فشل القلب والذكاء الاصطناعي: تمكّن خوارزمية كمبيوتر خاصة تستند إلى الذكاء الاصطناعي (AI) أنشأها باحثو Mount Sinai من تعلم كيفية تحديد التغييرات الطفيفة في مخطط القلب الكهربائي (المعروف أيضًا باسم ECGs أو EKGs) للتنبؤ بما إذا كان المريض يعاني من قصور في القلب

تتعرف خوارزميات التعلم الذاتي على مشاكل قصور القلب

قال بنجامين جليكسبيرج ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في علم الوراثة وعلوم الجينوم ، عضو في معهد هاسو بلاتنر الرقمي Health at Mount Sinai ، وكبير مؤلفي الدراسة المنشورة في مجلة الكلية الأمريكية لأمراض القلب: تصوير القلب والأوعية الدموية.

عادةً ما يتطلب تشخيص هذا النوع من أمراض القلب إجراءات مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً.

نأمل أن تتيح هذه الخوارزمية تشخيصًا أسرع لفشل القلب ".

قاد الدراسة أخيل فايد ، دكتوراه في الطب ، باحث ما بعد الدكتوراه الذي يعمل في كل من مختبر Glicksberg بقلم جيريش ن. نادكارني ، دكتوراه في الطب ، MPH ، CPH ، أستاذ مساعد في الطب في كلية الطب في إيكان في جبل سيناء ، رئيس قسم الطب المستند إلى البيانات والطب الرقمي (D3M) ، وكاتب أول للدراسة.

يصيب حوالي 6.2 مليون أميركي ، ويحدث قصور القلب ، أو قصور القلب الاحتقاني ، عندما يضخ القلب كمية أقل من الدم مما يحتاجه الجسم في العادة

لسنوات عديدة ، اعتمد الأطباء بشكل كبير على تقنية تصوير تسمى مخطط صدى القلب لتقييم ما إذا كان المريض يعاني من قصور في القلب.

في حين أن مخططات صدى القلب مفيدة ، إلا أنها يمكن أن تكون إجراءات كثيفة العمالة ولا يتم تقديمها إلا في مستشفيات مختارة.

ومع ذلك ، تشير الاختراقات الحديثة في الذكاء الاصطناعي إلى أن مخطط كهربية القلب - وهو جهاز تسجيل كهربائي واسع الاستخدام - يمكن أن يكون بديلاً سريعًا ومتاحًا في هذه الحالات.

على سبيل المثال ، أظهرت العديد من الدراسات كيف يمكن لخوارزمية "التعلم العميق" اكتشاف ضعف البطين الأيسر للقلب ، والذي يدفع الدم المؤكسج حديثًا إلى باقي الجسم.

في هذه الدراسة ، وصف الباحثون تطوير خوارزمية لا تقيم فقط قوة البطين الأيسر ولكن أيضًا البطين الأيمن ، الذي يأخذ الدم غير المؤكسج المتدفق من الجسم ويضخه إلى الرئتين.

"على الرغم من جاذبيته ، إلا أنه كان من الصعب على الأطباء استخدام أجهزة تخطيط كهربية القلب لتشخيص قصور القلب.

ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم وجود معايير تشخيصية ثابتة لهذه التقييمات ولأن بعض التغييرات في قراءات مخطط كهربية القلب هي ببساطة دقيقة للغاية بحيث يتعذر على العين البشرية اكتشافها "، قال الدكتور نادكارني.

"تمثل هذه الدراسة خطوة مثيرة للأمام في العثور على المعلومات المخفية في بيانات تخطيط القلب والتي يمكن أن تؤدي إلى نماذج أفضل للفحص والعلاج باستخدام اختبار بسيط نسبيًا ومتاح على نطاق واسع."

عادةً ما يتضمن مخطط كهربية القلب عملية من خطوتين.

يتم لصق الأسلاك على أجزاء مختلفة من صدر المريض وفي غضون دقائق تقوم آلة محمولة مصممة خصيصًا بطباعة سلسلة من الخطوط المتعرجة أو الأشكال الموجية ، والتي تمثل النشاط الكهربائي للقلب.

يمكن العثور على هذه الآلات في معظم المستشفيات و سيارات الإسعاف في جميع أنحاء الولايات المتحدة وتتطلب الحد الأدنى من التدريب للعمل.

في هذه الدراسة ، قام الباحثون ببرمجة جهاز كمبيوتر لقراءة مخطط القلب الكهربائي للمريض إلى جانب البيانات المستخرجة من التقارير المكتوبة التي تلخص نتائج مخططات صدى القلب المقابلة المأخوذة من نفس المرضى.

في هذه الحالة ، تعمل التقارير المكتوبة كمجموعة قياسية من البيانات للكمبيوتر للمقارنة مع بيانات مخطط القلب الكهربائي ومعرفة كيفية اكتشاف القلوب الضعيفة.

معدات تخطيط القلب؟ قم بزيارة ZOLL BOOTH في معرض الطوارئ

فشل القلب: ساعدت برامج معالجة اللغة الطبيعية الكمبيوتر على استخراج البيانات من التقارير المكتوبة

وفي الوقت نفسه ، تم دمج شبكات عصبية خاصة قادرة على اكتشاف الأنماط في الصور لمساعدة الخوارزمية على التعرف على نقاط قوة الضخ.

قال الدكتور فايد: "أردنا دفع أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا من خلال تطوير الذكاء الاصطناعي القادر على فهم القلب بالكامل بسهولة وبتكلفة زهيدة".

قام الكمبيوتر بعد ذلك بقراءة أكثر من 700,000 من تقارير تخطيط القلب الكهربائي وتقارير تخطيط صدى القلب التي تم الحصول عليها من 150,000 مريض بنظام Mount Sinai الصحي من 2003 إلى 2020.

تم استخدام البيانات من أربعة مستشفيات لتدريب الكمبيوتر ، في حين تم استخدام البيانات من خامس لاختبار كيفية أداء الخوارزمية في بيئة تجريبية مختلفة.

قال الدكتور نادكارني: "الميزة المحتملة لهذه الدراسة أنها تضم ​​واحدة من أكبر مجموعات تخطيط القلب من واحدة من أكثر مجموعات المرضى تنوعًا في العالم".

أشارت النتائج الأولية إلى أن الخوارزمية كانت فعالة في التنبؤ بالمرضى الذين سيكون لديهم بطين أيسر سليم أو ضعيف جدًا.

تم تحديد القوة هنا من خلال جزء طرد البطين الأيسر ، وهو تقدير لمقدار السائل الذي يضخه البطين مع كل نبضة كما لوحظ في مخططات صدى القلب.

القلوب السليمة لها نسبة طرد تبلغ 50 في المائة أو أكثر بينما القلوب الضعيفة لها أجزاء تساوي أو تقل عن 40 في المائة.

كانت الخوارزمية دقيقة بنسبة 94 في المائة في التنبؤ بالمرضى الذين لديهم كسر طرد صحي و 87 في المائة دقيقة في التنبؤ بأولئك الذين لديهم كسر طرد أقل من 40 في المائة.

جراحة القلب والإنعاش القلبي الرئوي؟ قم بزيارة جناح EMD112 في معرض الطوارئ الآن لمعرفة المزيد

ومع ذلك ، لم تكن الخوارزمية فعالة في التنبؤ بالمرضى الذين سيكون لديهم قلوب ضعيفة قليلاً

في هذه الحالة ، كان البرنامج دقيقًا بنسبة 73 في المائة في توقع المرضى الذين لديهم كسر قاذف يتراوح بين 40 و 50 في المائة.

اقترحت نتائج أخرى أن الخوارزمية تعلمت أيضًا اكتشاف نقاط ضعف الصمام الأيمن من مخطط القلب الكهربائي.

في هذه الحالة ، تم تعريف الضعف من خلال مصطلحات وصفية أكثر استخلاصًا من تقارير مخطط صدى القلب.

كانت الخوارزمية هنا دقيقة بنسبة 84 في المائة في التنبؤ بالمرضى الذين يعانون من ضعف الصمامات اليمنى.

قال الدكتور فايد: "تشير نتائجنا إلى أن هذه الخوارزمية قد تساعد الأطباء في النهاية على تشخيص الفشل على جانبي القلب بشكل صحيح".

أخيرًا ، اقترح تحليل إضافي أن الخوارزمية قد تكون فعالة في اكتشاف ضعف القلب لدى جميع المرضى ، بغض النظر عن العرق والجنس.

وأضاف الدكتور جليكسبيرج: "تشير نتائجنا إلى أن هذه الخوارزمية يمكن أن تكون أداة مفيدة لمساعدة الممارسين السريريين على مكافحة قصور القلب الذي يعاني منه مجموعة متنوعة من المرضى". "نحن بصدد تصميم التجارب المحتملة بعناية لاختبار فعاليتها في بيئة أكثر واقعية."

تم دعم هذه الدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة (TR001433).

مقالة

Vaid، A.، et al.، استخدام خوارزميات التعلم العميق لتحديد الخلل الوظيفي البطيني الأيمن والأيسر في وقت واحد من مخطط القلب الكهربائي ، مجلة الكلية الأمريكية لأمراض القلب: تصوير القلب والأوعية الدموية ، 13 أكتوبر 2021 ، DOI: 10.1016 / j.jcmg.2021.08.004 .XNUMX.

اقرأ أيضا:

التهابات القلب: التهاب عضلة القلب والتهاب الشغاف والتهاب التامور

النفخات القلبية: ما هي ومتى يجب القلق

متلازمة القلب المكسور آخذة في الارتفاع: نحن نعلم اعتلال عضلة القلب في تاكوتسوبو

المصدر

جبل سيناء