Российские врачи учат искусcтвенный интеллект определять заболевания легких и COVID-19 по кашлю

Всем привет. Мы уже писали на vc.ru про Respiro — сервис акустической диагностики респираторных заболеваний, включая COVID-19, с помощью технологий машинного обучения и искусственного интеллекта. Тогда в комментариях возникло много вопросов. Поэтому мы решили опубликовать продолжение, чтобы подробнее раскрыть тему акустических нейронок и проекта.

Ученые Массачусетского технологического университета разработали алгоритм, который отличает индуцированный кашель бессимптомных носителей SARS-CoV-2 от кашля здоровых людей. Они обучили модель на нескольких тысячах образцов кашля и голоса. В результате программа правильно идентифицировала 98,5% случаев с COVID-19 и 100% бессимптомных. Исследование опубликовали в сентябре в 2020 года в IEEE Journal of Engineering in Medicine and Biology.

Идея показалась нам перспективной. На тот момент в команде были все технические возможности для реализации нового проекта. Поэтому мы обратились к врачам из ковидного госпиталя в Коммунарке. Они подтвердили наши гипотезы. В ноябре началась работа по сбору данных и разработке алгоритма Respiro.

Разработкой акустических моделей на основе искусственных нейронных сетей занимаются около десяти лет. Чтобы не сильно отвлекать читателей VC, мы собрали основные исследования в таблицу. Здесь статьи, на которые опиралась медицинская команда в работе над датасетом Respiro.

Дальше всех в акустических нейронках продвинулись MIT. В течение 10 лет исследователи занимались попыткой «натравить» нейронную сеть на эмоции человеческого голоса. Параллельно затрагивали медицинскую часть. До пандемии команда MIT работала над моделями искусственного интеллекта, которые диагностируют нарушения нервной системы, в частности болезнь Альцгеймера. Они обучили модель на 200 000 записях речи и кашля. Алгоритм обнаружил, что такие биомаркеры, как сила голосовых связок, объем легких и нервно-мышечная дегенерация, отличаются на записях здоровых людей и людей с начальной стадией болезни Альцгеймера.

Когда пришел коронавирус, MIT адаптировали алгоритмы, собрав через браузер образцы кашля 5 800 пациентов. Модель искусственного интеллекта показала высокую чувствительность и специфичность в выявлении ковид или не ковид кашель. В итоге получилась прескрининговая система, которая определяет, стоит ли идти обследоваться на вирус или нет.

Идея акустической диагностики COVID-19 с помощью технологий машинного обучения и искусственного интеллекта конкурентно развивается в нескольких странах. Но везде это программы прескрининга. Мы пошли другим путем.

Медицинская команда госпиталя записывала и записывает по сей день покашливания тяжелых пациентов в динамике. Помимо звуковой даты собираются анализы, ПЦР, снимки КТ также в динамике. Разработанная модель уже умеет определять изменения акустической модели грудной клетки человека на разных этапах заболевания. На датасете ГКБ 40 Respiro сможет обучить нейронную сеть дополнительно выявлять объемы поражения легких и сроки болезни.

Сейчас из сервиса получается полноценный инструмент скрининга, в основе которого лежат больше 10 000 динамических наблюдений. Точность диагностики — 91,5 %.

По данным The Lancet, при оптимистичном сценарии развития мир справится с пандемией коронавируса не раньше 2025 года. При пессимистичном — борьба займет десятки лет. Как будет на самом деле, достоверно сказать сложно. Поэтому мы продолжаем работать и собирать данные пациентов с COVID-19.

В обозримой перспективе основная задача Respiro — выявление необходимости госпитализации в стационар. Поскольку вне показаний — это фактор риска смерти. В больнице человек может дополнительно инфицироваться внутрибольничной инфекцией, и если не умереть, то снизить качество жизни и удлинить сроки заболевания. Равно как и наоборот, когда требуется немедленная госпитализация больному со значительным объемом поражения легких.

2020 год стал настоящим вызовом для бизнеса и общества. Каждый из нас смог оценить рост значения цифровых технологий. А когда пандемия уйдет (а мы надеемся, что очень скоро), цифровые компетенции и сервисы останутся и приумножатся.

Для нас коронавирус также стал точкой запуска. А полученные разработки — фундаментом для последующих исследовательских работ в пульмонологии. Конечно, мы не говорим, что сможем диагностировать рак легких, где объем поражений — миллиметр. Но астму, хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), бронхиты, где объемы поражения легких исчисляются десятками процентов, — да.

Получается, что пульмонологический больной будущего дома будет иметь не только термометр, пульсоксиметр, но и еще приложение, которое даст дополнительную о тяжести состояния и необходимости обращения к врачу.

Мобильное приложение и web-сервис, в которые будет встроена диагностическая модель, уже готовы, и находятся в открытом тестировании. Предварительно планируем выпустить продукт для массового скрининга COVID-19 во втором квартале 2021 года.

Если вас заинтересовал сервис, подписывайтесь на наш телеграм. Там мы обсуждаем новости COVID-19 и делимся новостями о проекте.

#коронавирус #covid19 #искусственныйинтеллект #medtech