Инструмент ИИ анализирует плаценту при рождении для более быстрого выявления проблем у новорожденных и матерей
Согласно новому исследованию ученых из Northwestern Medicine и Penn State, недавно разработанный инструмент, использующий компьютерное зрение и искусственный интеллект (ИИ), может помочь врачам быстро оценить состояние плаценты при рождении, потенциально улучшая уход за новорожденными и матерями.
В исследовании, опубликованном в журнале Patterns и представленном на обложке, описывается компьютерная программа PlacentaVision, которая может анализировать простую фотографию плаценты для выявления отклонений, связанных с инфекцией и неонатальным сепсисом — опасным для жизни состоянием, которое поражает миллионы новорожденных во всем мире.
«Плацента — один из самых распространенных образцов, которые мы видим в лаборатории», — сказал соавтор исследования доктор Джеффри Голдштейн, директор отделения перинатальной патологии и доцент кафедры патологии в Школе медицины Файнберга Северо-Западного университета. «Когда отделение интенсивной терапии новорожденных лечит больного ребенка, даже несколько минут могут иметь решающее значение в принятии врачебного решения. С диагностикой по этим фотографиям мы можем получить ответ на несколько дней раньше, чем при обычном процессе».
Северо-западный университет предоставил самый большой набор изображений для исследования, а Голдштейн руководил разработкой и устранением неполадок алгоритмов.
Элисон Д. Гернанд, контактный главный исследователь проекта, задумала первоначальную идею этого инструмента в ходе своей работы в сфере глобального здравоохранения, в частности, в тех случаях, когда женщины рожают дома из-за нехватки ресурсов здравоохранения.
«Отбрасывание плаценты без осмотра — распространенная, но часто упускаемая из виду проблема», — говорит Гернанд, доцент кафедры диетологии Пенсильванского государственного колледжа здравоохранения и развития человека (HHD). «Это упущенная возможность выявить проблемы и обеспечить раннее вмешательство , которое может уменьшить осложнения и улучшить результаты как для матери, так и для ребенка».
Почему раннее обследование плаценты имеет значение
Плацента играет жизненно важную роль в здоровье как беременной женщины, так и ребенка во время беременности, однако зачастую ее не обследуют должным образом при рождении, особенно в регионах с ограниченными медицинскими ресурсами.
«Это исследование может спасти жизни и улучшить результаты в области здравоохранения», — сказал Иму Пан, докторант программы по информатике Колледжа информационных наук и технологий (IST) и ведущий автор исследования. «Оно может сделать плацентарный осмотр более доступным, что принесет пользу исследованиям и уходу за будущими беременностями, особенно для матерей и детей с повышенным риском осложнений».
Ученые утверждают, что раннее выявление плацентарной инфекции с помощью таких инструментов, как PlacentaVision, может позволить врачам принять оперативные меры, например, назначить антибиотики матери или ребенку и внимательно следить за новорожденным на предмет признаков инфекции.
По словам исследователей, PlacentaVision предназначен для использования в различных медицинских демографических группах.
«В районах с низкими ресурсами — местах, где в больницах нет лабораторий патологии или специалистов — этот инструмент может помочь врачам быстро выявлять проблемы, такие как инфекции плаценты», — сказал Пан. «В хорошо оборудованных больницах этот инструмент может в конечном итоге помочь врачам определить, какие плаценты требуют дальнейшего детального обследования, что сделает процесс более эффективным и обеспечит приоритетность наиболее важных случаев».
«Прежде чем такой инструмент мог быть развернут по всему миру, нам пришлось преодолеть основные технические препятствия: сделать модель достаточно гибкой для обработки различных диагнозов, связанных с плацентой , и гарантировать, что инструмент будет достаточно надежным для обработки различных условий родов, включая различия в условиях освещения, качестве визуализации и клинических условиях», — сказал Джеймс З. Ван, заслуженный профессор Колледжа IST в Университете штата Пенсильвания и один из главных исследователей исследования.
«Наш инструмент ИИ должен сохранять точность, даже если многие тренировочные изображения поступают из хорошо оборудованной городской больницы. Было важно убедиться, что PlacentaVision может справиться с широким спектром реальных условий».
Как инструмент научился анализировать изображения плацент
Исследователи использовали кросс-модальное контрастное обучение — метод искусственного интеллекта для сопоставления и понимания взаимосвязей между различными типами данных — в данном случае визуальными (изображениями) и текстовыми (отчетами о патологиях) — чтобы научить компьютерную программу анализировать изображения плацент.
Они собрали большой, разнообразный набор данных изображений плаценты и патологических отчетов, охватывающих 12-летний период, изучили, как эти изображения связаны с результатами в отношении здоровья, и построили модель, которая могла бы делать прогнозы на основе новых изображений. Команда также разработала различные стратегии изменения изображений для имитации различных условий фотосъемки, чтобы можно было правильно оценить устойчивость модели.
Результатом стала PlacentaCLIP+, надежная модель машинного обучения, которая может анализировать фотографии плацент для выявления рисков для здоровья с высокой точностью. Она была проверена на международном уровне для подтверждения единообразной эффективности среди разных групп населения.
По словам исследователей, PlacentaVision разработана таким образом, чтобы быть простой в использовании и потенциально работать через приложение для смартфона или интегрироваться в программное обеспечение для медицинских записей, чтобы врачи могли быстро получать ответы после родов.
Следующий шаг: удобное приложение для медицинского персонала
«Наши следующие шаги включают разработку удобного мобильного приложения, которое смогут использовать медицинские специалисты — с минимальной подготовкой — в клиниках или больницах с ограниченными ресурсами», — сказал Пан. «Удобное приложение позволит врачам и медсестрам фотографировать плаценты и получать немедленную обратную связь, а также улучшить уход».
Исследователи планируют сделать инструмент еще умнее, включив больше типов плацентарных характеристик и добавив клинические данные для улучшения прогнозов, а также внеся вклад в исследования долгосрочного здоровья. Они также протестируют инструмент в разных больницах, чтобы убедиться, что он работает в различных условиях.
«Этот инструмент имеет потенциал для преобразования того, как плаценты исследуются после рождения, особенно в тех частях мира, где эти исследования проводятся редко», — сказал Гернанд. «Это нововведение обещает большую доступность как в условиях низких, так и высоких ресурсов. При дальнейшем совершенствовании он имеет потенциал для преобразования неонатальной и материнской помощи , позволяя проводить ранние персонализированные вмешательства, которые предотвращают серьезные последствия для здоровья и улучшают жизнь матерей и младенцев во всем мире».