Lekarze coraz częściej korzystają z oprogramowania do automatycznej oceny sygnałów monitorowania Holtera EKG u pacjentów dorosłych, ale do tej pory nie opracowano oprogramowania dla dzieci. Cardiomatics i Warszawski Uniwersytet Medyczny zmierzają do przełomu w kardiologii dziecięcej. Opracowują międzynarodowo innowacyjne narzędzie do automatycznej oceny, analizy i interpretacji sygnałów elektrokardiograficznych (EKG) u pacjentów dziecięcych.
Diagnostyka EKG u dzieci dzisiaj
Monitorowanie Holtera jest standardowym badaniem wykonywanym w klinicznej kardiologii dziecięcej. Obserwujemy wzrost liczby dzieci z wskazaniami do monitorowania Holtera. Najczęstsze wskazania w tej grupie pacjentów obejmują wady serca przed i po zabiegach kardiochirurgicznych, kołatania serca, omdlenia, podejrzenie kardiomiopatii, ból w klatce piersiowej, ocenę leczenia przeciwarytmicznego oraz kompletny blok przedsionkowo-komorowy. Do przeprowadzenia testu Holtera u dzieci lekarze używają tych samych rejestratorów sygnału EKG i tego samego standaryzowanego oprogramowania do analizy, jakie stosuje się u pacjentów dorosłych. Użycie standardowych algorytmów może prowadzić do bardzo czasochłonnej i trudnej manualnej analizy długoterminowych zapisów EKG dzieci.
W porównaniu do dorosłych, automatyczna analiza sygnału EKG u pacjentów dziecięcych napotyka wiele wyzwań. Wynika to z odrębnych, zależnych od wieku cech układu sercowo-naczyniowego, co oznacza, że morfologia i amplituda sygnału silnie zależą od wieku pacjenta, rytmu zatokowego lub wysokiej częstości pracy serca. Przy tych czynnikach staje się niemożliwe przeprowadzenie wysokiej jakości automatycznej analizy opartej na standardowym oprogramowaniu używanym u dorosłych.
„Jeśli użyjemy narzędzi przeznaczonych do analizy EKG dorosłych w przypadku dziecka, możemy otrzymać błędną interpretację automatycznych zapisów. Jeśli automatyczna analiza sygnału jest nieprawidłowa, cała analiza musi być przeprowadzona ręcznie przez ludzi, co jest żmudnym i czasochłonnym procesem. Z tego powodu ryzyko błędu, a w szczególności ryzyko przeoczenia istotnych zdarzeń elektrokardiograficznych, jest większe niż w przypadku analizy automatycznej i może prowadzić do niezdiagnozowania istotnych arytmii i zaburzeń przewodzenia serca, co oznacza, że konieczne leczenie farmakologiczne lub interwencja farmakologiczna mogą nie zostać podjęte w odpowiednim czasie,” podkreśla Prof. Bożena Werner, dr hab. med., Kierownik Kliniki Kardiologii Dziecięcej i Ogólnej na Szpitalu Klinicznym Dziecięcym Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego (WUM).
Sporadycznie pojawiają się raporty na temat algorytmów interpretujących sygnał EKG u dzieci, ale dotyczą one jedynie spoczynkowego EKG 12-odprowadzeniowego. Jak dotąd nie opracowano jednak rozwiązań opartych na sztucznej inteligencji do analizy długoterminowych zapisów EKG u dzieci. Do dziś kardiologia dziecięca pozostawała w tyle pod względem rozwoju systemów AI, mimo że może ona bardziej niż inne specjalizacje medyczne skorzystać z nowoczesnych rozwiązań technologicznych.
Algorytmy Cardiomatics na pomoc dzieciom z chorobami serca
Jako firma R&D, Cardiomatics jest jednym z liderów w wykorzystaniu sztucznej inteligencji w medycynie. Od ponad trzech lat Cardiomatics ułatwia codzienną pracę lekarzy, dostarczając narzędzie do automatycznej analizy sygnału EKG oparte na chmurze. Narzędzie zapewnia bezpieczne przetwarzanie danych i jest certyfikowane CE jako urządzenie medyczne klasy IIa. Codziennie Cardiomatics minimalizuje czas potrzebny kardiologom do oceny danych dzięki innowacyjnym algorytmom opartym na AI. Narzędzie jest obecnie używane w ponad 600 ośrodkach kardiologii w Europie, pomagając w analizie długoterminowych zapisów EKG u pacjentów dorosłych. Naturalnym następnym krokiem dla systemu było opracowanie rozwiązania wspierającego diagnostykę EKG u dzieci.
„Potrzeby kardiologów były zaniedbywane przez lata. Rozmawiając codziennie z lekarzami, wiemy zbyt dobrze, że często muszą dokonywać trudnych diagnoz chorób serca u dzieci, polegając na niewystarczających narzędziach. Problemy wynikające z tej sytuacji dotyczą nie tylko bardzo słabego przepływu pracy, ale także ogromnego ryzyka błędów, które ponoszą lekarze analizujący zapisy EKG dzieci. Na podstawie naszego doświadczenia, które z dnia na dzień się poszerza dzięki AI i uczeniu maszynowemu, jesteśmy gotowi podjąć wyzwanie zmiany przyszłości kardiologii dziecięcej,” podkreśla Rafał Samborski, CEO Cardiomatics.
Nadchodzący przełom w kardiologii dziecięcej
Cardiomatics, twórca znanej technologii cyfrowej analizy EKG, połączył siły z zespołem z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego (WUM), rozpoczynając niedawno projekt o nazwie: Rozwój innowacyjnego narzędzia do automatycznej oceny arytmii i zaburzeń przewodzenia serca u pacjentów dziecięcych – Cardiomatics Junior.
Ten innowacyjny projekt umożliwi skuteczniejszą ocenę arytmii serca u dzieci i zmniejszenie czasu potrzebnego kardiologom do oceny danych z monitora Holtera, dzięki wykorzystaniu algorytmów Cardiomatics opartych na AI.
Kluczowym wyzwaniem będzie stworzenie algorytmów umożliwiających wysokiej jakości analizę sygnałów EKG u dzieci. Algorytmy będą oparte na architekturach głębokich sieci neuronowych, takich jak ResNet, i będą polegać na przefiltrowanych sygnałach EKG. Jednocześnie algorytm będzie przede wszystkim szkolony przy użyciu bazy sygnałów od pacjentów dziecięcych, którą utworzy się we współpracy z badaczami WUM.
W projekcie Cardiomatics odpowiedzialność za wdrożenie będzie leżała po stronie Mariusza Mąsiora, CTO, oraz Katarzyny Barczewskiej, doktor nauk technicznych, Kierownika zespołu R&D Cardiomatics. Ze strony WUM, projektem będzie kierować zespół kardiologów pod przewodnictwem prof. Bożeny Werner oraz Radosława Pietrzaka, doktora nauk.
Zespół badawczy stoi przed liczymi wyzwaniami technologicznymi, które trzeba będzie rozwiązać, aby zapewnić doskonałą wydajność Cardiomatics Junior. Obejmują one:
- utworzenie reprezentatywnej bazy danych dla każdej kategorii wiekowej jako podstawy do szkolenia algorytmów, ustanowienie punktów odniesienia z siatek centylowych,
- eliminowanie ryzyka fałszywych wyników po wykryciu migotania przedsionków u dzieci i identyfikacja rzeczywistych arytmii,
- wykorzystanie i interpretację informacji o aktywności rytmu serca i morfologii,
- rozważenie zmienności rytmu zatokowego u dzieci i zapewnienie jego poprawnej interpretacji,
- rozważenie trybu interpretacji w medycynie sportowej i ocenie wydolności,
- rozważenie specyficznych cech sygnału EKG i rytmu serca u dzieci, np. nieregularne lub bardzo wysokie rytmu błędnie interpretowane jako arytmia (fala P ukryta w fali T), różne wahania (bardzo niskie u małych dzieci, wysokie u starszych), bardzo wysokie fale T u niemowląt, bardzo niskie kompleksy QRS,
- eliminowanie artefaktów ruchowych, które są znacznie bardziej powszechne u dzieci ze względu na ich wyższą aktywność ruchową w porównaniu do dorosłych.
„Rozwój niezawodnego systemu Cardiomatics do automatycznej analizy długoterminowych zapisów EKG u dzieci nie tylko poprawi pracę lekarzy, ale także zwiększy dostępność i wszechstronność tego badania, które odgrywa bardzo ważną rolę w wykrywaniu zaburzeń rytmu serca i przewodzenia u dzieci. Technologia Cardiomatics poprawi także diagnostykę tych chorób, torując drogę do odpowiedniej terapii we wczesnym stadium. W niektórych sytuacjach może nawet pomóc uniknąć zdarzeń arytmii zagrażających życiu, takich jak tachykardia komorowa czy nagłe zatrzymanie akcji serca w warunkach takich jak kanałopatie,” mówi dr Radosław Pietrzak.
W praktyce codziennej Cardiomatics Junior potencjalnie zminimalizuje czas analizy do 5 minut, umożliwiając pełne generowanie raportu i jego dostarczenie w ciągu maksymalnie 15 minut. To pozwoli lekarzom zmienić obecne rutyny postępowania z pacjentami: lekarz będzie mógł poinformować pacjenta o wynikach już przy drugiej wizycie, podczas usuwania monitora Holtera, bez konieczności czekania na następne spotkanie. Rozwiązanie to rozszerzy również możliwości badania. Automatyczna analiza poprawi dostępność diagnostyki Holtera i jej potencjalną implementację w większej liczbie placówek medycznych. W dobie pandemii COVID-19 zaleca się ograniczenie liczby spotkań bezpośrednich, szczególnie u dzieci po operacjach kardiochirurgicznych, aby zmniejszyć narażenie na patogeny (w tym wirusy i bakterie).
Nowy produkt będzie skutecznym narzędziem do szybkiej diagnozy zaburzeń serca, korzystającym z niego wielu użytkowników. Cardiomatics Junior będzie skierowany przede wszystkim do:
- lekarzy, w tym kardiologów dziecięcych, lekarzy sportowych i pediatrów zainteresowanych przesiewową diagnostyką arytmii,
- producentów monitorów Holtera, którzy chcieliby umożliwić analizę Holtera u dzieci za pomocą własnego urządzenia,
- realizatorów badań klinicznych.
Ostatecznymi beneficjentami udanego zakończenia projektu będą jednak młodzi pacjenci i ich rodzice.
Prace R&D będą kontynuowane przez kolejne trzy lata, zużywając budżet w wysokości 5 363 925 złotych. Realizacja projektu jest wspierana przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
Dowiedz się więcej