Задачу ранней диагностики болезни Паркинсона поставили перед собой ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтех). Видеокамера, несколько упражнений и машинное обучение — вот составные части системы, способной детектировать болезнь, определять ее стадию и отслеживать динамику развития с точностью до 95%.
Идея проекта возникла у профессора Сколтеха, кандидата технических наук Андрея Сомова в 2017 году, когда он познакомился с нейрохирургом, заведующим нейрохирургическим отделением стационара Федерального медицинского биофизического центра (ФМБЦ) им. А. И. Бурназяна ФМБА России, кандидатом медицинских наук Максимом Сергеевичем Семеновым. Опытный нейрохирург, человек с пытливым умом, Семенов давно интересовался проблемой диагностики болезни Паркинсона, которую нельзя вылечить, но можно эффективно затормозить, если выявить на ранних стадиях. Он предложил Андрею Сомову объединить усилия и разработать систему диагностики с использованием искусственного интеллекта. Об идее узнала Екатерина Витальевна Бриль, невролог, кандидат медицинских наук, руководитель Федерального неврологического центра экстрапирамидных заболеваний (группа двигательных нарушений, возникающих в результате повреждения некоторых структур головного мозга.— «Ъ-Наука») и психического здоровья ФМБЦ им. А. И. Бурназяна, которая совместно с коллегой — кандидатом медицинских наук неврологом Ольгой Сергеевной Зимняковой активно поддержала группу ученых и создала все условия для сотрудничества. Так возникла команда единомышленников, ядром которой стала научная группа Центра сквозного проектирования Сколтеха под руководством Андрея Сомова. «Сегодня диагностика болезни Паркинсона во всем мире строится на опыте врача,— объясняет ученый.— Мы хотели вместе с медиками создать объективный инструмент для детектирования болезни. Сделать систему второго мнения, помогающую врачам».
Как и любую другую, болезнь Паркинсона важно выявить именно на ранней стадии: благодаря своевременному лечению пациент может снизить риск развития тяжелых форм недуга и в целом повысить качество жизни. Но есть и экономическое обоснование. «На терапию пациента, у которого болезнь Паркинсона обнаружена на первой стадии, государство потратит около 700 тыс. руб. до конца его жизни, а при выявлении на поздних стадиях цифра вырастет до 2,5 млн»,— говорит Андрей Сомов.
Специалисты приняли решение разработать максимально простую в использовании, одинаково удобную для врачей и пациентов высокоточную систему, чтобы неврологи или даже терапевты могли проводить диагностику на местах, в районных поликлиниках и амбулаториях, в том числе в ходе диспансеризации. По задумке, тестирование должно занимать не больше пяти минут, позволяя с высокой точностью диагностировать не только болезнь Паркинсона, но и ряд других заболеваний, похожих по симптоматике, в том числе эссенциальный тремор и дистонию.
За дело берется ИИ
Научная группа, которую возглавляет Андрей Сомов, занимается применением сенсорных технологий, в том числе видеокамер с использованием методов машинного обучения, которые решают различные задачи детектирования, классификации и т. д. Эти технологии идеально подошли для диагностики болезни Паркинсона. Вначале ученые вместе с медиками разработали 15 упражнений, каждое из которых выполняется за 40 секунд. Делать упражнения пригласили здоровых и больных. Движения фиксировали при помощи датчиков, установленных на запястьях, и видеокамерой. «Мы использовали специальную библиотеку, которая на полученных изображениях отмечала ключевые точки, например там, где находятся плечи, локоть, кисть, колени и т. д.,— говорит Андрей Сомов.— После мы проанализировали движения этих точек и выявили определенные отклонения, будь то тремор, замирания и другие процессы. Полученные данные мы размечали вместе с неврологами. То есть говорили нашей системе: этот пациент здоров, у этого болезнь Паркинсона, условно говоря, в третьей стадии, а у следующего, например, эссенциальный тремор. Таким образом нейросеть тренировалась запоминать, кто здоровый, а кто больной, и на какой стадии находится болезнь. На приеме у врача натренированная нейросеть сможет с 95-процентной вероятностью определять болезнь и ее стадию».
Когда нейросеть была обучена, число упражнений сократили до пяти. «Мы посмотрели, какую точность детектирования дает каждое упражнение, проанализировали признаки, наиболее важные при анализе действий пациента, и пришли к выводу, что пять ключевых упражнений позволят определять болезнь с той же точностью, что и пятнадцать,— отмечает Андрей Сомов.— Это позволит сократить время тестирования, ведь на прием одного пациента у невролога отводится всего 22 минуты».
В дальнейшем получать данные о своем состоянии сможет и сам пациент. Ученые планируют выпустить приложение для смартфона. Достаточно выполнить упражнения перед камерой смартфона, полностью попадая в кадр, и система поставит диагноз. Ту же информацию можно получить при помощи браслетов с встроенными датчиками движения. Человек делает упражнения, датчики фиксируют движения, и система передает врачу готовую аналитику, а пациенту могут быть даны соответствующие рекомендации.
Диагностика идет в массы
Прототип уже прошел тестирование в ФМБЦ им. А. И. Бурназяна. Инноваторы из Сколтеха ставят своей целью помочь пациентам, у которых нет возможности обратиться в специализированные лечебные учреждения, а также тем, у кого симптомы болезни Паркинсона, возможно, еще не заметны. Поэтому они договорились об испытаниях в одной из городских поликлиник Москвы (ГП №2 ДЗМ), где есть кабинет невролога и пациенты не только регулярно обращаются со своими жалобами, но и проходят диспансеризацию. Андрей Сомов уверен, что в таких условиях, кроме прочего, удастся провести масштабное пилотное исследование системы и с технической, и с алгоритмической точек зрения, и понять, удобно ли медицинским работникам и пациентам ею пользоваться.
В планах ученых — оснастить системой всех неврологов Москвы, а затем и других регионов России. «В перспективе мы снабдим все поликлиники, даже в глубинке, где не хватает специалистов, и поможем наибольшему числу пациентов»,— уверен Сомов. Есть идея установить систему в психоневрологических диспансерах, в павильонах «Здоровье», которые все лето открыты в парках Москвы, в помещениях, где работают кружки для пожилых, в центрах «Мои документы», чтобы люди могли пройти тест, пока ждут очереди. «Я видел в одном из центров "Мои документы" и в бизнес-центрах Москвы кресла для мобильной ЭКГ-диагностики,— продолжает руководитель научной группы.— Обработанные данные в виде PDF-документа отправляются человеку на электронную почту, там же даются базовые рекомендации, стоит обратиться к врачу или нет. Такие системы не могут ставить диагноз, но могут предупредить человека и рекомендовать обратиться к специалисту».
Еще один интересный аспект — работа с фармацевтическими компаниями: система может помочь объективно оценивать эффективность препаратов и выявлять побочные эффекты. «Наша система, способная работать 24/7, может отследить малейшие изменения в состоянии пациента, на основании которых фармкомпании смогут корректировать состав имеющихся лекарств»,— указывает Андрей Сомов.
Результаты исследований ученых и врачей опубликованы в ведущих международных научных журналах, зарегистрированы три патента, связанных с разработкой системы, и в ближайшее время предстоит регистрация «изделия» в Росздравнадзоре. «Все это стоит денег,— говорит Андрей,— и мы сейчас из ученых-инноваторов превращаемся в стартаперов, которые привлекают средства, чтобы прототип можно было довести до конечного продукта, готового к масштабному внедрению. Наша миссия — как можно быстрее помочь специалистам и всем пациентам, которые с нетерпением ждут нашу систему. Мы не можем их подвести».
Все материалы Коммерсантъ www.kommersant.ru