Томские ученые научили ИИ выявлять инфаркт миокарда по “летучим” биомаркерам
Группа учёных, в которую вошли специалисты лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения Томского госуниверситета, СибГМУ и НИИ кардиологии (ТНИМЦ), разработала новый неинвазивный подход для диагностики инфаркта миокарда. В его основу заложена методика анализа биомаркеров в выдыхаемом воздухе, ранее созданная в ТГУ для диагностики серьёзных патологий. Исследователи научили компьютерную модель узнавать “летучие” маркеры и выявлять одно из самых опасных состояний, чреватых летальным исходом.
“Вопрос оперативной диагностики инфаркта миокарда был и остаётся крайне актуальным, поскольку данная патология является одной из трёх наиболее частых причин летального исхода, – цитирует пресс-служба ТГУ заведующего лабораторией лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения, исполнительного директор Института биомедицины ТГУ Юрия Кистнёва. – Существуют стандартные методы выявления острого инфаркта миокарда (ОИМ) – это анализ ЭКГ и высокоспецифичных для ОИМ маркtров в крови, но эти методы не всегда удобны. Поэтому вместе с коллегами из СибГМУ и НИИ кардиологии (ТНИМЦ) мы проверили возможность экспресс-диагностики ОИМ, в основе которой анализ выдыхаемого воздуха”.
Результаты совместной работы исследователи изложили в научной статье, которая опубликована в журнале “Journal of Breath Research” (Q2). Разработчики отмечают, что в выдыхаемом воздухе содержится большое количество молекул, которые являются продуктами метаболизма и служат индикаторами тех или иных изменений в организме человека. Например, когда у человека развивается острый инфаркт миокарда, клетки миокарда испытывают кислородное голодание, которое сопровождается перекисным окислением липидов. Эта химическая реакция находит своё отражение в выдыхаемом воздухе и служит одним из значимых биологических маркеров.
Чтобы проверить этот метод, ученые из НИИ кардиологии провели огромную работу – они производили отбор проб у пациентов с первичным инфарктом миокарда. Несмотря на все сложности, медики смогли набрать достаточную выборку: 30 человек с ОИМ. Группа контроля включала 42 здоровых добровольца.
Затем было выявлено шесть летучих молекулярных биомаркеров, наиболее значимых для диагностики инфаркта миокарда. Исследователи использовали их для обучения компьютерной модели. После этого ИИ смог верифицировать получаемые данные и выявлять по биологическим меткам людей, перенесших “сосудистую катастрофу”.
Методически эта работа интересна следующим. При создании диагностических моделей с использованием анализа выдыхаемого воздуха используется два альтернативных подхода: один основан на выявлении химических паттернов пробы выдыхаемого воздуха, другой основан на регистрации группы выявленных заранее молекулярных биомаркеров. Причем, каждый подход использует свои экспериментальных методы. Применение учеными ТГУ лазерной абсорбционной спектроскопии в сочетании с оригинальными методами анализа спектральных данных позволило впервые на одних и тех же данных реализовать оба этих подхода.
“Полученные результаты подтвердили, что выдыхаемый воздух – высокоинформативная субстанция, которую можно использовать для оперативной диагностики ОИМ, – резюмирует Юрий Кистенёв. – Данный метод потенциально может быть использован для экспресс-диагностики ОИМ”.
редакция новостей
фото пресс-службы ТГУ