Η τεχνητή νοημοσύνη στη διάγνωση της ρευματικής καρδιοπάθειας στα παιδιά

Όταν η Kelsey Brown συνάντησε τον Mohammed, το 15χρονο αγόρι από την Ουγκάντα αυτό ​​φαινόταν τρομερά ανήσυχο. Ήταν στα τελευταία στάδια της ρευματικής καρδιοπάθειας, η οποία σκοτώνει περίπου 400.000 ανθρώπους ετησίως σε όλο τον κόσμο. Η προγραμματισμένη εγχείρηση καρδιάς του για την αντιμετώπιση της ασθένειας είχε αναβληθεί μια μέρα.

Σε αυτό το σημείο, το υγρό που ανέβαινε από την καρδιά του Μοχάμεντ στους πνεύμονές του έκανε τόσο δύσκολη την αναπνοή που έπρεπε να κοιμηθεί καθισμένος σε όρθια θέση. Ο Μπράουν, ένας καρδιολόγος στο Εθνικό Νοσοκομείο Παίδων στην Ουάσιγκτον, υπέθεσε ότι ήταν ανήσυχος για τη χειρουργική επέμβαση. Αλλά ο Μοχάμεντ της είπε ότι δεν φοβόταν να αντιμετωπίσει τη διαδικασία.

«Ήταν πολύ νευρικός που η εγχείρησή του θα ακυρωνόταν και η καρδιά του δεν θα επισκευαζόταν», είπε ο Μπράουν, σημειώνοντας μια εκπληκτική αντίθεση με τα παιδιά στις Ηνωμένες Πολιτείες των οποίων ο κατανοητός φόβος είναι η ίδια η επέμβαση.

Τώρα, σε μια πρόοδο που δείχνει τη δυνατότητα της τεχνητής νοημοσύνης να βοηθήσει την ιατρική, ερευνητές στο Children’s National ανέπτυξαν ένα νέο εργαλείο με τεχνητή νοημοσύνη για τη διάγνωση της ρευματικής καρδιακής νόσου πολύ πριν ο ασθενής χρειαστεί χειρουργική επέμβαση. Σε συνεργασία με το προσωπικό του Ινστιτούτου Καρδιάς της Ουγκάντα, η ομάδα σχεδίασε ένα σύστημα που θα επιτρέπει σε εκπαιδευμένες νοσοκόμες να ελέγχουν και να διαγιγνώσκουν νωρίς τα παιδιά, όταν εξακολουθούν να μπορούν να υποβάλλονται σε θεραπεία με πενικιλίνη για λιγότερο από 1 δολάριο το χρόνο! Η έγκαιρη θεραπεία θα μπορούσε να σώσει χιλιάδες από το να υποβληθούν σε χειρουργική επέμβαση.

«Εστιάζουμε σε ένα δραματικά παραμελημένο παγκόσμιο ζήτημα υγείας που προκαλεί σοβαρό [θάνατο και ασθένειες]», δήλωσε ο Craig A. Sable, επικεφαλής του παγκόσμιου προγράμματος υγείας στο Children’s National και ένας από τους συγγραφείς μιας εργασίας που περιγράφει το εργαλείο AI στο Journal of the American Heart Association.

Ο Sable, ο οποίος έχει κάνει περισσότερα από 40 ταξίδια στην Ουγκάντα ​​για να φροντίσει παιδιά, είπε ότι στο πιο πρόσφατο ταξίδι του τον Νοέμβριο, έκανε οκτώ ή εννέα καρδιοχειρουργικές επεμβάσεις την εβδομάδα, αλλά παρατήρησε ότι υπήρχαν 1.500 παιδιά σε εθνική λίστα αναμονής για τη διαδικασία .

«Μόνο το ένα τέταρτο θα υποβληθεί σε χειρουργική επέμβαση πριν πεθάνουν», είπε.

Δυσκολίες στην έγκαιρη διάγνωση

Η ρευματική καρδιοπάθεια είναι μια ασθένεια που μπορεί να προληφθεί σε μεγάλο βαθμό και προκύπτει από τη σωρευτική απώλεια επαναλαμβανόμενων κρίσεων ρευματικού πυρετού, που προκαλείται από βακτήρια που ονομάζονται στρεπτόκοκκος της ομάδας Α. Η βακτηριακή ομάδα, που θεωρείται το πέμπτο πιο θανατηφόρο παθογόνο στον κόσμο, προκαλεί σύμφωνα με εκτιμήσεις 600 εκατομμύρια ανθρώπους κάθε χρόνο να προσβάλλονται από στρεπτόκοκκο λαιμό.

Μια μειοψηφία όσων έχουν μολυνθεί πάσχουν από ρευματική καρδιοπάθεια, η οποία προκύπτει από μια ανώμαλη ανοσοαπόκριση που βλάπτει την καρδιά και τις βαλβίδες της. Περίπου το 5 έως 10 τοις εκατό των ανθρώπων εκτιμάται ότι έχουν γενετική προδιάθεση σε αυτή την ανοσολογική απόκριση. Αλλά και περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως οι κακές και πολυσύχναστες συνθήκες διαβίωσης, παίζουν επίσης ρόλο.

Συχνά τα παιδιά εμφανίζουν τα πρώτα συμπτώματα της νόσου μεταξύ 8 και 10 ετών. Μπορεί να εντοπιστεί νωρίς με υπερηχογράφημα καρδιάς. Το πρόβλημα είναι ότι χώρες όπως η Ουγκάντα ​​έχουν πολύ λίγους καρδιολόγους για να ερμηνεύσουν τις εικόνες, καθιστώντας τον εκτεταμένο έλεγχο αδύνατον. Ως αποτέλεσμα, η ασθένεια συχνά μένει απαρατήρητη στα πρώτα της στάδια.

«Το παιδί δεν το ξέρει [ότι έχει την ασθένεια]. Οι γονείς δεν το ξέρουν», είπε ο Μπράουν. «Αν πάνε στο γιατρό, ο γιατρός δεν θα το άκουγε».

Η ρευματική καρδιοπάθεια μαστίζει χώρες που πλήττονται από τη φτώχεια όπως η Ουγκάντα, όπου πλήττει μεταξύ 2% και 3% όλων των παιδιών. Αυτές οι χώρες φιλοξενούν πολλά στελέχη βακτηρίων και τα παιδιά συχνά βιώνουν επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις. Η κατάσταση επιδεινώνεται με κάθε νέο αγώνα.

Αν και η ασθένεια δεν αποτελεί πλέον σημαντικό πρόβλημα στις Ηνωμένες Πολιτείες, ήταν μέχρι τις δεκαετίες του 1940 και του 1950, όπως γνωρίζει πολύ καλά ο Sable. Ήταν έφηβος όταν η γιαγιά του πέθανε από επιπλοκές από ρευματική καρδιοπάθεια και εμφύσημα.

«Ήταν η νούμερο ένα αιτία καρδιακού θανάτου στις Ηνωμένες Πολιτείες το πρώτο μισό του 20ου αιώνα», είπε ο Sable. «Περισσότερα από 100.000 στρατιωτικά μέλη αποκλείστηκαν από τον στρατό για τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο επειδή είχαν ρευματικό πυρετό ή ρευματική καρδιοπάθεια».

Τεχνητή νοημοσύνη που μπορεί να «λειτουργήσει σαν γιατρός»

Η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης στην υγειονομική περίθαλψη έχει εκτοξευθεί από το 2018, όταν η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων ενέκρινε το πρώτο ανεξάρτητο διαγνωστικό εργαλείο βασισμένο σε τεχνητή νοημοσύνη – γνωστό ως IDx-DR – για τον έλεγχο για διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια, μια σοβαρή οφθαλμική πάθηση που μπορεί να αναπτυχθεί σε άτομα με διαβήτη. Λίγο περισσότερο από πέντε χρόνια αργότερα, υπάρχουν σχεδόν 700 εγκεκριμένα από τον FDA εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης και ιατρικές συσκευές με δυνατότητα μηχανικής μάθησης.

Ενώ τα μηχανήματα υπερηχοκαρδιογραφήματος σε ένα νοσοκομείο ζυγίζουν πάνω από 200 κιλά και κοστίζουν 250.000 $, ο εξοπλισμός που αναπτύχθηκε από την Εθνική ομάδα Παίδων θα ήταν ελαφρύς και κοστίζει μεταξύ 2.000 και 5.000 $. Μια εταιρεία με έδρα τη Σιγκαπούρη, η Us2.ai, αναπτύσσει λογισμικό με τον αλγόριθμο της ομάδας, ο οποίος εκπαιδεύτηκε χρησιμοποιώντας περισσότερα από 1.000 υπερηχοκαρδιογραφήματα.

Ο αλγόριθμος μπορεί να ερμηνεύσει τις εικόνες σε δευτερόλεπτα, ταξινομώντας τις είτε ως «φυσιολογικές» ή ως «θεωρήστε τη ρευματική καρδιοπάθεια». Σε δοκιμές σε υπερηχοκαρδιογραφήματα περισσότερων από 500 ασθενών, το νέο εργαλείο ερμήνευσε εικόνες με ποσοστό ακρίβειας κοντά στο 90%.

«Η αξία της τεχνητής νοημοσύνης είναι εξαιρετική αν μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε για να βελτιώσετε την ακρίβεια των εικόνων», δήλωσε ο Chris Longenecker, διευθυντής του Παγκόσμιου Προγράμματος Καρδιαγγειακής Υγείας στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Είπε ότι η τεχνητή νοημοσύνη θα κάνει τον υπέρηχο ένα ιδιαίτερα ισχυρό εργαλείο επειδή «μπορείτε να τον μεταφέρετε στις πιο απομακρυσμένες γωνιές μιας χώρας χαμηλού εισοδήματος».

Ο Longenecker είπε ότι η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί επίσης να βοηθήσει τους γιατρούς να μάθουν περισσότερα για τα κρίσιμα χαρακτηριστικά της ρευματικής καρδιακής νόσου.

«Η AI μπορεί να λειτουργήσει σαν γιατρός και ενδεχομένως να προσθέσει κάτι σε αυτό που κάνει ένας γιατρός», δήλωσε ο Pooneh Roshanitabrizi, επιστήμονας στο Children’s National που ανέπτυξε τον νέο αλγόριθμο για την ερμηνεία των ηχοκαρδιογραφημάτων με τον Marius Linguraru, κύριο ερευνητή στο Ινστιτούτο Παιδιατρικής Sheikh Zayed του νοσοκομείου για τη Χειρουργική Καινοτομία.

Ερευνητές από το Children’s National είπαν ότι το νέο σύστημα προσυμπτωματικού ελέγχου δοκιμάζεται και βελτιώνεται με βάση έως και 200.000 παιδιατρικές περιπτώσεις στην Ουγκάντα. Κάθε παιδί στο πρόγραμμα ελέγχεται σύμφωνα με το ισχύον πρότυπο, στο οποίο εκπαιδευμένοι νοσηλευτές ερμηνεύουν μόνοι τους τα υπερηχοκαρδιογραφήματα.

Στη συνέχεια, η συντριπτική πλειοψηφία των δεδομένων από τις 200.000 περιπτώσεις θα χρησιμοποιηθεί για την εκπαίδευση και τη βελτίωση του αλγόριθμου.

Εάν το νέο εργαλείο προσυμπτωματικού ελέγχου λάβει έγκριση από τις ρυθμιστικές αρχές της Ουγκάντα ​​και των ΗΠΑ, κάθε νοσηλευτής θα λάβει έναν καθετήρα στο μέγεθος ενός ποντικιού υπολογιστή – για τη δημιουργία εικόνων της καρδιάς – και ένα tablet εξοπλισμένο με το στοιχείο AI.

Οι περιπτώσεις που χαρακτηρίζονται ως πιθανή ρευματική καρδιοπάθεια θα παρακολουθούνται με εξέταση από καρδιολόγο. Οι επισκέψεις καρδιολόγου θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν με χρήση τηλεϊατρικής αντί να απαιτούν ταξίδια προς ή από απομακρυσμένες περιοχές.

Η Shelby Kutty, διευθύντρια παιδιατρικής συγγενούς καρδιολογίας στο Johns Hopkins Children’s Center, η οποία δεν συμμετείχε στο έργο, είπε ότι ενώ παρόμοια έρευνα έχει γίνει για καρδιακές παθήσεις ενηλίκων, «η εργασία στην παιδική καρδιοπάθεια ήταν σχετικά περιορισμένη».

«Συνολικά πιστεύω ότι αυτή είναι πολύ ενθαρρυντική δουλειά», πρόσθεσε ο Kutty. «Πιστεύω ότι το αντικείμενο είναι σε καλό δρόμο».

Πηγή:  washingtonpost.com