Tekoäly kaikukardiografiassa

Ekokardiografia on yleinen ja välttämätön väline sydän- ja verisuonitautien diagnosoinnissa. Ultraääntä käyttämällä tämä tekniikka mahdollistaa sydämen toiminnan ei-invasiivisen arvioinnin, mukaan lukien systolisen toiminnan, diastolisen toiminnan, sydämen kammion kvantifioinnin sekä läppäpoikkeavuuksien diagnosoinnin ja kvantifioinnin. Ekokardiografian käyttö on lisääntynyt joka vuosi; Yli 7 miljoonaa kaikukuvausta tehtiin vuonna 2011 pelkästään Medicare Populationissa. Sydän- ja verisuonisairaudet ovat edelleen johtava kuolinsyy maailmanlaajuisesti, ja kaikukardiografian laajamittaisen käytön salliminen voi johtaa sydän- ja verisuonitautien aikaisempaan diagnosointiin ja hoitoon sekä mahdollistaa terveydenhuollon erojen pienenemisen.

Kaikukuvaus vaatii ensin kuvan ottamisen, jota seuraa kuvan analysointi ja tulkinta. Kuvanoton suorittavat perinteisesti sydänsonografit (teknikot) tai lääkärit. Kuvien tarkastelun ja tulkinnan suorittavat erikoislääkärit, tyypillisesti kardiologit tai radiologit. Prosessin jokainen vaihe vaatii historiallisesti korkeatasoista koulutusta ja erikoislaitteita, mikä rajoittaa sen käyttöä aliresursseilla alueilla. Koska tämän laitteen käyttämiseen vaaditaan kuitenkin korkea taitotaso, tarvitaan edelleen lisätekniikoita kuvantamisen hankinnan ja tulkinnan avuksi. Ultraäänitekniikan parantuessa kustannukset ja laitteiden koko ovat kuitenkin pienentyneet ja vuodeultraäänen käyttö kliinisen päätöksenteon ohjaamisessa on yleistynyt. Tämä vuodeultraääni keskittyy tiettyihin kysymyksiin, kuten keuhkopussin tai perikardiaalisen effuusion diagnoosiin, ja se voidaan helposti opettaa muille kuin asiantuntijoille.

Yksi mahdollisista työkaluista näiden rajoitusten voittamiseksi on tekoäly (AI). Tekoäly tarkoittaa tietokoneohjelmien käyttöä ihmismielen kognitiivisten toimintojen jäljittelemiseen ongelmien oppimiseksi ja ratkaisemiseksi. Ekokardiologia on erityisen kypsä ala, joka voi hyötyä tekoälyn käytöstä. Anatomisista eroista ja dynaamisista kliinisistä tilanteista johtuen kuvanotto- ja analysointiprosessi voi vaihdella suuresti potilaiden välillä. Vaikka yksinkertaiset tietokonealgoritmit eivät integroi näitä eroja, tekoäly voi mahdollistaa koneavusteisen kuvien hankinnan ja analysoinnin. Viime vuosien aikana on tehty lukuisia tutkimuksia kaikukardiografian tietokoneavusteisesta analyysistä. Tämän tekniikan käyttö voi nopeuttaa kaikukardiografisten kuvien ottamista, vähentää kuvien hankkimiseen ja analysointiin tarvittavan harjoittelun määrää, parantaa diagnostista laatua ja vähentää palvelinten välistä vaihtelua kaikukardiografisten kuvien analysoinnissa.

Integroimalla tekoälyavusteisen kuvanoton ja analyysin ultraääniteknologiaan, voi olla mahdollista, että vähän koulutetut käyttäjät alipalveltuilla alueilla voivat käyttää kaikukardiografiaa sydän- ja verisuonitautien tarkkaan diagnosointiin.

Tätä tutkimusta valvovat Echocardiography Laboratory ja Internal Medicine Residency Program lääketieteen laitoksella NewYork Presbyterian Columbia University Medical Centerissä. Tutkimus toteutetaan sairaanhoitajan kardiologian osastopalveluilla, jotka sijaitsevat pääosin Milstein Hospital 5 Garden Southin osastolla. Tutkimuksen pääasialliset kohteet ovat kardiologian osastopalveluiden kautta kiertävät Lääketieteellinen osaston lääkäriasukkaat.

Tämän tutkimuksen aikana lääketieteen asukkaat käyvät läpi koulutustilaisuuden, jossa perehdytään kaikukardiografian peruskäsitteisiin ja joko Bay Labs echocardiology AI -ultraäänijärjestelmän tai tavallisen kaikukardiografiajärjestelmän (natiivi Terason-kaikukardiografialaite) käyttöön. Tässä protokollassa näiden työkalujen avulla saamiaan kaikukuvia kutsutaan "tutkimuskaikukardiogrammiksi". Tämä on toisin kuin "muodollinen kaikukuvaus", jonka tekevät sydämen ultraäänitutkijat, kardiologiatutkijat tai kardiologian hoitajat ja analysoivat kaikukardiografiaan erikoistuneet kardiologiat. Lääkärit käyttävät joko Bay Labs -järjestelmää tai alkuperäistä Terason-järjestelmää tehdäkseen kaikututkimuksia potilaille, jotka on otettu kardiologiaosaston ryhmiin ja joille on joko tehty tai jotka on tarkoitus tehdä muodollinen kaikukuvaus yhden päivän sisällä tutkimuksen kaikukuvauksesta. Tämän projektin nimenomaiset tavoitteet ovat (1) selvittää, onko lääkäreillä aloittelevina käyttäjillä mahdollista hankkia ja tulkita kaikukardiografiakuvia ja (2) auttaako Bay Labs -järjestelmän käyttö opetuksessa standardijärjestelmän yli. Osana tätä tutkimusta suoritettava Bay Labsin kaikukuvaus ei ole FDA:n hyväksymä kliinisen päätöksenteon avuksi, joten tutkimuksen kaikututkimusten tuloksia ei käytetä kliinisen hoidon muuttamiseen.

Kardiologian osastoilla on yhteensä 4 kardiologian residenttitiimiä, ja ryhmät on nimetty kirjainjärjestelmällä: A, B, C ja D. Kukin näistä ryhmistä koostuu ensimmäisen vuoden lääketieteen asiantuntijasta ja kolmannesta. -vuotiaana sairaanhoitajana. A- ja C-joukkueet muodostavat yhden joukkuediadin ja B- ja D-joukkueet toisen joukkuediadin. Yöllä joukkueita peittää erillinen lääkintäasukkaiden ryhmä. Jokaista diadia valvoo ensisijaisesti kardiologipari, joka valvoo yleisten sydänpotilaiden hoitoa. Palvelukardiologian hoidon lisäksi tiimit voivat hoitaa sydämen vajaatoimintakardiologien tai muiden yksityisten kardiologien hoidossa olevia potilaita. Jokainen ryhmä voi kuljettaa yhteensä 10 potilasta. Tiimien vastaanottorakenne mahdollistaa 7 uuden potilaan ottamista kardiologian osastolle vuorokaudessa. Päivän aikana pitkän puhelun tiimiin pääsee 3 potilasta ja lyhytsoittoryhmään 1 potilas. Yöllä 3 potilasta voidaan ottaa yön yli (pitkän puhelun) tiimiin.

Ennen tutkimuksen aloittamista laaditaan aikataulu, jossa jokaiselle 4 viikon kardiologian vuodeosaston rotaatiolohkolle osoitetaan Bay Labs -teknologiaa tai natiivi Terason-järjestelmää. Kardiologian osastokiertonsa alkaessa lääkäreitä pyydetään suostumaan tutkimukseen. Tutkimukseen suostuville lääkäriasukkaille tehdään esitesti, jossa heiltä kysytään heidän mukavuuttaan kaikukardiografian suorittamisen ja tulkinnan suhteen. Tämän jälkeen he käyvät läpi koulutusistunnon, jossa he tutustuvat kaikukardiografian perusteisiin, tutkimusprotokollaan ja joko Bay Labs -kaikukardiografiajärjestelmän tai alkuperäisen Terason-kaikukardiografiajärjestelmän toimintaan. Tämän koulutuksen saatuaan he voivat alkaa suorittaa kaikututkimuksia tutkimuksessa.

Joka aamu jokainen sairaanhoitaja voi nimetä palvelukseensa 1-3 potilasta kaikukardiogrammiin. Sisällyttämis- ja poissulkemiskriteerit on lueteltu pöytäkirjassa. Tutkija tai tutkimusavustaja lähestyy potilaita suostumaan tutkimukseen. Tämän jälkeen lääkintäasukkaat suorittavat osallistujille kaikukardiogrammin ja kuvat tallennetaan myöhempää analyysiä varten. Jokaisen sydämen kaikututkimuksen jälkeen lääkäreiden asukkaat täyttävät lyhyen lomakkeen, joka dokumentoi kaikukuvauksen. Tämän lomakkeen kysymykset sisältävät demografisia tietoja, kliinisiä piirteitä, testin teknisiä näkökohtia (kuten voidaanko saada tiettyjä näkemyksiä) ja esittää peruskysymyksiä käyttäjän arvioimasta sydämen toiminnasta, joka havaittiin testin aikana.

Kierron päätteeksi osallistuvat asukkaat tekevät jälkitestin mukavuudestaan ​​kaikukardiografian suorittamisen ja tulkinnan avulla. Heille tarjotaan mahdollisuus antaa palautetta tutkimuksesta. Lääkäriasukkaille tarjotaan opintojakson aikana ja sen jälkeen palautetta sydämen kaikukuvauksista oppimisen helpottamiseksi.

Tutkimusjakson päätyttyä aineisto analysoidaan. Esi- ja jälkitestin tulokset analysoidaan sen määrittämiseksi, paranivatko lääkäreiden tiedot kaikukardiografiasta vuorottelun aikana. Tutkimustutkijat ja paikalla olevat kaikukardiografit analysoivat ja vertaavat kaikukuvat muodollisiin kaikututkimuksiin määrittääkseen, voidaanko määritetyt kuvanäkymät saada, kuvien saamiseen tarvittava aika ja kuvien laatu verrattuna muodolliseen kaikukardiogrammiin. Verrataan vasemman kammion systolista toimintaa, jota lääkäreiden asukkaiden visuaalisesti havaitsivat tutkimuksen kaikukuvauksen aikana, Bay Labs -ohjelmiston laskemaa autoEF-arvoa näissä ryhmissä olevilla potilailla ja vasemman kammion ejektiofraktiota muodollisesta kaikukardiogrammista.

Tämä tutkimus ei aiheuta enempää kuin minimaalista riskiä osallistuville potilaille. Itse testi (transthoracic kaikututkimus) on noninvasiivinen eikä siinä ole säteilyaltistusta. Lisäksi lääkintäryhmiä kielletään tekemästä kliinisiä päätöksiä Bay Labsin kaikututkimuksen perusteella, joka sen sijaan perustuu muodolliseen kaikukuvaukseen. Tutkimuksen päätyttyä tiedot poistetaan pysyvästi.