В будущем для определения анемии и других показателей крови может быть достаточно просто посмотреть в камеру. Ученые из Тель-Авивского университета и медицинского центра «Шиба» представили технологию, которая позволяет оценивать уровень гемоглобина и количество эритроцитов без прокола кожи и забора крови. Об исследовании, опубликованном в научном журнале npj Digital Medicine, пишет газета «Гаарец».
Пока речь идет о раннем этапе разработки, однако результаты уже демонстрируют потенциал создания нового поколения неинвазивных медицинских тестов, которые можно будет проводить без игл, пробирок и лабораторий.
Как работает новая система?
Разработанная учеными технология получила название Video-to-Vessels. Она анализирует короткие видеозаписи кровеносных сосудов конъюнктивы — прозрачной оболочки, покрывающей белую часть глаза.
Сначала видео высокого разрешения преобразуется в цифровую модель сосудов и кровотока. Затем полученные данные обрабатывает система искусственного интеллекта, обученная выявлять связь между особенностями движения крови и такими показателями, как уровень гемоглобина и количество красных кровяных телец.
Исследование провел Тамир Денис, выпускник магистратуры по компьютерным наукам Тель-Авивского университета. В работе также участвовали исследовательские группы профессора Хаима Суховски из Школы физики и астрономии, профессора Лиора Вольфа из Школы компьютерных наук Тель-Авивского университета, а также специалисты медицинского центра «Шиба».
Более 200 участников и высокая точность
В исследовании, частично финансировавшемся Министерством инноваций, науки и технологий Израиля, приняли участие 224 человека. Все они прошли обычные анализы крови, а также десятисекундную видеосъемку сосудов глаза с помощью RGB-камеры с увеличением в 50 раз.
Результаты показали, что система смогла выявлять анемию с точностью 82,8%. Кроме того, прогнозы искусственного интеллекта продемонстрировали хорошее соответствие лабораторным результатам как по уровню гемоглобина, так и по количеству эритроцитов.
Особенно важную роль сыграли самые тонкие кровеносные сосуды. Исследователи установили, что именно они позволяют наиболее точно оценивать состояние крови, поскольку клетки движутся по ним в один ряд, а особенности кровотока становятся более заметными для алгоритмов.
Почему так важно качество видео?
Одним из ключевых факторов успеха оказалось качество обработки изображения. Ученые обнаружили, что стабилизация движений глаза и удаление цифровых помех значительно улучшают результаты анализа.
Когда из процесса исключали систему стабилизации, точность оценки уровня гемоглобина снижалась на 38%, а количества эритроцитов — на 19%.
«Одним из самых увлекательных моментов этого исследования стало то, что в этой области глаза можно не только видеть кровеносные сосуды, но в некоторых случаях буквально наблюдать сам поток крови. Это делает конъюнктиву уникальной и чрезвычайно интересной областью для исследований», — объясняет Тамир Денис.
По его словам, сочетание современных методов обработки изображений и искусственного интеллекта открывает доступ к новому источнику физиологической информации и может изменить подход к медицинской диагностике.
Следующая цель — точность 95%
Доктор Ифат Шар-Розенталь из медицинского центра «Шиба» подчеркивает, что сосуды глаза уникальны тем, что доступны для прямого наблюдения и не скрыты кожей.
«Это означает, что цвет кожи не является ограничивающим фактором, и технология потенциально применима ко всем группам населения», — пояснила она.
Сейчас исследовательская группа работает над созданием компактной портативной камеры с более высоким разрешением и возможностью фиксировать дополнительные длины волн света. По оценке ученых, это позволит повысить точность диагностики до 95% — уровня, необходимого для одобрения медицинских тестов американским регулятором FDA.
Шаг к медицине будущего
Профессор Игаль Ротенштрайх из медицинского центра «Шиба» считает, что разработка напрямую связана с развитием цифровой и дистанционной медицины.
«Домашняя медицина — одна из главных тем, которыми сегодня занимается мировое медицинское сообщество. Именно цифровая медицина рассматривается как медицина будущего», — говорит он, добавляя, что подобные технологии могут сделать возможным проведение диагностических обследований дома, в школах, домах престарелых и других местах, где обычный забор крови затруднен.
Исследователи подчеркивают, что пока технология находится на этапе научной проверки. Однако уже сегодня она демонстрирует, насколько перспективным может быть объединение физики, оптики и искусственного интеллекта для создания медицинских инструментов будущего.