Болезнь Паркинсона: диагностику проводит искусственный интеллект
Задачу ранней диагностики болезни Паркинсона поставили перед собой ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтех). Видеокамера, несколько упражнений и машинное обучение — вот составные части системы, способной детектировать болезнь, определять ее стадию и отслеживать динамику развития с точностью до 95%.
Идея проекта возникла у профессора Сколтеха, кандидата технических наук Андрея Сомова в 2017 году, когда он познакомился с нейрохирургом, заведующим нейрохирургическим отделением стационара Федерального медицинского биофизического центра (ФМБЦ) им. А. И. Бурназяна ФМБА России, кандидатом медицинских наук Максимом Сергеевичем Семеновым. Опытный нейрохирург, человек с пытливым умом, Семенов давно интересовался проблемой диагностики болезни Паркинсона, которую нельзя вылечить, но можно эффективно затормозить, если выявить на ранних стадиях. Он предложил Андрею Сомову объединить усилия и разработать систему диагностики с использованием искусственного интеллекта. Об идее узнала Екатерина Витальевна Бриль, невролог, кандидат медицинских наук, руководитель Федерального неврологического центра экстрапирамидных заболеваний (группа двигательных нарушений, возникающих в результате повреждения некоторых структур головного мозга.— «Ъ-Наука») и психического здоровья ФМБЦ им. А. И. Бурназяна, которая совместно с коллегой — кандидатом медицинских наук неврологом Ольгой Сергеевной Зимняковой активно поддержала группу ученых и создала все условия для сотрудничества. Так возникла команда единомышленников, ядром которой стала научная группа Центра сквозного проектирования Сколтеха под руководством Андрея Сомова. «Сегодня диагностика болезни Паркинсона во всем мире строится на опыте врача,— объясняет ученый.— Мы хотели вместе с медиками создать объективный инструмент для детектирования болезни. Сделать систему второго мнения, помогающую врачам».
Как и любую другую, болезнь Паркинсона важно выявить именно на ранней стадии: благодаря своевременному лечению пациент может снизить риск развития тяжелых форм недуга и в целом повысить качество жизни. Но есть и экономическое обоснование. «На терапию пациента, у которого болезнь Паркинсона обнаружена на первой стадии, государство потратит около 700 тыс. руб. до конца его жизни, а при выявлении на поздних стадиях цифра вырастет до 2,5 млн»,— говорит Андрей Сомов.
Специалисты приняли решение разработать максимально простую в использовании, одинаково удобную для врачей и пациентов высокоточную систему, чтобы неврологи или даже терапевты могли проводить диагностику на местах, в районных поликлиниках и амбулаториях, в том числе в ходе диспансеризации. По задумке, тестирование должно занимать не больше пяти минут, позволяя с высокой точностью диагностировать не только болезнь Паркинсона, но и ряд других заболеваний, похожих по симптоматике, в том числе эссенциальный тремор и дистонию.
За дело берется ИИ
Научная группа, которую возглавляет Андрей Сомов, занимается применением сенсорных технологий, в том числе видеокамер с использованием методов машинного обучения, которые решают различные задачи детектирования, классификации и т. д. Эти технологии идеально подошли для диагностики болезни Паркинсона. Вначале ученые вместе с медиками разработали 15 упражнений, каждое из которых выполняется за 40 секунд. Делать упражнения пригласили здоровых и больных. Движения фиксировали при помощи датчиков, установленных на запястьях, и видеокамерой. «Мы использовали специальную библиотеку, которая на полученных изображениях отмечала ключевые точки, например там, где находятся плечи, локоть, кисть, колени и т. д.,— говорит Андрей Сомов.— После мы проанализировали движения этих точек и выявили определенные отклонения, будь то тремор, замирания и другие процессы. Полученные данные мы размечали вместе с неврологами. То есть говорили нашей системе: этот пациент здоров, у этого болезнь Паркинсона, условно говоря, в третьей стадии, а у следующего, например, эссенциальный тремор. Таким образом нейросеть тренировалась запоминать, кто здоровый, а кто больной, и на какой стадии находится болезнь. На приеме у врача натренированная нейросеть сможет с 95-процентной вероятностью определять болезнь и ее стадию».