Машинное обучение поможет локализовать источники мерцательной аритмии — Naked Science
8 минут
Сколтех

Машинное обучение поможет локализовать источники мерцательной аритмии

4.5

Исследователи из Сколтеха и их американские коллеги создали новый подход на основе машинного обучения для локализации драйверов мерцательной аритмии. Так называются небольшие участки сердечной мышцы, которые могут вызвать этот самый распространенный в мире вид аритмии. Предложенный подход может повысить эффективность точного медицинского вмешательства при лечении заболевания, от которого, по оценкам Американской кардиологической ассоциации, страдает 33 миллиона человек по всему миру.

Исследователи из Сколтеха и их американские коллеги создали новый подход на основе машинного обучения для локализации драйверов мерцательной аритмии / ©Pavel Odinev / Skoltech

Исследование опубликовано в недавнем выпуске журнала Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. На сегодня неясен механизм, вызывающий фибрилляцию предсердий (ФП), также известную как мерцательная аритмия. Эту болезнь связывают с повышенным риском сердечной недостаточности и инсульта. Источником ФП могут быть так называемые драйверы — локализованные источники повторяющейся вращательной активности, вызывающие нарушение сердечного ритма. Хирургическое удаление драйверов позволяет смягчить течение болезни или даже восстановить нормальный сердечный ритм.

Чтобы локализовать драйверы ФП, врачи используют мультиэлектродное картирование. Этот метод позволяет при помощи катетеров подвести электроды к поверхности сердца, получить электрограммы (ЭГ) с его внутренней части и построить таким образом «карту» предсердий. Однако из-за сложности и субъективности метода интерпретация полученных ЭГ в клинической практике зачастую дает ложные результаты, не обнаруживая реально существующий драйвер либо указывая на присутствие драйвера там, где его нет.

С недавних пор ученые стали применять для анализа карт предсердий алгоритмы машинного обучения, пытаясь обнаружить с их помощью признаки ФП. Такие алгоритмы требуют размеченных данных с истинным положением драйвера, и точности мультиэлектродного картирования оказывается недостаточно. Поэтому для нового алгоритма, разработанного в недавнем исследовании под руководством профессоров Дмитрия Дылова из Сколтеха и Вадима Федорова из Университета штата Огайо, использовались данные более надежного метода обнаружения драйверов, оптического картирования, как эталона для обучения.

Как поясняет профессор Сколтеха Дмитрий Дылов, метод оптического картирования высокого разрешения в ближнем инфракрасном диапазоне (NIOM) «использует инфракрасные сигналы для регистрации электрической активности внутри сердечной мышцы, тогда как электроды измеряют сигналы лишь на поверхности органа. Если учесть вдобавок высочайшее разрешение оптического картирования, то этот метод становится очевидным решением для визуализации и разметки карт электрической активности в сердечной ткани».

Так как оптическое картирование пока нельзя применять в клинике, исследователи испытали предложенный подход в лаборатории на 11 эксплантированных человеческих сердцах, в которых была индуцирована ФП. При анализе полученных мультиэлектродным картированием ЭГ алгоритм показал точность 81 процентов для локализации драйверов ФП. По мнению коллектива, использование большей обучающей выборки с валидацией на данных оптического картирования позволит усовершенствовать алгоритмы на базе машинного обучения настолько, что они станут ценным вспомогательным инструментом в клинической практике.

«Набор данных по 11 эксплантированным сердцам одновременно и бесценен, и чересчур мал. Мы поняли, что перенос результатов в клиническую практику потребует намного большей выборки для репрезентативного клинического исследования, однако мы были обязаны извлечь решительно всю информацию из все еще бьющихся человеческих сердец, пожертвованных для исследования, — рассказывает Дмитрий Дылов.

— Следует отметить приверженность делу и кропотливость двух наших аспирантов: Саша Золотарев совершил на несколько месяцев поездку по программе академической мобильности в лабораторию Федорова, чтобы разобраться в особенностях процесса визуализации и доложить результаты пилотного исследования на крупнейшей аритмологической конференции в Сан-Франциско, а Катя Иванова участвовала в частотном и визуализационном анализе в стенах Сколтеха. Эти два молодых исследователя действительно взяли от выборки все, что можно, чтобы обучить модель машинного обучения с помощью оптических данных».

В исследовании также принимали участие Медицинский центр Векснера при Университете штата Огайо, а также Институт исследований сердца и легких имени Дороти Дэвис. Работа профинансирована грантами Национальных институтов здравоохранения США, Российского фонда фундаментальных исследований и Центра исследований сердечной недостаточности и аритмии имени Боба и Коррин Фрик. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
141 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.
Вчера, 16:14
5 минут
Денис Гордеев

До нынешнего года эти окаменелости видели воочию считаные десятки людей.

Позавчера, 14:31
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

Вчера, 21:43
5 минут
Василий Парфенов

Каких только гадостей не встречают врачи в телах пациентов. К сожалению, описанный индийскими врачами случай довольно типичен для этой страны. Интересным его делает видео, которое удалось записать медикам во время обследования больного.

Позавчера, 14:31
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

20 ноября
5 минут
Мария Азарова

Уже выявили около 500-700 случаев заболевания, которое проявляется в виде струпьев на конечностях, лице и гениталиях, а также вызывает раздражение глаз, сухость губ и небольшое повышение температуры тела.

Вчера, 16:14
5 минут
Денис Гордеев

До нынешнего года эти окаменелости видели воочию считаные десятки людей.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

2 ноября
10 минут
Василий Парфенов

Совсем недавно первые комплекты оборудования Starlink начали поступать простым пользователям, и они уже активно делятся опытом использования. Бета-тестирование под девизом «Лучше, чем ничего» позволяет оценить возможности готовой менее чем на 10% спутниковой группировки. И они впечатляют!

27 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Ученые пришли к выводу, что искусственные подсластители не могут быть здоровой заменой сладким напиткам.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: