Пандемия, вызванная коронавирусом, заставила многие отрасли ускоренными темпами освоить самые современные технологии. Медицина не исключение. Буквально этим летом московским программистам удалось обучить искусственный интеллект распознавать остеопороз, а в Санкт-Петербурге врачи для тех же целей успешно осваивают ультразвук.
Погрешности измерения
Пока что «золотым стандартом» диагностики остеопороза является двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (остеоденситометрия). Во время этого исследования детектор регистрирует интенсивность пропущенных через кость двух узких пучков рентгеновских лучей. В зависимости от технических характеристик аппарата можно тестировать различные участки скелета, но удобнее всего измерять минеральную плотность костной ткани на двух уровнях предплечья. По МПК на этих участках можно судить о состоянии костей в других частях скелета.
Все бы ничего, но нельзя исключить, что врач, читающий снимок, может ошибиться. Кроме того, не исключена погрешность измерения. И самое главное – такими приборами оснащены далеко не все поликлиники. Иногда, пока человек с подозрением на остеопороз доберется до диагностического центра, проходит несколько месяцев. Инновационные методы диагностики позволяют минимизировать возможность ошибок и погрешностей измерения, а также поставить диагноз по томограмме органов грудной клетки.
Нейронные сети ищут дефекты
За три месяца весеннего карантина из-за коронавируса только в Москве проведено около 3 тысяч КТ-исследований органов грудной клетки. Примерно треть из них сделана людям старше 50 лет. Тот самый возраст, когда высок риск остеопороза. Разработчики новой технологии диагностики решили воспользоваться этим обстоятельством и получили разрешение на дополнительное изучение КТ-снимков.
На основе анализа томограмм с помощью искусственного интеллекта и технологий компьютерного зрения специалисты разработали алгоритм определения компрессионных переломов позвонков. На первом этапе нейронная сеть выпрямляет изображение позвоночника, на втором – измеряет тела позвонков в трех направлениях. Затем она делит тот позвоночник, что на КТ-снимке, на отдельные сегменты, и размеры выпрямленных позвонков сравнивает с реальными. Так определяется степень их перелома и компрессии.
Для пущей наглядности и точности нейронная сеть окрашивает снимок. Интенсивность цвета характеризует наличие или отсутствие компрессионного перелома. Причем алгоритм научился обходить сопутствующие проблемы, например, сколиоз, артрит, спондилез. Он нацелен только на поиск и измерение тел позвонков. На основе этого алгоритма создана программа, работающая на основе двух нейронных сетей с высокой чувствительностью. С ее помощью сейчас проводится ретроспективный анализ КТ, полученных в ходе пандемии COVID-19. После его завершения программа пройдет “обкатку” в двух столичных поликлиниках. Ее разработчики надеются, что таким образом удастся совместить два исследования – КТ органов грудной клетки и скрининг на остеопороз. Это значительно сократит как время постановки окончательного диагноза, так и количество исследований, увеличив их точность.
Ультразвук вам в помощь
Еще одна новая технология успешно осваивается врачами центра профилактики остеопороза клинической ревматологической больницы № 25 Санкт-Петербурга. Это инновационное УЗИ. Прибор и метод запатентованы в Италии и получили название REMS (радиочастотная ультразвуковая денситометрия).
Если при традиционной абсорбциометрии используется рентгеновское излучение и измеряется поглощение и затухание рентгеновских лучей, то здесь исследуется затухание и поглощение ультразвука. В отличие от рентгеновского исследования при помощи ультразвука можно определить также качество микроархитектоники кости, то есть нарушения ее внутреннего строения.
“Сканирование проводится по нескольким направлениям и исключает особенности, которые не влияют на качество костной ткани”, - говорит доктор эндокринологии, профессор университета Флоренции Мария Луиза Бранди. По ее словам, прибор позволяет измерить минеральную плотность костной ткани в поясничном отделе позвоночника и проксимальном отделе бедра – там, где велик риск остеопорозных переломов.
Врачи, освоившие эту методику, отмечают, что автоматизированная технология уменьшает вероятность ошибок и зависимость результата от квалификации оператора. От оператора требуется вывести в поле зрения луча зону, где проводится измерение. Причем для корректного анализа нужно в 25 раз меньше кадров, чем получается при обычном УЗ-исследовании. Это позволяет отсеять все нечеткие или сомнительные изображения. После того, как сканирование началось, от человека уже ничего не зависит. Для исследования позвоночника требуется 60-80 секунд, бедренной кости – 40 секунд.
Специально для России разработана русифицированная программа. Аппарат по введенным в него параметрам рассчитывает индекс массы тела (ИМТ) и индекс FRAX – степень риска переломов в ближайшие 10 лет. В зависимости от ИМТ оператор может настроить фокус и глубину сканирования. Если специалист этого не сделает, аппарат напомнит.
Одно из преимуществ нового способа диагностики - по результатам измерения аппарат рассчитывает коэффициент хрупкости (Fragility Score) от 0 до 100. Чем он больше, тем выше риск переломов. Золотой стандарт диагностики с помощью рентгеновского излучения такой параметр не измеряет и не учитывает. Но иногда перелом происходит и при нормальных показателях минеральной плотности кости. Кроме того, с помощью радиочастотной ультразвуковой денситометрии можно измерять минеральную плотность кости и в том случае, если у пациента установлен металлический эндопротез. При традиционном способе измерения в подобных случаях результат получается некорректным, показания получаются завышенными. REMS же такие конструкции при расчетах автоматически исключает.
Сам по себе аппарат компактен, его можно использовать в любом кабинете, даже в палате или дома у маломобильных пациентов. Освоить эту технологию может врач любой специальности. Делать исследование можно сразу же, во время амбулаторного приема. Технология позволит быстрее ставить диагноз, пациент потратит меньше времени на хождение по кабинетам и быстрее получит лечение. И наконец, так как в основе этого метода диагностики лежит ультразвук, исследование можно проводить так часто, как это требуется. А это позволяет лучше контролировать эффективность применяемой терапии.