Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge opracowali tzw uczenie maszynowe algorytm wykrywający szmery serca u psów z 90% dokładnośćpodobnie jak eksperci kardiolodzy.
To przełomowe rozwiązanie zapewnia niedrogie i skuteczne narzędzie do badań przesiewowych, które może znacznie poprawić jakość życia psów, zwłaszcza tych podatnych na choroby serca, takie jak choroba zastawki mitralnej.
Rewolucjonizuje opiekę kardiologiczną nad psami
Naukowcy opracowali algorytm uczenia maszynowego, który dokładnie wykrywa szmery serca u psów – kluczową oznakę choroby serca, która występuje szczególnie często u mniejszych ras, takich jak King Charles Spaniel.
Zespół badawczy kierowany przez Uniwersytet w Cambridge zaadaptował algorytm pierwotnie przeznaczony do użytku przez ludzi. Odkryli, że może automatycznie wykrywać i oceniać szmery serca u psów na podstawie nagrań audio z cyfrowych stetoskopów. Podczas testów algorytm identyfikował szmery serca z 90% czułością, osiągając dokładność porównywalną z dokładnością osiąganą przez doświadczonych kardiologów.
Szmery w sercu są głównym wskaźnikiem choroby zastawki mitralnej, najczęstszej choroby serca u dorosłych psów. Około jeden na 30 psów zbadanych przez lekarza weterynarii ma szmery w sercu, częściej u psów małych ras i starszych psów.
Ponieważ choroba zastawki mitralnej i inne choroby serca są tak powszechne u psów, wczesne wykrycie ma kluczowe znaczenie, ponieważ podanie leków w odpowiednim czasie może przedłużyć ich życie. Technologia opracowana przez zespół z Cambridge może stanowić niedrogie i skuteczne narzędzie do badań przesiewowych dla lekarzy weterynarii podstawowej opieki zdrowotnej i poprawić jakość życia psów. The wyniki są zgłaszane w Journal of Weterynaryjnej Medycyny Wewnętrznej.
Postęp w narzędziach weterynaryjnych
„Choroby serca u ludzi to ogromny problem zdrowotny, ale u psów jest to jeszcze większy problem” – powiedział pierwszy autor, dr Andrew McDonald z Wydziału Inżynierii Cambridge. „Większość psów mniejszych ras będzie chorować w starszym wieku, ale oczywiście psy nie potrafią komunikować się w taki sam sposób, jak ludzie, dlatego zadaniem weterynarzy pierwszego kontaktu jest wykrycie choroby serca na tyle wcześnie, aby można ją było leczyć”.
Profesor Anurag Agarwal, który kierował badaniami, jest specjalistą w dziedzinie akustyki i bioinżynierii. „O ile nam wiadomo, nie istnieją żadne bazy danych zawierające dane o tonach serca psów, dlatego zaczęliśmy od bazy danych o tonach serca ludzi” – powiedział. „Serca ssaków są dość podobne, a kiedy coś idzie nie tak, zwykle dzieje się to w podobny sposób”.
Naukowcy rozpoczęli od bazy danych dźwięków serca od około 1000 pacjentów i opracowali algorytm uczenia maszynowego, aby odtworzyć, czy kardiolog wykrył szmer w sercu. Następnie zaadaptowali algorytm, aby można go było stosować do dźwięków serca psów.
Naukowcy zebrali dane od prawie 800 psów, które przechodziły rutynowe badania serca w czterech specjalistycznych ośrodkach weterynaryjnych w Wielkiej Brytanii. Wszystkie psy zostały poddane pełnemu badaniu fizykalnemu i skanowi serca (echokardiogramowi) wykonanemu przez kardiologa w celu oceny szmerów serca i identyfikacji choroby serca, a tony serca rejestrowano za pomocą stetoskopu elektronicznego. Pod względem wielkości jest to największy zbiór danych o dźwiękach serca psa, jaki kiedykolwiek stworzono.
„Wada zastawki mitralnej dotyka głównie mniejsze psy, ale aby przetestować i ulepszyć nasz algorytm, chcieliśmy uzyskać dane od psów wszystkich kształtów, rozmiarów i grup wiekowych” – powiedział współautor, profesor Jose Novo Matos z Wydziału Medycyny Weterynaryjnej Cambridge, specjalista w kardiologii małych zwierząt. „Im więcej danych będziemy mieli do wyszkolenia, tym bardziej przydatny będzie nasz algorytm, zarówno dla weterynarzy, jak i właścicieli psów”.
Adaptacja i doskonalenie algorytmów
Naukowcy udoskonalili algorytm, aby mógł zarówno wykrywać i oceniać szmery serca na podstawie nagrań dźwiękowych, jak i rozróżniać szmery związane z łagodną chorobą od tych odzwierciedlających zaawansowaną chorobę serca wymagającą dalszego leczenia.
„Ocena szmeru w sercu i ustalenie, czy choroba serca wymaga leczenia, wymaga dużego doświadczenia, skierowania do kardiologa weterynaryjnego i kosztownych specjalistycznych badań serca” – powiedział Novo Matos. „Chcemy umożliwić lekarzom pierwszego kontaktu wykrywanie chorób serca i ocenę ich ciężkości, aby pomóc właścicielom w podejmowaniu najlepszych decyzji dla swoich psów”.
Wpływ kliniczny i przyszłe zastosowania
Analiza działania algorytmu wykazała, że w ponad połowie przypadków zgadzał się on z oceną kardiologa, a w 90% przypadków mieścił się w jednym stopniu w ocenie kardiologa. Naukowcy twierdzą, że jest to obiecujący wynik, ponieważ często występuje znaczna zmienność w ocenie szmerów serca przez różnych lekarzy weterynarii.
„Stopień szmeru serca jest przydatnym czynnikiem różnicującym przy ustalaniu kolejnych kroków i leczenia, a my zautomatyzowaliśmy ten proces” – powiedział McDonald. „Uważamy, że algorytm ten może być bardzo cennym narzędziem dla weterynarzy i pielęgniarek nieposiadających tak dużych umiejętności posługiwania się stetoskopem, a nawet tych, którzy dysponują niewiarygodną wprawą w posługiwaniu się stetoskopem”.
U ludzi z chorobą zastawkową jedyną metodą leczenia jest operacja, ale w przypadku psów dostępne są skuteczne leki. „Wiedza o tym, kiedy podać lek, jest niezwykle ważna, aby zapewnić psom możliwie najlepszą jakość życia tak długo, jak to możliwe” – powiedział Agarwal. „Chcemy umożliwić weterynarzom pomoc w podejmowaniu tych decyzji”.
„Wiele osób mówi o sztucznej inteligencji jako o zagrożeniu dla miejsc pracy, ale ja postrzegam ją jako narzędzie, które uczyni mnie lepszym kardiologiem” – powiedział Novo Matos. „Nie możemy wykonać badania serca każdego psa w tym kraju – po prostu nie mamy wystarczająco dużo czasu ani specjalistów, aby zbadać każdego psa pod kątem szmeru. Jednak takie narzędzia mogą pomóc weterynarzom i właścicielom, dzięki czemu będziemy mogli szybko zidentyfikować psy, które najbardziej potrzebują leczenia”.
Odniesienie: „Algorytm uczenia maszynowego do oceny szmerów serca i stopnia zaawansowania przedklinicznej śluzowatej choroby zastawki mitralnej” 28 października 2024 r., Journal of Weterynaryjnej Medycyny Wewnętrznej.
DOI: 10.1111/jvim.17224
Badania były częściowo wspierane przez Kennel Club Charitable Trust, Medical Research Council i Emmanuel College Cambridge.
