Российские ученые научили нейросеть диагностировать сколиоз без рентгена
Ученые Пермского Политеха разработали метод диагностики сколиоза с помощью искусственного интеллекта. Для анализа используется обычная камера смартфона: алгоритм строит 3D-модель спины, определяет ключевые точки позвоночника и вычисляет параметры искривления с точностью до 88%. Это решает проблему недоступности дорогих и небезопасных методов диагностики (рентген, МРТ, КТ) для массового и регулярного обследования, особенно детей и беременных. Приложение будет доступно для бесплатного скачивания в сентябре.
Результаты исследований опубликованы в статье. Сколиоз представляет собой опасное трехмерное искривление позвоночника, которое наиболее часто развивается в подростковом возрасте. Согласно медицинской статистике, распространенность сколиоза среди детей достигает 39% случаев. Заболевание характеризуется не только боковой деформацией, но и скручиванием позвоночного столба, что приводит к формированию реберного горба (ротация) и деформации грудной клетки.
Это нарушает функцию легких и сердца, вызывая одышку и снижение выносливости. Постоянная нагрузка на мышцы провоцирует хронический болевой синдром, ускоряет износ позвоночника, способствуя развитию остеохондроза и грыж. В тяжелых случаях возможны неврологические осложнения, инвалидизация и серьезные психологические проблемы, включая депрессию и социальную дезадаптацию.
Существующие методы диагностики сколиоза обладают серьезными ограничениями, особенно для детей и беременных женщин. Рентген снимается в двух проекциях и не позволяет оценить трехмерную деформацию и скручивание позвоночника, к тому же он несет риск лучевой нагрузки. Тест Адамса (наклон вперед) дает лишь субъективную качественную оценку без точных количественных показателей. МРТ, хотя и не несет лучевой нагрузки и преимущественно используется для выявления причин деформаций и предоперационного планирования, но из-за высокой стоимости недоступен для массового обследования. Наиболее серьезные ограничения связаны с компьютерной томографией, которая из-за высокой дозы облучения категорически противопоказана для регулярного мониторинга уязвленных групп населения, что создает существенные проблемы в системе динамического наблюдения за пациентами этих категорий.
Безопасной альтернативой является трехмерная оптическая топография, создающая 3D-модель спины без излучения. Однако система требует дорогого оборудования и специальных помещений, что ограничивает ее доступность. В том числе, сам процесс сканирования и анализа занимает много времени, а точность зависит от правильности позиции пациента и технических параметров. Данные особенности создают предпосылки для разработки более доступных и практичных диагностических технологий.
Ранее ученые Пермского Политеха разработали и с нуля обучили специальную нейросеть, предназначенную для автоматического распознавания ключевых анатомических точек на спине по обычной фотографии. На основе данного алгоритма было создано готовое к использованию приложение для смартфонов и компьютеров, которое предлагает два режима работы: экспресс-анализ по статичному изображению и фотограмметрию — расширенный анализ с построением 3D-модели на основе видеозаписи, которая рассчитывает все необходимые параметры (углы искривления, ротации, асимметрии) без лучевой нагрузки.
Для успешного внедрения нейросети в клиническую практику учеными был проведен сравнительный анализ, в ходе которого сопоставили данные, полученные с помощью искусственного интеллекта, с результатами диагностики методом трехмерной оптической топографии. В рамках данной работы она применялась как эталонный метод, обеспечивающий точные измерения деформаций позвоночника и туловища. Такой подход позволил получить объективные данные по асимметрии тела, пространственной ориентации туловища, углам искривления позвоночника и показателям баланса. Полученные результаты использовались в качестве «золотого стандарта» для проверки достоверности нового диагностического метода.
— В исследовании приняли участие 166 детей, каждому из которых провели диагностику двумя методами: инновационной системой на основе искусственного интеллекта и классической компьютерной оптической топографией. В рамках первого подхода было выполнено 120 фотографий спины с разных ракурсов, на основе которых нейросеть построила детализированную 3D-модель, автоматически определила 16 ключевых анатомических точек (в области шеи, лопаток, талии и других зон) и рассчитала 123 клинических параметра позвоночника, включая все необходимые углы искривления и ротации, — рассказал Иван Шитоев, ассистент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика ПНИПУ.
Для сравнения результатов двух методов использовали специальный математический подход — корреляционный анализ. Он проверял, насколько изменения в показаниях одного метода соответствуют изменениям другого. Оказалось, что в данном исследовании эта согласованность была очень высокой — все значения находились в практически одном диапазоне.
— Анализ данных выявил 54 значимые взаимосвязи между показателями двух методов диагностики. Были обнаружены сильные связи в четырех ключевых категориях: параметры асимметрии тела (перекос плеч, лопаток, таза), деформации позвоночника (боковые отклонения, кифоз), ротационные показатели (скручивание отдельных сегментов позвоночника) и параметры баланса тела. Например, угол перекоса лопаток по нейросети тесно связан с асимметрией плечевого пояса по компьютерной оптической томографии, — объяснил Иван Шитоев.
Результаты эксперимента показывают высокую степень согласованности с данными рентгенографии, превышающую 75%. При этом по сравнению с компьютерной оптической томографией уровень соответствия достигает 95%. Полученные показатели объективно подтверждают диагностическую точность нейросети по всем важным параметрам. Алгоритм верно идентифицирует как явные нарушения осанки, так и сложные пространственные деформации, обеспечивая уровень анализа, сопоставимый со специализированным медицинским оборудованием.
Благодаря этому исследованию, мобильное приложение является эффективным инструментом для массового профилактического обследования и профессиональной клинической оценки, создавая доступную альтернативу дорогостоящим диагностическим системам. Технология открывает возможности для раннего выявления патологий в любых условиях — от медучреждений до домашнего использования — что принципиально меняет подходы к профилактике и своевременному вмешательству при заболеваниях опорно-двигательной системы.
В настоящее время ведется работа над обновлением интерфейса программы ScolView. Ее релиз запланирован на сентябрь: приложение будет доступно для бесплатного скачивания в основных магазинах (AppStore, GooglePlay, RuStore и другие) с возможностью приобретения платных премиум-функций.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
До сих пор астрономы открывали атмосферы преимущественно у крупных экзопланет — горячих юпитеров, субнептунов и мини-нептунов. У потенциально пригодных для жизни миров, находящихся в зоне обитаемости, наличие газовой оболочки подтвердить не получалось. Теперь это удалось сделать команде американских ученых. Они получили первые убедительные свидетельства существования атмосферы у суперземли LHS 1140 b, расположенной приблизительно в 48 световых годах от Солнца. Открытие показало, что относительно небольшие экзопланеты возле красных карликов способны долгое время сохранять газовые оболочки, несмотря на активность своих звезд.
Исследователи МФТИ обнаружили, что общепринятая теоретическая модель, которая десятилетиями служила стандартом для описания систем, состоящих из сверхпроводников и магнетиков, работает далеко не всегда, и предложили куда более точную картину.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно