Ученые Вышки представили разработки, связанные с применением ИИ в медицине

© iStock

Искусственный интеллект не заменит врача, но может стать ему отличным помощником. При этом здравоохранение нуждается в высокотехнологичных продуктах, которые способны быстро анализировать и контролировать состояние пациентов. Ученые Вышки применили ИИ для предоперационного планирования и постоперационной оценки результатов в спинальной хирургии и разработали автоматическую интеллектуальную систему для оценки биомеханики рук и ног.

На объединенном научном семинаре стратегического проекта «ИИ-технологии для человека» (в рамках программы «Приоритет 2030») ученые Вышки представили две разработки, связанные с применением искусственного интеллекта в медицинской практике. Это направление не новое для Высшей школы экономики, отметила во вступительном слове проректор НИУ ВШЭ Елена Одоевская. Несмотря на то что в университете нет образовательных программ по медицине, он все равно занимается медицинскими продуктами и планирует выходить на этот рынок.

Елена Одоевская

«С точки зрения целей и задач мы должны понимать, что это продукт, а не просто исследование. Это значит, что у нас должны быть партнеры, в том числе внешние, в том числе индустриальные, и мы должны понимать, как этот продукт дальше будет жить с нами или без нас. Это вопрос того, как мы его реализуем», — подчеркнула она.

Приложение для разметки позвоночника

Владимир Клиньшов

Первый доклад был посвящен использованию ИИ для предоперационного планирования и постоперационной оценки результатов в спинальной хирургии. Главный научный сотрудник Международной лаборатории динамических систем и приложений (НИУ ВШЭ — Нижний Новгород) Владимир Клиньшов рассказал о том, как технологии компьютерного зрения могут повысить скорость и качество анализа рентгеновских снимков позвоночника, помогая оптимизировать рутинную работу нейрохирургов. Рабочее название продукта — VerteScan (от слова vertebra — позвонок). Это сервис для просмотра и анализа рентгеновских снимков позвоночника человека, включающий в себя систему автоматической разметки на основе искусственного интеллекта. «Мы делаем конкретный и очень утилитарный инструмент для автоматической разметки и анализа рентгеновских снимков позвоночника. Мы хотим избавить врача от достаточно рутинной части его работы, оставляя ему самому важнейшие решения. Этот продукт сделан хирургами для хирургов. Это значит, что он будет интуитивно понятен врачам, он будет комфортен для них в использовании и он будет врачам нужен», — рассказал он.

С патологией позвоночника связано 76% обращений пациентов в неврологическую службу, и 72% обращений приводят к временной нетрудоспособности. Ежегодно только в условиях Университетской клиники Приволжского исследовательского медицинского университета Минздрава РФ (ПИМУ — партнер проекта) проводится более тысячи хирургических вмешательств на позвоночнике.

VerteScan поможет определить особенности анатомии пациента, течения его заболевания, подобрать минимально допустимый объем хирургического вмешательства, осуществить персонифицированный подбор имплантов и хирургических техник для достижения оптимального результата, а также спрогнозировать поведение интактных отделов позвоночника с учетом изменения биомеханики в результате вмешательства.

«Вариантов проведения хирургических вмешательств по поводу заболеваний позвоночника большое количество. И каждый из возможных подходов должен быть тщательно спланирован. Адекватная подготовка будет приводить к адекватному результату, когда мы сможем не только выполнить те задачи, которые мы ставим перед операцией, но также оценить и предотвратить негативные изменения в смежных сегментах позвоночника. С помощью базовых инструментов сервиса, которые уже работают, мы можем оценить параметры, уникальные для каждого человека, — например, сагиттальный баланс позвоночника. Можно будет спланировать установку имплантов для того, чтобы не нарушить эти параметры, если они в норме, либо же мы сможем спрогнозировать, насколько мы поправим эти параметры, насколько изменим локальную анатомию, для того чтобы привести эти значения к нормальным и обеспечить хорошее качество жизни пациента», — пояснил нейрохирург команды Анатолий Булкин.

Ключевыми партнерами проекта могут стать медицинские учреждения, производители медицинских имплантов и профессиональные ассоциации ортопедических и спинных хирургов. Для привлечения первоначальных пользователей и сбора отзывов планируется предоставить бесплатную пробную версию программного обеспечения, а премиальные функции будут доступны по подписке или однократному платежу.

Если оперативное вмешательство на позвоночнике выполнено субоптимально, это приведет к быстрому износу интактных позвоночно-двигательных сегментов, и результат лечения окажется хуже самой болезни, рассказал заведующий отделением нейрохирургии ПИМУ Андрей Боков.

«Если не учесть все возможные параметры, пациент после операции чувствует себя хорошо максимум первые несколько лет, а потом наступает декомпенсация. Этот человек длительно находится на больничном листе, он выключен из социальной жизни. Это бремя порой еще тяжелее, чем смертельно опасная болезнь. Вовлекаются и родственники, которые ухаживают за маломобильным пациентом. Если нам удастся сократить процент таких случаев, социальный эффект будет очень высок», — подчеркнул он.

Лечебная физкультура под контролем ИИ

Второй доклад был посвящен автоматической интеллектуальной системе, предназначенной для оценки биомеханики рук и ног. Эта система использует алгоритмы машинного обучения для анализа биомеханических данных, что может значительно улучшить диагностику и реабилитацию пациентов. Ее представил руководитель проекта, научный сотрудник Лаборатории теории и практики систем поддержки принятия решений факультета информатики, математики и компьютерных наук НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде Андрей Ковальчук. Он подчеркнул, что заболевания опорно-двигательного аппарата называют неинфекционной эпидемией XXI века. Перспективным направлением реабилитации пациентов с такими патологиями является дистанционная реабилитация с применением цифровых технологий. Для этого необходимо наличие программно-аппаратных комплексов (ПАК) видеозахвата движений.

Разработанные к настоящему времени ПАК для удаленной двигательной реабилитации имеют общие недостатки: высокая стоимость, сложность в эксплуатации, необходимость постоянного присутствия врача. Это делает их недоступными для массового использования.

Дистанционная реабилитация позволит увеличить количество пациентов на одного врача за счет уменьшения времени очного взаимодействия, но при этом улучшит качество обслуживания за счет переноса части функционала врача на ИИ.

У пациента отпадет необходимость в посещении стационара, при этом сохранится персонифицированный подход и гибкий план реабилитации на основе объективно измеряемых параметров.

© iStock

«В рамках данного проекта планируется создание прототипа автоматизированной системы (мобильного приложения), основанной на технологии компьютерного зрения и предназначенной для дистанционной контролируемой реабилитации пациентов с патологией опорно-двигательного аппарата, том числе после операций эндопротезирования. С помощью данного приложения врач сможет создавать для пациента индивидуальную программу тренировок, а также получит возможность контроля следующих показателей: соотношение правильно/неправильно выполненных повторений за сеанс, максимальный, минимальный и медианный углы сгибания суставов», — рассказал Андрей Ковальчук.

Он подчеркнул, что в настоящее время не существует отечественных аналогов мобильного решения, а западные невозможно использовать в реабилитации на территории РФ. Конкурентоспособность системы будет обусловлена ee автономностью, эффективностью и доступностью для широкого круга пользователей независимо от их местонахождения и финансового состояния.

Приложение будет не только осуществлять сбор и анализ видеоданных выполнения сценариев движений и передавать их врачу для контроля и коррекции, но и в режиме реального времени взаимодействовать с пользователем через голосовые команды, озвучивая допущенные им ошибки и события.

Большинство неврологических и ортопедических заболеваний сопровождаются двигательными нарушениями, рассказала заведующая кафедрой медицинской реабилитации ПИМУ, главный невролог Минздрава Нижегородской области Анна Белова. Пациент, выписавшийся из стационара, должен регулярно наблюдаться врачом на дому, много месяцев делать гимнастику. Но в реальности этого не происходит из-за дефицита кадров. Поэтому во всем мире акцент делается на дистанционную реабилитацию.

«Основа восстановления — это не лекарства, это даже не операции, это лечебная физкультура. Движение — это основа восстановления, причем не только больных, но и здоровых людей при старении. Но эти движения должны выполняться регулярно и правильно — это очень важно. Например, те лица, которые перенесли эндопротезирование, не должны выполнять ряд движений — например, они не могут скрещивать ноги, сгибать колено больше чем на 90 градусов, иначе это приведет к вывиху сустава. Поэтому эта обратная связь для самостоятельных занятий крайне важна», — пояснила она.