Анализ движений пациента методами машинного обучения поможет в диагностике болезни Паркинсона — Naked Science
13 минут
Сколтех
2

Анализ движений пациента методами машинного обучения поможет в диагностике болезни Паркинсона

4.5

Ученые Сколтеха и Федерального медицинского биофизического центра имени А. И. Бурназяна разработали систему так называемого второго мнения, основанную на видеоанализе данных методами искусственного интеллекта. С помощью этой системы медики смогут получать более объективные данные для диагностики болезни Паркинсона уже на ранней стадии. Предлагаемый подход позволяет правильно диагностировать заболевание, определять его стадию, корректировать лечение и разрабатывать рекомендации по глубокой стимуляции мозга для пациентов с подтвержденным диагнозом.

Анализ движений пациента методами машинного обучения поможет в диагностике болезни Паркинсона / ©Getty images

Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале IEEE Sensors Journal. Население в мире стареет, что приводит в том числе к росту числа людей, страдающих нейродегенеративными заболеваниями. Через несколько десятилетий человечество может столкнуться с настоящей пандемией болезни Паркинсона. Сегодня этот недуг уже лидирует среди других заболеваний по темпам роста заболеваемости. Кроме того, болезнь серьезно сказывается на качестве жизни пациентов, и диагностировать ее необходимо как можно раньше.

Главная сложность диагностики состоит в том, чтобы отличить болезнь Паркинсона от других заболеваний со схожими двигательными нарушениями, например, эссенциального тремора. Единого биомаркера для надежной диагностики болезни Паркинсона до сих пор не существует, и врачи вынуждены полагаться на собственные наблюдения, что зачастую приводит к постановке неверного диагноза, а ошибка становится очевидной лишь на стадии анатомо-патологического исследования.

Старший преподаватель Сколтеха Андрей Сомов и его коллеги создали так называемую систему второго мнения, позволяющую при помощи алгоритмов машинного обучения анализировать видеозаписи, на которых пациенты выполняют определенные задания на моторику. Ученые провели небольшое пилотное исследование, показавшее, что разработанная система позволяет с высокой эффективностью распознавать потенциальные признаки болезни Паркинсона и дифференцировать это заболевание от эссенциального тремора.

Система способна записывать видео и проводить его анализ, что значительно ускоряет диагностику, делая этот процесс максимально комфортным для пациентов. Исследователи разработали комплекс из 15 простых упражнений, в которых испытуемым предлагалось выполнить несколько привычных действий или движений: пройти, сесть на стул, встать со стула, сложить полотенце, налить воду в стакан и коснуться носа кончиком указательного пальца.

В комплекс упражнений были включены задания на крупную и мелкую моторику, задания с полным отсутствием движения (для выявления тремора в состоянии покоя), а также некоторые другие действия, по которым врачи определяют наличие тремора.

«Упражнения разрабатывались под руководством врачей-неврологов и с использованием различных источников, включая шкалы оценки болезни Паркинсона и результаты предыдущих исследований в этой области. Для каждого возможного симптома заболевания мы разработали специальное упражнение», − поясняет первый автор статьи аспирант Сколтеха Екатерина Коваленко.

В пилотном исследовании были задействованы 83 пациента с нейродегенеративными заболеваниями и здоровые люди. Выполняемые ими задания записывались на видео, а полученные видеозаписи обрабатывались при помощи специальной программы, в которой на тело человека наносились контрольные точки, соответствующие суставам и другим частям тела. Таким образом ученые получили упрощенную модель движущихся объектов. Затем проводился анализ моделей с использованием методов машинного обучения.

Исследователи считают, что использование видеозаписей и методов машинного обучения дает более объективную картину для диагностики, что позволяет исследователям и врачам выявлять мелкие нюансы и характерные особенности различных стадий заболевания, которые не видны невооруженным глазом.

«Предварительные результаты исследования указывают на то, что анализ видеоданных может способствовать повышению точности диагностики болезни Паркинсона. Наша цель – получить второе мнение, которое ни в коей мере не может полностью заменить мнение врача и клинициста. Кроме того, метод, основанный на использовании видео, является не только неинвазивным и более универсальным по сравнению с инструментальными методами, но и более комфортным для пациентов», − говорится в статье.

«Методы машинного обучения и компьютерного зрения, которые мы использовали в этой работе, уже достаточно хорошо проявили себя в целом ряде медицинских приложений. Им можно смело доверять. Да и диагностические упражнения для пациентов с болезнью Паркинсона прорабатывались неврологами уже достаточно давно.

А вот что действительно стало новизной исследования, так это продемонстрированное нами количественное ранжирование этих упражнений в соответствии с их вкладом в точность и специфичность финальной диагностики. Такой результат мог получиться только в результате слаженной работы команды докторов, математиков и инженеров», − отмечает соавтор статьи доцент Сколтеха Дмитрий Дылов.

В предыдущих исследованиях группа Сомова использовала также носимые датчики. В одной из своих работ по этой проблематике ученые смогли при помощи носимых датчиков определить, какие из упражнений наиболее информативны для целей диагностики болезни Паркинсона с использованием машинного обучения.

«Мы проводили исследование в тесном взаимодействии с врачами и другими медицинскими работниками, которые делились с нами своими идеями и опытом. Специалисты из двух, казалось бы, совсем разных областей объединились в своем стремлении помочь людям – наблюдать за этим процессом было очень интересно. К тому же, у нас была возможность следить за процессом на всех его этапах − от разработки методологии до анализа данных с помощью машинного обучения», − добавляет аспирант Сколтеха Екатерина Коваленко.

«Подобная коллаборация между врачами и учеными по анализу данных позволяет учесть многие важные клинические нюансы и детали, которые приводят к наилучшей реализации проекта. Мы как врачи видим в этом огромные перспективы и помощь. Помимо дифференциальной диагностики, нам необходимы инструменты для объективизации колебаний двигательных состояний у пациентов с болезнью Паркинсона, которые позволят более персонифицированно подходить к подбору терапии, а также принимать решения о необходимости нейрохирургического лечения, а в дальнейшем с помощью систем оценивать и результат операции», − рассказывает соавтор статьи невролог Екатерина Бриль.

По словам Андрея Сомова, следующая задача команды – попытаться повысить точность диагностики болезни Паркинсона и определения стадий заболевания за счет объединения данных видеоанализа и показаний датчиков.

«Мы не должны забывать и об инновационной составляющей нашей работы: по мнению нашей команды, полученные результаты целесообразно реализовать в виде интуитивно понятного программного продукта. Мы считаем, что результаты наших совместных исследований позволят повысить точность диагностики болезни Паркинсона и изучить развитие болезни с точки зрения анализа данных – наша команда продолжает планировать и готовиться к новым пилотным исследованиям», − добавил он. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
169 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
10 часов назад
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

Вчера, 19:01
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

11 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые создали компьютерную сеть, которая имитирует человеческий мозг. Благодаря ей удалось выяснить, как человек обрабатывает движущиеся изображения, и понять, как появляются оптические иллюзии.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

22 февраля
5 минут
Илья Ведмеденко

Новое видео демонстрирует использование новейшего российского разведывательно-ударного БПЛА «Орион» на территории Сирии. Ранее этот комплекс приняли на вооружение.

27 января
6 минут
Василий Парфенов

Интересным наблюдением поделились сотрудники Чернобыльского радиационно-экологического биосферного заповедника. Они уже более трех лет следят за жизнью стада одичавших коров, поведение которого сильно отличается от того, что можно наблюдать у домашних сельскохозяйственных животных.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

Иван Глебов
2 недели назад
-
0
+
как много букв и как мало "инновационной составляющей"
Семен Курсаков
3 недели назад
-
0
+
Это конечно хорошо, это конечно замечательно. Но вот может стоило бы все это делать в контексте подключения к платформе IBM Watson? Просто вряд ли можно будет этот проект развивать дальше только на материалах росс больных, слишком мал будет объем обкатки программы. А то ведь опять изобретаем свой самостийный велосипед.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: