Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
29.03.2021
Сколтех
3
916

В Сколтехе создали устройство на основе методов машинного обучения для быстрого и безболезненного забора крови

4.5

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.

В Сколтехе создали устройство на основе методов машинного обучения для быстрого и безболезненного забора крови / ©getty images

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Позавчера, 17:33
Денис Тулинов

Технологии искусственного интеллекта проникают во все сферы жизни. Наука не исключение — ученые начинают использовать машинное обучение все активнее, и за ним уже есть реальные научные достижения. Но это лишь прелюдия: ИИ явился не просто помочь с расчетами, его роль в будущем масштабнее — он усилит наше мышление, указывая на взаимосвязи, которые человеческому уму не видны. Наука изменится. Naked Science полагает, что у нее появился новый способ изучать мир.

Вчера, 14:24
Василий Парфенов

Что такое накопитель энергии? Чем отличается аккумулятор от батареи? В чем настоящее чудо электричества? Вся эволюция человечества тесно связана с нашим умением добывать энергию в разных формах. Но настоящая революция произошла, когда появились технологии преобразования тепла, давления и работы в электричество. Благодаря этому мы научились транспортировать энергию и запасать ее. Дальнейший рост эффективности энергосистем невозможен без накопителей. Naked Science решил разобраться во всех деталях.

Позавчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Позавчера, 18:10
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

1 ноября
Анна Новиковская

Когда мы представляем взаимодействие неандертальцев с нашими предками, первобытными людьми, то обычно думаем об агрессивных стычках и конкуренции на охоте. Однако теперь ученые выяснили, что два вида людей взаимодействовали на протяжении как минимум 200 тысяч лет — это слишком долгий срок для активных военных действий, но достаточный для постепенного «растворения» одного вида в другом.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

29.03.2021
-
0
+
"находит вену и проецирует ее на предплечье пациента" если это сказал тот самый учёный,следовало бы немного исправить его высказывание)
29.03.2021
-
0
+
Вспоминается анекдот времён СССР: - Наши учёные изобрели машину для бритья. Вставляешь туда лицо, тебя там пеной намазали и опасной бритвой быстро побрили. Ополоснули, освежили. И всё удовольствие - за одну минуту. - Так ведь формы лица у всех разные... - Ну.. Это в первый раз разные....
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: