2 lipca 2021

Okiem WUM. Sztuczna inteligencja a długoterminowe EKG dzieci

Zespół naukowców Kliniki Kardiologii Wieku Dziecięcego i Pediatrii Ogólnej Dziecięcego Szpitala Klinicznego – Uniwersyteckiego Centrum Klinicznego WUM, kierowanej przez prof. dr hab. n. med. Bożenę Werner, rozpoczyna realizację projektu badawczego „Przeprowadzenie badań EKG oraz analizy ich wyników na potrzeby opracowania metody automatycznej oceny zaburzeń rytmu serca i przewodzenia u dzieci po operacjach wad wrodzonych serca”. Jego szczegóły w rozmowie z „Pulsem” wyjaśniają prof. Bożena Werner, kierująca pracą naukowo-badawczą, i lider projektu dr n. med. Radosław Pietrzak.

Na czym polega innowacyjność zapoczątkowanego przez państwa projektu?

Bożena Werner: Stworzony przez nas projekt ma na celu wykorzystanie sztucznej inteligencji do opracowania algorytmów automatycznej analizy długoterminowych zapisów EKG dzieci. Sztuczna inteligencja znajduje coraz szersze zastosowanie jako cenne narzędzie w medycynie. Jej algorytmy sprawdzają się w analizie dużych zbiorów danych. Są obecnie wykorzystywane do interpretacji zapisów holterowskich EKG dorosłych. Brak natomiast analogicznie działających narzędzi do wykorzystania w przypadku pacjentów pediatrycznych. Analiza sygnału EKG musi uwzględniać fizjologiczne odrębności zapisu EKG związane z wiekiem dziecka. Zastosowanie algorytmów dla dorosłych skutkowałoby błędami w ocenie. Aktualnie holterowskie zapisy EKG dzieci analizowane są manualnie przez wyszkolonych kardiologów dziecięcych, co jest mozolne i czasochłonne, a zapotrzebowanie na badania stale rośnie.

Dlaczego dotąd nie powstały metody analizy zapisu EKG pacjentów pediatrycznych?

Radosław Pietrzak: Liczba dzieci wymagających analizy elektrokardiograficznej, w tym badania holterowskiego, wzrasta z roku na rok. Wykonuje się ją w różnych sytuacjach klinicznych, np. w przypadku wad wrodzonych serca, omdleń, kołatań serca. Mimo to liczba dzieci poddawanych badaniu jest wciąż znacząco niższa od liczby potrzebujących go dorosłych. Z tego powodu wdrażanie nowych technologii w kardiologii dziecięcej jest dla biznesu mało opłacalne. Co więcej środowisko kardiologów dziecięcych, mając świadomość niszowości tej dziedziny medycyny, nauczyło się funkcjonować w istniejących warunkach, choć firmy wykorzystujące sztuczną inteligencję skupiają się na innych obszarach, np. badaniach obrazowych. Mamy nadzieję, że dzięki naszej inicjatywie udowodnimy nie tylko wagę zastosowania nowych technologii informatycznych do analizy zapisu EKG, ale także atrakcyjność kardiologii dziecięcej dla szeroko pojętego przemysłu związanego z medycyną.

Jaka jest różnica między dziećmi a dorosłymi, jeśli chodzi o analizę zapisu EKG?

R.P.: Układ krążenia podlega takim samym procesom dojrzewania w czasie rozwoju ontologicznego jak inne narządy i układy. Z tego zjawiska wynikają różnice sygnału EKG, w zależności od wieku. Do najważniejszych należą tachykardia zatokowa u niemowląt lub przeciwnie bradykardia zatokowa u nastolatków intensywnie uprawiających sport, a także dość często spotykana nasilona niemiarowość zatokowa występująca u dzieci w wieku wczesnoszkolnym. Zjawiska te w zapisie EKG mogą stanowić istotny problem diagnostyczny, szczególnie dla lekarzy o mniejszym doświadczeniu klinicznym. A nawet dla lekarzy doświadczonych manualna analiza zapisu jest procesem żmudnym i czasochłonnym.

Czy będziecie państwo pracować nad uniwersalną metodą zautomatyzowanej analizy zapisu EKG dla wszystkich pacjentów pediatrycznych, czy powstaną odrębne metody dla dzieci w różnym wieku?

R.P.: Badanie przez nas zaprojektowane dotyczy dzieci w każdym wieku, od urodzenia do 18. roku życia. Dla ułatwienia precyzyjnej analizy odrębności zapisu EKG w zależności od etapu rozwoju układu krążenia badaną populację podzieliliśmy na cztery grupy wiekowe, w których rytm serca ma inną specyfikę. W każdej z tych grup wyzwania związane z automatyczną analizą są nieco inne. Należy jednak pamiętać, że rozwój układu krążenia jest procesem ciągłym. Podział, jakiego dokonaliśmy, jest zatem nieco sztuczny i ma charakter pragmatyczny. Jego celem było jedynie usystematyzowanie analizy danych. Chcielibyśmy jednak, żeby ostateczna wersja systemu była uniwersalna i by jedna aplikacja samodzielnie przeprowadzała analizę zapisu EKG po wprowadzeniu danych dotyczących wieku dziecka.

 Jakie korzyści naukowe i biznesowe  przyniesie zrealizowanie tego projektu? Kiedy można liczyć na wymierne efekty państwa pracy?

B.W.: Analiza EKG będzie prowadzona za pomocą systemu Cardiomatics, który jest narzędziem do automatycznej analizy sygnału EKG, działającym w technologii chmury obliczeniowej. Zebranie dużej bazy sygnałów EKG umożliwi dokładną ocenę zaburzeń rytmu serca i przewodzenia u pacjentów po operacjach wad wrodzonych i naukowe opracowanie wyników. Natomiast stworzenie wiarygodnego systemu do automatycznej analizy zapisu EKG metodą Holtera u dzieci pozwoli na zwiększenie dostępności tego badania i usprawni pracę klinicystów. Realizacja projektu, na który uzyskaliśmy środki z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, jest zaplanowana na dwa lata.

Czy wzrost zapotrzebowania na analizy 24-godzinnego monito-rowania EKG dzieci wynika z rozpowszechnienia się chorób kardiologicznych, czy ze skuteczniejszego ich diagnozowania? 

B.W.: Ma związek zarówno ze zwiększoną liczbą dzieci i młodzieży z chorobami układu sercowo-naczyniowego, jak i z bardziej precyzyjną diagnostyką. Wzrosła wykrywalność wrodzonych wad serca od okresu płodowego i noworodkowego, a szybki rozwój kardiochirurgii i kardiologii interwencyjnej zaowocował wzrostem populacji dzieci i młodzieży po leczeniu wad serca, u których dochodzi do arytmii.  Rozwój badań genetycznych skutkuje lepszą wykrywalnością wrodzonych zespołów arytmii, kanałopatii i związanych z arytmiami kardiomiopatii. Wcześniejsza diagnostyka i lepsza opieka kardiologiczna znacząco przyczyniają się do zwiększenia przeżywalności pacjentów z groźnymi zaburzeniami rytmu i przewodzenia. Monitorowania EKG wymagają dzieci z wrodzonymi i nabytymi wadami serca, po leczeniu wad, z podejrzeniem arytmii, kołataniami serca, omdleniami, z infekcyjnymi chorobami z zajęciem układu sercowo-naczyniowego i po przejściu tych chorób. To duża populacja pacjentów, u których trzeba zidentyfikować problem, rozstrzygnąć kwestie udziału w zajęciach sportowych, zdecydować o potrzebie leczenia farmakologicznego lub zabiegowego arytmii, przewidzieć problemy związane z wyborem zawodu i odległe skutki choroby.

Forum dyskusyjne - napisz komentarz

Musisz się zalogować, aby móc dodać komentarz.

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza