Искусственный интеллект в эхокардиографии

Эхокардиография является распространенным и важным инструментом в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний. Используя ультразвук, этот метод позволяет неинвазивно оценить сердечную функцию, включая систолическую функцию, диастолическую функцию, количественную оценку камер сердца, а также диагностику и количественную оценку клапанных аномалий. Использование эхокардиографии увеличивается с каждым годом; более 7 миллионов эхокардиограмм было выполнено в 2011 году только для населения Medicare. Сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной смерти во всем мире, и широкое использование эхокардиографии может привести к более ранней диагностике и лечению сердечно-сосудистых заболеваний и потенциальному сокращению неравенства в здравоохранении.

Процедура эхокардиограммы сначала требует получения изображения, за которым следует анализ и интерпретация изображения. Получение изображения традиционно выполняется кардиологами (техниками) или врачами. Просмотр и интерпретация изображений выполняются врачами-специалистами, обычно кардиологами или рентгенологами. Каждый шаг в этом процессе исторически требует высокого уровня подготовки и специального оборудования, что ограничивает его использование в районах с ограниченными ресурсами. Однако, учитывая высокий уровень навыков, необходимых для работы с этим оборудованием, остается потребность в дополнительных технологиях, помогающих в получении и интерпретации изображений. Однако по мере совершенствования ультразвуковой технологии стоимость и размер оборудования снизились, и использование прикроватного ультразвука для принятия клинических решений становится все более распространенным. Это прикроватное УЗИ ориентировано на конкретные вопросы, такие как диагностика плеврального или перикардиального выпота, и его можно легко обучить неспециалистам.

Одним из потенциальных инструментов для преодоления этих ограничений является искусственный интеллект (ИИ). ИИ — это использование компьютерных программ для имитации когнитивной функции человеческого разума с целью обучения и решения проблем. Эхокардиология — это особенно зрелая область, которая может выиграть от использования искусственного интеллекта. Из-за анатомических различий и динамических клинических ситуаций процесс получения и анализа изображений может сильно различаться у разных пациентов. Хотя простые компьютерные алгоритмы не могут интегрировать эти различия, искусственный интеллект может позволить получать и анализировать изображения с помощью машин. В последние несколько лет были проведены многочисленные исследования компьютерного анализа эхокардиографии. Использование этой технологии может ускорить получение эхокардиографических изображений, сократить объем обучения, необходимого для получения и анализа изображений, улучшить качество диагностики и уменьшить изменчивость результатов анализа эхокардиографических изображений между исследователями.

Интегрируя получение и анализ изображений с помощью искусственного интеллекта с ультразвуковой технологией, операторы с минимальной подготовкой в ​​недостаточно обслуживаемых районах могут использовать эхокардиографию для точной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний.

Это исследование будет контролироваться лабораторией эхокардиографии и резидентской программой по внутренним болезням на медицинском факультете Медицинского центра Пресвитерианского университета Нью-Йорка при Колумбийском университете. Исследование будет проводиться в стационаре кардиологического стационара, который в основном расположен в южном отделении больницы Мильштейна № 5. Основными субъектами исследования являются медицинские ординаторы медицинского факультета, которые проходят ротацию через службы стационарного кардиологического отделения.

Во время этого исследования медицинские ординаторы пройдут курс обучения, который познакомит их с основными понятиями эхокардиографии и использованием либо ультразвуковой системы Bay Labs для эхокардиологии с искусственным интеллектом, либо стандартной системы эхокардиографии (родной эхокардиографический аппарат Terason). В этом протоколе эхокардиографические изображения, которые они получают с помощью этих инструментов, будут называться «исследуемой эхокардиограммой». Это отличается от «формальной эхокардиограммы», которая выполняется кардиологами, кардиологами или кардиологами и анализируется кардиологами, специализирующимися на эхокардиографии. Медицинские ординаторы будут использовать либо систему Bay Labs, либо родную систему Terason для выполнения эхокардиограмм у пациентов, поступивших в бригады кардиологического отделения, которые прошли или планируют пройти официальную эхокардиограмму в течение 1 дня после исследования эхокардиограммы. Явными целями этого проекта являются (1) определить, возможно ли для медицинских резидентов в качестве начинающих пользователей получать и интерпретировать эхокардиографические изображения и (2) помогает ли использование системы Bay Labs в обучении по сравнению со стандартной системой. Эхокардиограмма Bay Labs, которая проводится в рамках этого исследования, не одобрена FDA для помощи в принятии клинических решений, и поэтому результаты эхокардиограмм исследования не будут использоваться для изменения клинического ведения.

Всего в стационарных кардиологических отделениях имеется 4 бригады резидентов-кардиологов, и бригады обозначаются по буквенной системе: A, B, C и D. Каждая из этих бригад состоит из медицинского резидента первого года и третьего. -летний медицинский ординатор. Команды A и C образуют одну диаду команд, а команды B и D образуют вторую диаду команд. Ночью бригады прикрывает отдельная бригада ординаторов. Каждая диада в основном находится под наблюдением пары кардиологов, которые наблюдают за уходом за общими кардиологическими пациентами. В дополнение к служебному кардиологическому обслуживанию бригады могут вести пациентов под наблюдением кардиологов по сердечной недостаточности или других частных кардиологов. Каждая бригада может перевозить в общей сложности 10 пациентов. Структура приемных бригад позволяет принимать в кардиологическое отделение 7 новых пациентов в сутки. В течение суток 3 пациента могут быть приняты в бригаду длительного вызова и 1 пациент в бригаду краткосрочного вызова. В ночное время в дежурную бригаду могут быть приняты 3 пациента.

Перед началом исследования будет создан график, согласно которому каждый 4-недельный кардиологический стационарный блок ротации будет назначаться для использования технологии Bay Labs или родной системы Terason. В начале ротации кардиологических стационаров к медицинским ординаторам будет предложено дать согласие на участие в исследовании. Медицинские ординаторы, давшие согласие на участие в исследовании, пройдут предварительное тестирование, в котором их спросят об их комфорте при выполнении и интерпретации эхокардиографии. Затем они пройдут курс обучения основам эхокардиографии, протоколу исследования и работе либо с эхокардиографической системой Bay Labs, либо с собственной эхокардиографической системой Terason. После прохождения этого обучения они смогут начать выполнять эхокардиограммы в исследовании.

Каждое утро каждый медицинский ординатор сможет назначить от 1 до 3 пациентов на своей службе для прохождения эхокардиограммы. Критерии включения и исключения перечислены в протоколе. Исследователь или научный сотрудник свяжется с пациентами, чтобы дать им согласие на участие в исследовании. Затем участники пройдут эхокардиограмму, выполненную медицинскими ординаторами, и изображения будут сохранены для последующего анализа. После каждой эхокардиограммы медицинские ординаторы заполняют короткую форму, документируя эхокардиограмму. Вопросы в этой форме будут включать демографические данные, клинические особенности, технические аспекты теста (например, можно ли получить конкретные изображения), а также задавать основные вопросы о сердечной функции, оцененной оператором, которая наблюдалась во время теста.

В конце ротации участвующие резиденты пройдут пост-тест на их комфортность с выполнением и интерпретацией эхокардиографии. Им будет предоставлена ​​возможность оставить отзыв об исследовании. Медицинским ординаторам будет предложена обратная связь об их эхокардиограммах во время и после периода обучения, чтобы помочь в обучении.

После окончания периода исследования данные будут проанализированы. Результаты предварительного и последующего тестирования будут проанализированы, чтобы определить, улучшились ли у медицинских ординаторов их знания эхокардиографии во время ротации. Эхокардиограммы будут проанализированы и сравнены с формальными эхокардиограммами исследователями исследования и присутствующими эхокардиографами, чтобы определить, можно ли получить назначенные виды изображений, время, необходимое для получения изображений, и качество изображений по сравнению с формальной эхокардиограммой. Будут сравниваться систолическая функция левого желудочка, визуально наблюдаемая медицинскими ординаторами во время исследуемой эхокардиограммы, аутоФВ, рассчитанная с помощью программного обеспечения Bay Labs у этих пациентов в этих группах, и фракция выброса левого желудочка из формальной эхокардиограммы.

Это исследование представляет не более чем минимальный риск для включенных в него пациентов. Сам тест (трансторакальная эхокардиограмма) неинвазивен и не имеет радиационного воздействия. Кроме того, медицинским бригадам будет запрещено принимать клинические решения на основе эхокардиограммы Bay Labs, которая вместо этого будет основываться на официальной эхокардиограмме. По окончании исследования данные будут окончательно деидентифицированы.