В Сколтехе создали устройство на основе методов машинного обучения для быстрого и безболезненного забора крови
Исследователи Сколтеха разработали первый прототип медицинской системы визуализации, основанной на использовании нейронных сетей для анализа изображений вен в ближнем ИК-диапазоне и проецирования венозного рисунка на тело пациента. Новый метод поможет упростить забор венозной крови и снизить ощущения дискомфорта у пациентов, у которых по ряду причин может быть затруднен доступ к венам.
Результаты исследования опубликованы в сборнике трудов XVI Международной конференции по управлению, автоматизации, робототехнике и техническому зрению (ICARCV). Ежедневно в мире выполняется около 20 миллионов анализов крови. Авторы статьи приводят данные, согласно которым в 45 процентов случаев забор крови вызывает определенный дискомфорт у пациентов в силу различных причин, затрудняющих доступ к венам: диабет, юный возраст пациента и индивидуальные особенности организма.
Если вены плохо видны и не пальпируются, то даже опытные медицинские работники вынуждены прибегать к использованию технических средств, при этом рискуя сделать множественные или неточные проколы, что может иметь негативные последствия для пациента, особенно если речь идет о пожилых людях. Доцент Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE), руководитель группы вычислительной визуализации Сколтеха Дмитрий Дылов и его коллеги разработали интеллектуальный сканер вен ближнего ИК-диапазона, при помощи которого можно достаточно точно определять контуры вен на ногах и руках, причем делать это в полностью автоматическом режиме без использования каких-либо пользовательских данных.
Для решения этой задачи исследователи использовали искусственные нейронные сети и методы обучения с подкреплением, что позволило более тщательно проанализировать изображения и спроецировать их на тело пациента, получив таким образом средство для визуализации вен с учетом особенностей комплекции и положения пациента.
«Хотя инфракрасные сканеры вен уже широко применяются в клинической практике, наш сканер — первая разработка, основанная целиком и полностью на передовых методах ИИ: одна нейронная сеть отвечает за шумоподавление и обработку ИК-сигнала, вторая определяет контуры вен, а третья постоянно следит за тем, чтобы контуры вен, проецируемые на руку пациента, совпадали с их фактическими контурами.
Нам оставалось лишь на этапе обучения объяснить системе, «что такое хорошо и что такое плохо». Все остальное нейронные сети сделали сами: автоматически нашли оптимальные настройки для новых пациентов, определили внешние условия и даже отследили искажения, в том числе и те, с которыми система ранее не сталкивалась», − рассказывает Дмитрий Дылов.
Ведущий автор статьи, аспирант Сколтеха Вито Лели отмечает, что даже в инфракрасном диапазоне, где вены отображаются более контрастно, точно обнаружить вену зачастую непросто в силу целого ряда факторов. «Создаваемый сканер был изначально предназначен главным образом для решения алгоритмических задач и обработки изображений. Мы стремились учесть тот факт, что контрастность сосудистой сети у пациентов может значительно варьироваться, например, в зависимости от оттенка кожи, толщины кожного покрова и так далее. Наш алгоритм в его окончательной версии также способен обнаруживать сосудистую сеть даже при низком отношении сигнал/шум, что подтверждается данными тестирования на группе пациентов», − добавляет Вито Лели.
Исследователи создали прототип устройства и провели эксперименты на добровольцах для проверки его работоспособности. Тесты показали, что сканер способен обнаруживать венозный рисунок в ближнем ИК-диапазоне, а затем проецировать его в виде изображения на руку пациента. «Забор крови на анализ обычно производится из вен предплечья, поэтому нам представлялось логичным разработать систему для визуализации вен именно в этой области.
Однако наше устройство, благодаря свой компактности и гибкости, может также использоваться для визуализации сосудистой сети и на других частях тела, когда это необходимо для решения иных клинических задач, в частности, для установки катетера. На первом этапе исследования мы сформировали набор изображений предплечий в ближнем ИК-диапазоне, который впоследствии использовали для обучения устройства. Учитывая, что изображение руки можно считать практически «анонимным» (в отличие от фотографии лица), мы обратились с просьбой принять участие в съемке к добровольцам Сколтеха, которые с радостью согласились нам помочь», − отмечает соавтор статьи, студент магистратуры Сколтеха Александр Сарачаков.
Анализ крови при помощи нового устройства выполняется следующим образом: пациент кладет руку под устройство, которое практически мгновенно (менее чем за одну секунду) находит вену и проецирует ее на предплечье пациента. «Если вдруг пациент пошевелит рукой (хотя мы не рекомендуем этого делать во время анализа крови с использованием игл), немедленно запустится процедура перенастройки системы», − поясняет Александр.
«Предлагаемый нами сканер может масштабироваться для использования на других частях тела (например, сосудах лица и нижних конечностей), а также применяться в ветеринарных клиниках для выполнения сложных проколов вен у животных. Необходимо подчеркнуть, что мы стремились создать экономичное устройство, отличное от тех, которые сегодня предлагаются на рынке. Наши сети обладают необходимой легкостью и гибкостью, что позволит интегрировать их в существующие стандартные контроллеры», − отмечается в статье.
«В настоящее время мы работаем над решением задачи автоматического выбора оптимальных комбинаций моделей шумоподавления и сегментации, что позволит добиться чистоты изображений, а значит, и более точного распознавания вен. На данном этапе нам предстоит определить минимальный уровень отношения сигнал/шум, при котором мы могли бы проверить наличие у алгоритмов основных физических ограничений и изучить возможность использования недорогих компонентов.
В ближайшее время мы планируем провести тестирование второй версии прототипа, а, следовательно, подойти непосредственно к этапу запуска продукта. Работать на стыке фундаментальной науки и практической инженерной реализации оказалось невероятно интересно», − отмечает один из авторов статьи, научный сотрудник Сколтеха Олег Рогов.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Астрономы показали, что внутри космических пустот (войдов) все же формируются связанные группы галактик. Причем их свойства могут радикально отличаться от аналогичных систем в более «густонаселенных» регионах. Такие группы позволяют проверить, как окружающая среда влияет на рост космических структур и распределение темной материи там, где вещества очень мало.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
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.
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