|
ИИ для ультразвукового исследования астронавтов
|
|
|
|
Ультразвуковые устройства являются обычным явлением в современных орбитальных медицинских наборах, помогая облегчить быструю диагностику заболеваний астронавтов или изменений в организме. Однако для получения полезных с медицинской точки зрения ультразвуковых изображений требуется руководство экспертов на земле в режиме реального времени. Как только астронавты отправятся на Луну или дальше в Солнечную систему, такое руководство больше не будет практичным из-за связанных с этим временных задержек. Новый проект под руководством ЕКА направлен на использование искусственного интеллекта и машинного обучения, чтобы астронавты могли самостоятельно проводить ультразвуковые исследования, приближенные к экспертным. "Успех исследования с экипажем зависит от здоровья и безопасности наших астронавтов", - объясняет инженер-биомедицин ЕКА Арно Рунге, курирующий проект. "По мере того, как миссии выходят все дальше в космос, это становится все труднее обеспечить, поскольку количество и навыки членов экипажа будут ограничены. Поэтому нам нужна технологическая помощь, чтобы будущие экипажи все меньше и меньше зависели от опыта на Земле"
|
|
|
|
Жизнь в ограниченном объеме при длительном отсутствии силы тяжести и одновременном воздействии высоких уровней радиации может повлиять на многие жизненно важные органы, а также привести к нарушениям равновесия, смещению жидкости, нарушениям зрительных функций, нарушению работы сердечно-сосудистой системы, снижению иммунной функции, атрофии мышц и потере костной массы. Кроме того, будущие планетарные миссии могут привести к травмам во время наземных операций. Хорошей новостью является то, что большинство из этих состояний можно контролировать с помощью ультразвуковой визуализации, полагаясь на эхо от звука за пределами слышимости наших ушей, чтобы открыть окна в мягкие ткани человеческого тела. Плохая новость заключается в том, что требуются годы обучения, чтобы кто-то стал опытным в проведении ультразвукового обследования. "Ультразвуковая визуализация уже стала важным диагностическим инструментом для экипажей Международных космических станций", - комментирует Карлос Иллана из GMV в Испании, компании, возглавляющей проектный консорциум ЕКА.
|
|
|
"Но в нынешней практике на МКС астронавт, который применяет ультразвуковое устройство к своему члену экипажа, либо получает указания в режиме реального времени от опытного оператора ультразвуковой диагностики на земле, либо выполняет исследования, основанные на ограниченной подготовке, полученной перед полетом". Арно добавляет: "Чтобы преодолеть эту проблему, ЕКА ранее работало над концепцией роботизированного теле-ультразвука, когда эксперт-радиолог на Земле дистанционно управлял ультразвуковым зондом на борту МКС. Однако, хотя этот подход интересен как для использования на МКС, так и для наземных применений, он также имеет ограничения: действительно, как только миссии с экипажем выйдут за пределы околоземной орбиты в дальний космос, такое руководство больше не будет осуществимо, поскольку большее расстояние от Земли приводит к увеличению временной задержки в связи, в то время как пропускная способность также будет ограничена".
|
|
|
|
Поэтому существует потребность в решениях, обеспечивающих экипажу большую автономию. В ответ на это автономная система улучшения ультразвукового изображения ESA ALISSE предоставляет астронавтам возможность получать ультразвуковые изображения диагностического качества прямо на месте, как если бы они были опытными рентгенологами, благодаря помощи искусственного интеллекта и машинного обучения. Сотрудничая с проектом, группа ядерной физики Мадридского университета Комплутенсе разработала новые методы моделирования ультразвука и синтеза изображений, в то время как Служба неотложной радиологии больницы Ла-Пас в Мадриде предоставила рекомендации по ультразвуковым исследованиям и патологиям, а также предоставила и маркировала сотни тысяч анонимизированных ультразвуковых снимков, используется для обучения нейронной сети глубокого обучения, лежащей в основе системы ALISSE.
|
|
|
|
Арно добавляет: "Ла-Пас - крупнейшая больница Испании, в которой только в Службе неотложной помощи проводится более полумиллиона ультразвуковых исследований в год с использованием более 40 различных моделей устройств. Мы использовали механизм активного обучения, чтобы отфильтровать неинтересные изображения, оставив менее 2%, которые радиологическая служба отобрала и пометила для обучения нашей подсистемы обучения нейронной сети". Это составляет огромное количество обработанных изображений более чем 50 000 пациентов на каждый орган, включая множество примеров "патологических" — или пораженных болезнью — случаев. Для первоначального прототипа ALISSE консорциум исследовал почки и мочевой пузырь, как очень репрезентативные органы брюшной полости, которые нелегко сканировать и которые связаны с распространенными заболеваниями астронавтов, такими как образование камней и задержка мочи. Дэвид Мирао (David Mirault) из GMV говорит: "Когда мы разрабатывали систему, летные хирурги ЕКА давали нам важные отзывы и рекомендации. Нашей целью было сделать пользовательский интерфейс максимально интуитивно понятным, поэтому мы попросили группу совершенно неподготовленных студентов-физиков попробовать его использовать.
|
|
|
|
Ультразвуковые изображения шумные, размытые и содержат множество артефактов, таких как тени и крапчатый шум, и тело каждого человека разное. Поэтому медицинским работникам требуются годы специальных курсов и подготовки, чтобы освоить этот метод диагностики для одного органа. Это означает, что шансы неподготовленного новичка на успешное проведение ультразвукового исследования практически равны нулю". Однако пользователи ALISSE получают подробные указания о том, где в организме разместить ультразвуковую палочку, им предоставляются примеры изображений органа-мишени и процент вероятности того, что рассматриваемый объект является правильной мишенью. Система также способна отличать клинически ценный "режим определения положения органа в плоскости" от менее полезного "поперечного" обзора сбоку. Джон Скотт, поддерживающий проект в Европейском центре астронавтов, комментирует: "Конечные результаты очень обнадеживают; 9 из 10 снимков, сделанных студентами с помощью ALISSE, были клинически приемлемыми стандартными ультразвуковыми изображениями почек и мочевого пузыря, приближающимися к показаниям квалифицированного рентгенолога. И в качестве дополнительного преимущества ALISSE также может работать с несколькими ультразвуковыми устройствами, что максимально повышает ее гибкость и снижает барьеры на пути ее внедрения.
|
|
|
|
"Результатом является система, которая позволяет астронавтам брать на себя больше ответственности за собственное медицинское обслуживание, что является важной особенностью будущего космической медицины, а также должно демократизировать использование ультразвуковой визуализации на Земле. Благодаря постоянному развитию этой технологии мы можем с нетерпением ожидать того времени, когда передовые медицинские работники смогут использовать ультразвуковые устройства с искусственным интеллектом так же эффективно, как они собирают образцы крови сегодня". Проект ALISSE был поддержан через подразделение ESA по разработке технологий, способствующее внедрению новых перспективных технологий для космоса. В качестве следующего шага консорциум планирует расширить поддержку системы для других органов и улучшить инструкции по руководству, чтобы сделать ALISSE еще более интуитивно понятным. ESA также заинтересовано в том, чтобы система ALISSE работала на планшете, подключенном к ультразвуковому датчику.
|
|
|
|
Источник
|
