Российская ИТ-разработка для медицины: виртуальный кардиолог «eЭскулап»
Симбиоз достижений медицины, ИТ и инженерной мысли позволил создать эффективное решение для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Разработка значительно повышает качество медицинского обслуживания, в первую очередь в удаленной местности.
09.12.2015
Сердечно-сосудистые заболевания, такие как ишемическая болезнь, хроническая сердечная недостаточность или артериальная гипертензия, сегодня несут главную угрозу здоровью и жизни людей. В структуре причин смертности они составляют более половины случаев. Как считают ученые, данные заболевания будут основной проблемой здравоохранения развитых стран еще как минимум 50 лет. Возможностей электрокардиограммы (ЭКГ) явно недостаточно для оперативной диагностики состояния сердца, но современные информационные технологии и разработки в области искусственного интеллекта позволяют идти намного дальше. Уже сегодня есть надежные средства эффективного предупреждения заболеваний, а значит, каждый человек может быть вооружен средством контроля своей сердечной деятельности, ведь своевременно поставленный диагноз значительно увеличивает шансы на спокойное течение болезни, а значит, и выздоровление.
Российское происхождение
Российское решение, во многом превосходящее зарубежные аналоги, создано в Прикамье при финансовой поддержке Министерства промышленности, предпринимательства и торговли Пермского края. Ученые Пермского государственного национального исследовательского университета (ПГНИУ), Пермского государственного медицинского университета (ПГМУ) в сотрудничестве с технологической компанией ИВС разработали специальный программно-аппаратный комплекс диагностики сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). Своей целью медики, инженеры и ИТ-специалисты поставили разработку методики, которая позволяет в кратчайшие сроки собрать максимум информации о пациенте. Они не стали копировать зарубежные аналоги, а приложили усилия для развития тех направлений, где отечественная наука имеет преимущества.
Комплекс, получивший название «eЭскулап», позволяет определить вероятность наличия того или иного заболевания сердца на основе обработки анкеты и дополнить предварительно поставленный диагноз параметрами функционирования сосудистой системы и подробной картиной работы сердца. На основе полученных данных при обнаруженных отклонениях в работе сердечно-сосудистой системы пациенту даются рекомендации для дальнейшего обращения к специалистам, наблюдения или госпитализации.
В основе разработки лежат технологии искусственного интеллекта. Создать искусственную нейронную сеть взялись специалисты ИВС и профессор Пермского национального исследовательского университета Леонид Ясницкий. Своим устройством программного кода нейронная сеть напоминает строение мозга человека. При ее «обучении» использовались более 2000 верифицированных диагнозов, а затем дополнительно были включены 200 анкет здоровых людей без каких либо признаков сердечно сосудистых заболеваний. Основываясь на имеющемся массиве данных, система позволяет с высокой точностью определять состояние пациента в каждом конкретном случае.
По словам доцента ПГМУ Андрея Думлера, решено было создать простой, надежный, эффективный и недорогой прибор, который благодаря использованию искусственного интеллекта помогал бы пациентам в тех районах, где нет квалифицированной медицинской помощи, и в чем-то замещал врача.
Квалификация виртуального кардиолога
В результате получена медицинская система, которая объединяет преимущества современных информационных технологий и стандартных методов оценки деятельности сердечно-сосудистой системы. Созданное решение позволяет с высокой точностью выявлять распространенные заболевания: гипертоническая болезнь, инфаркт миокарда, нестабильная стенокардия.
«eЭскулап» – это фактически виртуальный кардиолог, который состоит из нейросети, а также полиреокардиографа и электрокардиографа, способных оценить возможности сердца перекачивать кровь по кругам кровообращения, сосудов – сопротивляться движению крови, а также заподозрить нарушения коронарного кровообращения, аритмию и блокаду сердца.
Комплекс, который поначалу сравнивали лишь с прилежным студентом, оказался очень талантливым. Апробация разработки в ряде фельдшерско-акушерских пунктов и центральных районных больницах Пермского края показала: по «квалификации» он не уступает врачу общей практики и способен в ряде случаев замещать его. Судите сами: точность выявления инфаркта миокарда и гипертонической болезни при использовании программно-аппаратного комплекса составила 98–99%, нестабильной стенокардии – 89–90%. Это довольно высокие диагностические показатели.
Сбор данных о пациенте занимает у «eЭскулапа» не более 2,5 минут. Всего несколько нажатий кнопок на компьютере, к которому подключен комплекс – и можно получить основное медицинское заключение. После обработки данных пациенту выдается полное заключение по диагнозу, предложения дальнейшей тактике лечения.
Система оценивает степень возникновения риска заболевания по трем уровням и дает сигналы подобно светофору. Красный уровень – вариант высокой степени риска, система подозревает наличие инфаркта миокарда или нестабильной стенокардии с наличием расстройств гемодинамики. Действия медработника при этом прописаны в диалоговом окне. Он может назначить пациенту постельный режим, обезболивание (возможно, тромболизис на месте) или немедленную госпитализацию для оказания специализированной врачебной помощи. Желтый уровень – средняя степень риска, возможно наличие заболевания, но угрозы для жизни нет (например, неосложненная ишемическая болезнь или гипертоническая болезнь). В этом случае госпитализация не требуется, в диалоговом окне прописываются рекомендации по амбулаторному ведению больного. Наконец, зеленый уровень – вариант низкого риска заболевания. Пациенту при этом показано придерживаться здорового образа жизни.
Сферы применения
Комплекс «eЭскулап» имеет различные варианты использования, в том числе для служб скорой помощи, для удаленных от крупных клиник сельских территорий, а также для стандартного кабинета врача. Пациент ГКБ №4 г. Пермь Владимир Кириллов оценил удобство использования «eЭскулапа» и считает, что подобные разработки необходимы для применения на всей территории России.
Как отмечают разработчики, проект прежде всего ориентирован на сельские фельдшерско-акушерские пункты, а также скорую помощь. Используя комплекс «eЭскулап», фельдшер по пути в больницу может поставить предварительный диагноз пациенту, а по прибытии передать заключение врачу. Это особенно актуально для пациентов с острым коронарным синдромом, когда дорога каждая минута, а помощь должна быть оказана незамедлительно.
Комплекс также может широко использоваться при проведении массовых профилактических осмотров. «eЭскулап» позволяет создать и поддерживать обширную базу данных по пациентам, а также прогнозирует течение заболевания. Прибор показывает различную информацию: объем перекачиваемой крови за удар, за минуту, а также уровень сопротивления сосудов, мощность сокращения сердца, объем жидкости в грудной клетке, жесткость сосудов.
Для работы с «еЭскулап» пользователю не требуется высокая квалификация и специальная подготовка – достаточно компетенций среднего медицинского персонала. Комплекс также позволяет снять остроту такой проблемы, как очередь к узкому специалисту – не секрет, что многим пациентам приходится ждать ее много недель и лишь затем могут получить необходимую помощь. Предварительный диагноз, поставленный и верифицированный с помощью «eЭскулап», может существенно ускорить оказание помощи.
Разработчики отмечают, что цена комплекса сопоставима со стоимостью обычного электрокардиографа. При этом «eЭскулап» обладает рядом преимуществ. Во-первых, это портативность и простота в эксплуатации. Во-вторых, он определяет широкий круг параметров системы кровообращения. В-третьих, комплекс обеспечивает обработку данных в режиме онлайн и настроен для автоматической выдачи заключения. В-четвертых, есть возможность создания и ведения базы данных.
«Прибор компактный и довольно простой в использовании. Это имеет решающее значение для сельских территорий, которые зачастую испытывают существенную нехватку врачей. Работать с «eЭскулап» легко может даже фельдшер. Прибор выдает четкий алгоритм действий в той или иной ситуации и обоснованные рекомендации по лечению пациентов», – говорит Александр Полещук, директор по инновациям компании ИВС.
Возможности виртуального кардиографа на этом не ограничиваются – он способен к «обучению». Что важно, при всей схожести «мозга» «eЭскулап» с человеческим интеллектом, прибору чужд субъективизм – он максимально беспристрастен. «Он не придет на работу в плохом настроении. Он ничего не забудет, у него нет семейных неурядиц – он просто включается и работает», – подчеркивает Андрей Думлер.
Таким образом, «eЭскулап» вооружает медиков простыми в обращении методами, надежными и безопасными для пациентов. Способность моделировать течение болезни путем подбора образа жизни пациента может стать хорошей мотивацией вести здоровый образ жизни и отказаться от вредных привычек. Функции виртуального кардиолога отлично соответствуют потребностям пациентов в небольших городах и сельской местности, где существует нехватка специалистов.