قام باحثون من التخنيون بالتعاون مع زملائهم في روسيا بتطوير تقنية للتشخيص الدقيق لمشاكل القلب بناءً على التحليل التلقائي لاختبارات تخطيط القلب الروتينية
قام الباحثون في التخنيون بتطوير تقنية لتحديد مشاكل القلب بدقة بناءً على اختبار تخطيط القلب الروتيني. وكجزء من البحث، تم تطوير قاعدة بيانات وأداة تحليل ستوفر للأطباء والمستخدمين الآخرين دقة وسرعة غير مسبوقتين، التشخيص الآلي لمجموعة من ثمانية اضطرابات قلبية شائعة.
البحث المنشور في المجلة تقارير علمية ترأس مجموعة Nature البروفيسور يائيل يانيف، رئيس مختبر أنظمة الطاقة الحيوية والكهربائية الحيوية في كلية الهندسة الطبية الحيوية، والبروفيسور عساف شوستر من مختبر أنظمة الكمبيوتر في كلية تاوب لعلوم الكمبيوتر، وطالب الدكتوراه فاد جلينر من كلية تاوب لعلوم الحاسوب في التخنيون. كما شارك في الدراسة فلاديمير ماركوف من مختبر برمجة الأنظمة في جامعة نوفغورود، وإيروتيوم أفاستيان من معهد فينيكوف لبرمجة الأنظمة في الأكاديمية الروسية للعلوم في موسكو.
يعد اختبار تخطيط القلب الكهربائي (ECG) هو التقنية الأكثر شيوعًا اليوم لتشخيص مشاكل القلب. تم عرضه لأول مرة في وقت مبكر من عام 1903 وحصل مخترعه، الهولندي ويليم أيندهوفن، على جائزة نوبل في الطب لعام 1924. وعلى عكس أول مخطط كهربية للقلب، الذي كان وزنه أكثر من 250 كيلوجرامًا، فإن أجهزة تخطيط القلب التي نعرفها اليوم هي أجهزة محمولة. والتي، بناءً على اختبار سريع، توفر بيانات حول حالة القلب، بما في ذلك عدم انتظام ضربات القلب ومشاكل أخرى. وهو اختبار غير جراحي يراقب المجالات الكهربائية التي تولدها أنسجة القلب باستخدام أقطاب كهربائية خارجية متصلة بـ 12 موقعًا في الجسم وتوفر 12 قناة إخراج. ونظرًا لبساطته النسبية، وانخفاض تكلفة الجهاز، فإن هذا الاختبار متاح أيضًا في العيادات الصغيرة والنائية.
لكن على الرغم من التطور الكبير في تقنية تخطيط القلب، وتصغير الجهاز إلى الأبعاد التي نعرفها اليوم، لا يزال يتم فك تشفير النتائج بالطريقة القديمة - قراءة السجل (المخرجات) من قبل طبيب القلب. تحتوي طريقة فك التشفير هذه بالطبع مكونات ذاتية لذلك ليس من المستغرب أن يتوصل أطباء القلب المتخصصون المختلفون إلى استنتاجات سريرية مختلفة من نفس النتيجة.
إذن، يمثل فك رموز المخرجات عنق الزجاجة الذي يشغل العديد من المجموعات البحثية حول العالم. بدأت محاولة ميكنة فك رموز مخطط كهربية القلب في وقت مبكر من عام 1957، وذلك بشكل رئيسي في سياق الرجفان البطيني، ولكن أداء هذه الأنظمة ليس مثيرًا للإعجاب. وحتى إدخال الذكاء الاصطناعي في الصورة لم يؤد حتى الآن إلا إلى تحليل ناتج واحد في كل مرة، ولم يسفر حتى الآن عن مستوى عالٍ من الدقة بشكل خاص. كل هذه الأمور تترك خطرنقص تشخيص مشاكل القلب الحرجة.
والآن بالنسبة للأخبار السارة: تُظهر التكنولوجيا التي طورها باحثو التخنيون وزملاؤهم في روسيا دقة غير مسبوقة في تفسير تسجيلات تخطيط القلب المتعددة وتوفر تشخيصًا لاضطرابات القلب المختلفة في نفس الوقت.
تقوم التقنية التي طورها باحثو التخنيون بتحليل سجلات تخطيط القلب (ECG) تلقائيًا (أو الصور الممسوحة ضوئيا الإشارات)، ويعتمد ذلك على الشبكات العصبية ذات الطبقات، وهي إحدى أكثر الأدوات فعالية في عالم الذكاء الاصطناعي. تتعلم هذه الشبكات أنماطًا مختلفة من خلال التدريب على أمثلة متعددةوتم تدريب النظام الذي طوره الباحثون على أكثر من 40 ألف تسجيل قياسي لتخطيط القلب. هذه هي اختبارات تخطيط القلب التي تم إجراؤها لأكثر من 6,800 شخص في 11 مستشفى.
تم فحص عشرات الآلاف من السجلات وفك شفرتها من قبل أطباء القلب الخبراء، الذين قاموا بتصنيفها إلى تسعة حالات مختلفة - حالة قلبية طبيعية وثمانية حالات سريرية إشكالية. يقدم النظام الجديد متوسط دقة 96% في تشخيص الحالات المختلفة مقارنة بـ 80% في الخوارزميات الموجودة. يقوم النظام الجديد بمراقبة جميع المواقف بمستوى أعلى من الدقة مقارنة بالأنظمة السابقة: على سبيل المثال، تم تشخيص الرجفان البطيني بدقة بلغت 98% مقارنة بـ 92% في الخوارزميات الموجودة. تم تشخيص LBBB - وهي مشكلة التوصيل في البطين الأيسر - بدقة 100% مقارنة بـ 85%. تم تشخيص حالة القلب الطبيعية بدقة 96% مقارنة بـ 82%.
الإنجاز الذي قدمه باحثو التخنيون في التقارير العلمية يمهد الطريق للرصد المبكر لمشاكل القلب، بما في ذلك الاعتماد على الصور المسجلة على الهاتف الذكي. ويوضح الباحثون ذلك النظام لا يجعل الطبيب زائداً عن الحاجة، بل يزوده بنوع من الرأي الإضافي، وقد يحدد المشكلات التي قد يفشل فيها الفحص البشري للتسجيلات، مهما كانت احترافية. إنهم يخططون الآن لدراسات المتابعة التي من شأنها تحسين جودة الخوارزمية في سياقات مثل التباين في السكان وبين السكان، والتباين في أجهزة الاختبار، وأكثر من ذلك، بالإضافة إلى تطوير تطبيق للهواتف الذكية يسمح لكل يقوم الطبيب والمريض بمسح المخطط والحصول على فك تشفيره على الفور.
قام باحثو التخنيون بتطوير قاعدة بيانات مفتوحة المصدر لصالح الأطباء والمستخدمين الآخرين. وقد تم دعم الدراسة من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا ومؤسسة ياد هانديف.
لمقال في المجلة تقارير علمية انقر هنا
