Umělá inteligence v echokardiografii

Echokardiografie je běžným a nezbytným nástrojem v diagnostice kardiovaskulárních onemocnění. Pomocí ultrazvuku tato technika umožňuje neinvazivní hodnocení srdeční funkce, včetně systolické funkce, diastolické funkce, kvantifikaci srdeční komory a diagnostiku a kvantifikaci chlopenních abnormalit. Používání echokardiografie se každým rokem zvyšuje; Jen v populaci Medicare bylo v roce 2011 provedeno více než 7 milionů echokardiogramů. Kardiovaskulární onemocnění zůstávají celosvětově hlavní příčinou úmrtí a umožnění širokého používání echokardiografie by mohlo vést k dřívější diagnóze a léčbě kardiovaskulárních onemocnění a potenciálnímu snížení rozdílů ve zdravotní péči.

Postup echokardiogramu nejprve vyžaduje získání obrazu, po kterém následuje analýza a interpretace obrazu. Pořizování snímků tradičně provádějí sonografové (technici) srdce nebo lékaři. Přezkoumání a interpretaci snímků provádějí specializovaní lékaři, typicky kardiologové nebo radiologové. Každý krok v procesu historicky vyžaduje vysokou úroveň školení a specializované vybavení, což omezuje jeho použití v oblastech s nedostatečnými zdroji. Vzhledem k vysoké úrovni dovedností vyžadovaných k obsluze tohoto zařízení však zůstává potřeba dalších technologií, které by napomáhaly získávání a interpretaci zobrazení. Jak se však ultrazvuková technologie zdokonalovala, náklady a velikost zařízení se snížily a používání ultrazvuku u lůžka jako vodítko pro klinické rozhodování je stále běžnější. Tento ultrazvuk u lůžka je zaměřen na specifické otázky, jako je diagnóza pleurálního nebo perikardiálního výpotku, a lze jej snadno naučit i laiky.

Jedním z potenciálních nástrojů k překonání těchto omezení je umělá inteligence (AI). AI je použití počítačových programů k napodobování kognitivních funkcí lidské mysli za účelem učení a řešení problémů. Echokardiologie je obzvláště zralý obor, který může těžit z využití umělé inteligence. Vzhledem k anatomickým rozdílům a dynamickým klinickým situacím se může proces získávání a analýzy obrazu mezi pacienty značně lišit. Přestože jednoduché počítačové algoritmy tyto rozdíly neintegrují, umělá inteligence může umožnit získávání a analýzu obrazu pomocí stroje. V posledních několika letech byla provedena řada studií počítačové analýzy echokardiografie. Použití této technologie může urychlit získávání echokardiografických snímků, snížit množství tréninku potřebného k získání a analýze snímků, zlepšit kvalitu diagnostiky a snížit variabilitu mezi pozorovateli při analýze echokardiografických snímků.

Díky integraci získávání a analýzy obrazu pomocí umělé inteligence s ultrazvukovou technologií může být pro minimálně vyškolené operátory v oblastech s nedostatečnými službami možné používat echokardiografii k přesné diagnostice kardiovaskulárních onemocnění.

Na tuto studii bude dohlížet echokardiografická laboratoř a program interního lékařství na katedře medicíny lékařského centra NewYork Presbyterian Columbia University. Studie bude probíhat na službách rezidentního kardiologického oddělení, které je primárně umístěno na oddělení Milstein Hospital 5 Garden South. Primárními subjekty studie jsou lékaři na oddělení medicíny, kteří se střídají službami lůžkového kardiologického oddělení.

Během této studie absolvují lékaři školení, které je seznámí se základními koncepty echokardiografie a používáním buď echokardiologického AI ultrazvukového systému Bay Labs, nebo standardního echokardiografického systému (nativní echokardiografický přístroj Terason). V tomto protokolu se echokardiografické snímky, které získají pomocí těchto nástrojů, budou nazývat „studijní echokardiogram“. To je v protikladu k „formálnímu echokardiogramu“, který provádějí kardiologičtí sonografové, kardiologové nebo pracovníci kardiologie a analyzují pracovníci kardiologie, kteří se specializují na echokardiografii. Lékaři budou používat buď systém Bay Labs, nebo nativní systém Terason k provádění echokardiogramů u pacientů přijatých do týmů na kardiologickém oddělení, kteří buď podstoupili formální echokardiogram nebo je plánováno podstoupit formální echokardiogram do 1 dne od studijního echokardiogramu. Explicitními cíli tohoto projektu je (1) zjistit, zda je možné, aby lékaři jako začínající uživatelé získávali a interpretovali echokardiografické snímky a (2) zda použití systému Bay Labs napomáhá ve vzdělávání oproti standardnímu systému. Echokardiogram Bay Labs, který se provádí jako součást této studie, není schválen FDA jako pomoc při klinickém rozhodování, a jako takové nebudou výsledky echokardiogramů studie použity ke změně klinického řízení.

Na lůžkových kardiologických odděleních působí celkem 4 týmy kardiologických rezidentů a týmy jsou označeny pomocí písmenného systému: A, B, C a D. Každý z těchto týmů se skládá z rezidenta prvního ročníku a třetího - roční lékařský pobyt. Týmy A a C tvoří jednu týmovou dvojčlenku a týmy B a D tvoří druhou dvojčlennou sestavu. Týmy jsou v noci pokryty samostatným týmem lékařů. Na každou dyádu primárně dohlíží dvojice kardiologů, kteří dohlížejí na péči o běžné kardiaky. Kromě služebních kardiologických docházek mohou týmy spravovat pacienty v péči kardiologů srdečního selhání nebo jiných soukromých kardiologů. Každý tým může přepravovat celkem 10 pacientů. Přijímací struktura týmů umožňuje přijetí 7 nových pacientů do služeb kardiologického oddělení za 24 hodin. Během dne mohou být přijati 3 pacienti do týmu dlouhého volání a 1 pacient do týmu krátkého volání. V noci mohou být přijati 3 pacienti do nočního (dlouhého) týmu.

Před zahájením studie bude vytvořen plán, kde bude každému 4týdennímu bloku rotace kardiologického lůžkového oddělení přiděleno použití technologie Bay Labs nebo nativního systému Terason. Na začátku rotace jejich kardiologického lůžkového oddělení budou lékaři osloveni, aby souhlasili s provedením studie. Lékaři, kteří souhlasí se studií, podstoupí předběžný test s dotazem na jejich pohodlí při provádění a interpretaci echokardiografie. Poté projdou školením, které je seznámí se základy echokardiografie, protokolem studie a provozem echokardiografického systému Bay Labs nebo nativního echokardiografického systému Terason. Po absolvování tohoto školení budou moci ve studii začít provádět echokardiogramy.

Každé ráno bude každý lékař schopen určit 1-3 pacienty ve své službě, kteří podstoupí echokardiogram. Kritéria pro zařazení a vyloučení jsou uvedena v protokolu. Pacienti budou osloveni zkoušejícím nebo výzkumným asistentem, aby jim dal souhlas se studií. Účastníci poté podstoupí echokardiogram provedený lékařskými rezidenty a snímky budou uloženy pro pozdější analýzu. Po každém echokardiogramu vyplní zdravotníci krátký formulář dokumentující echokardiogram. Otázky v tomto formuláři budou zahrnovat demografické údaje, klinické rysy, technické aspekty testu (např. zda lze získat konkrétní názory) a klást základní otázky týkající se srdeční funkce odhadované operátorem, která byla pozorována během testu.

Na konci rotace provedou zúčastnění rezidenti post-test jejich pohodlí při provádění a interpretaci echokardiografie. Bude jim nabídnuta možnost poskytnout zpětnou vazbu ke studii. Lékařským rezidentům bude nabídnuta zpětná vazba na jejich echokardiogramy během studijního období a po něm, aby jim pomohla při učení.

Po skončení období studie budou data analyzována. Výsledky z pre-testu a post-testu budou analyzovány, aby se zjistilo, zda se zdravotníci zlepšili ve svých znalostech echokardiografie během rotace. Echokardiogramy budou analyzovány a porovnávány s formálními echokardiogramy vyšetřovateli studie a ošetřujícími echokardiografy, aby se určilo, zda lze získat určené zobrazení snímků, čas potřebný k získání snímků a kvalitu snímků ve srovnání s formálním echokardiogramem. Systolická funkce levé komory vizuálně pozorovaná lékařskými rezidenty během echokardiogramu studie, autoEF vypočtená softwarem Bay Labs u těchto pacientů v těchto skupinách a ejekční frakce levé komory z formálního echokardiogramu budou porovnány.

Tato studie představuje pro zařazené pacienty pouze minimální riziko. Samotný test (transtorakální echokardiogram) je neinvazivní a není vystaven radiaci. Kromě toho bude lékařským týmům zakázáno činit klinická rozhodnutí na základě echokardiogramu Bay Labs, který bude místo toho založen na formálním echokardiogramu. Na konci studie budou data trvale deidentifikována.