам в режиме реального времени «ориентиры», которые помогают установить имплантат в правильное место. Этот алгоритм представляет собой сверточную нейросеть — математическую модель, способную распознавать определенные объекты на медицинских изображениях. Чтобы обучить ее, ученые использовали видеозапись настоящих операций по установке искусственного аортального клапана. Видео разделили на отдельные изображения (их получилось более 3,5 тысяч), 80 процентов из которых использовали для тренировки алгоритма, а 20 — для проверки системы. Исследователи отмечали на тренировочных фотографиях 11 точек-ориентиров: некоторые участки аорты, части установленного искусственного клапана, элементы системы его доставки. Нейросеть запоминала эти точки и с помощью них вырабатывала стратегию поиска аналогичных.
 
Далее, чтобы проверить алгоритм, исследователи предложили ему самому найти все 11 ориентиров на оставшихся 20 процентах фотографий. Оказалось, что модель смогла распознать и вывести на экран необходимые точки с точностью более 95 процентов. При этом она работает достаточно быстро для того, чтобы выявлять ориентиры и предсказывать оптимальное расположение для имплантата в реальном времени — прямо в операционной.
 
«Наша нейросеть позволит создать виртуального робота-помощника, который будет помогать кардиологам при проведении сложных операций. Еще одна перспектива, которую открывает наше исследование, — разработка полностью роботизированных систем для установки имплантатов в аорту. Возможно, такие устройства будут с большей точностью и аккуратностью, чем человек, осуществлять хирургические манипуляции. В дальнейшем мы планируем проверить предложенный алгоритм на разных моделях искусственных сердечных клапанов, чтобы сделать его максимально универсальным», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Евгений Овчаренко, кандидат технических наук, заведующий отделом организации инновационных и клинических исследований, заведующий лабораторией новых биоматериалов НИИ КПССЗ.
ris1.png 
Рисунок 1. Основные этапы эксперимента. Источник: Евгений Овчаренко

 
ris2.png 
Рисунок 2. Расположение точек-ориентиров, использованных для обучения математической модели. Источник: Danilov et al. / Front. Cardiovasc. Med., 2021

 
ris3.png 
Рисунок 3. Предложенное алгоритмом место установки искусственного аортального клапана. Источник: Danilov et al. / Front. Cardiovasc. Med., 2021​

 
Пресс-служба Российского научного фонда​

Источники

Нейросеть предскажет лучшее место для установки искусственного клапана в сердце
Поиск (poisknews.ru), 03/08/2021
Нейросеть предскажет лучшее место для установки искусственного клапана в сердце
Российский научный фонд (rscf.ru), 03/08/2021
Нейросеть научилась помогать в установке искусственного клапана в сердце
ТАСС, 03/08/2021
Место для установки протеза клапана в сердце станут выбирать с помощью искусственного интеллекта
Russian.city, 03/08/2021
Место для установки протеза клапана в сердце станут выбирать с помощью искусственного интеллекта
Полит.ру, 03/08/2021
Место для установки протеза клапана в сердце станут выбирать с помощью искусственного интеллекта
Developyourself (developyourself.ru), 03/08/2021
Разработан алгоритм для корректной установки клапана в сердце
Московская газета (moskovskaya-gazeta.ru), 03/08/2021
Разработан алгоритм для корректной установки клапана в сердце
Газета.Ru, 03/08/2021
Разработан алгоритм для корректной установки клапана в сердце
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 03/08/2021
Нейросеть предскажет лучшее место для установки искусственного клапана в сердце
XX2 век (22century.ru), 03/08/2021
Место для установки протеза клапана в сердце станут выбирать с помощью искусственного интеллекта
Newsrk.ru, 03/08/2021
Нейросеть поможет врачам устанавливать искусственный аортальный клапан
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 03/08/2021
Место для установки протеза клапана в сердце станут выбирать с помощью искусственного интеллекта
Newstes.ru, 03/08/2021
Нейросеть научилась помогать в установке искусственного клапана в сердце
Российский научный фонд (rscf.ru), 04/08/2021
Нейросеть научилась помогать в установке искусственного клапана в сердце
Российский научный фонд (рнф.рф), 04/08/2021
Сибирские ученые научили искусственный интеллект помогать кардиологам
Алтайская правда (ap22.ru), 04/08/2021
Нейросеть научилась помогать в установке искусственного клапана в сердце
Российское общество ангиологов и сосудистых хирургов (angiolsurgery.org), 04/08/2021
Сибирские кардиохирурги будут делать операции с помощью нейросети
Российская газета. СФО (rg.ru), 11/08/2021
Сибирские кардиохирурги будут делать операции с помощью нейросети
Новосибирская областная ассоциация врачей (noav.ru), 11/08/2021
Российские ученые разработали технологию, которая повышает точность хирургических манипуляций при имплантации аортального клапана
БУ ЦРБ Алатырского района (alatyr-crb.med.cap.ru), 12/08/2021

Похожие новости

  • 20/10/2020

    Учёные разработали способ мониторинга миграции молодых нейронов

    Нейробиологи ТГУ совместно с коллегами из Бельгии и США создали неинвазивный инструмент, с помощью которого можно отслеживать передвижение молодых нейронов. Для этого ученые помечают новые клетки головного мозга специальным маркёром, который виден на МРТ.
    1044
  • 17/06/2021

    Медики и инженеры создают базу данных больных с нейродегенеративными заболеваниями в Томской области

    Коллектив ученых Томского политехнического университета, Сибирского государственного медицинского университета и НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ проводят исследования виральности и вариативности нервно-психических расстройств болезни Паркинсона и болезни Гентингтона больных Томской области.
    610
  • 31/07/2020

    Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого

    Масштабное исследование проводится междисциплинарным научным коллективом в рамках    осуществляемого в течение последних лет   многоцелевого проекта «Механизмы метастазирования карцином», куда вошли ученые-патологи, молекулярные онкологи в сотрудничестве с клиницистами НИИ онкологии Томского НИМЦ.
    671
  • 04/06/2019

    Обская стерлядь генетически более разнообразна, чем енисейская

    ​Ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН с коллегами из Томска, Красноярска, Санкт-Петербурга и Ульяновска исследовали генетическое разнообразие стерляди в бассейнах сибирских рек и выяснили, что обь-иртышская и енисейская популяции изолированы друг от друга.
    1247
  • 12/05/2020

    Совместная разработка ученых Кемерова и Томска позволит проводить малоинвазивные операции по замене клапана сердца без использования импортных изделий

    ​​Представлены результаты второго этапа гранта Российского Научного Фонда «Исследование и реализация концепции роботизированного малоинвазивного протезирования клапана аорты», рассчитанного на 2018-2021 годы.
    967
  • 15/06/2020

    Ученые усовершенствовали насосы для сердца

    Ученые из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) улучшили работу механических насосов для сердца путем нанесения на их детали специального кремний-углеродного покрытия. Комплекс работ был начат два года назад научным сотрудником лаборатории прикладной электроники ИСЭ СО РАН кандидатом технических наук Александром Сергеевичем Гренадеровым, который в 2018 году защитил кандидатскую диссертацию, посвященную применению кремний-углеродных пленок для повышения износостойкости материалов и обеспечения просветления кремниевых пластин в инфракрасной области длин волн.
    542
  • 17/07/2020

    Новую жизнь для сердца подарит разработка томских ученых

    ​Хоть внимание общества и привлечено сегодня к коронавирусу, не стоит забывать, что одной из основных причин смертности россиян остаются сердечно-сосудистые заболевания. Кроме профилактики и доступной медицинской помощи справиться с этим поможет наука.
    1065
  • 10/06/2019

    В НИИ онкологии Томска создают технологию профилактики и лечения метастазов

    ​Каждая двенадцатая женщина в мире заболевает раком молочной железы. В России грозная статистика усугубляется несвоевременной диагностикой (31,9% больных с запущенным опухолевым процессом) и, соответственно, высокой и скорой летальностью (7,4% пациенток умирают в течение года после постановки диагноза).
    1953
  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    1968
  • 03/06/2021

    Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее

    Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити».
    1346