Zespół klinicystów, naukowców i inżynierów z Mount Sinai opracował nowoczesny algorytm rozpoznawania pozycji oparty na głębokim uczeniu (Deep Learning), który, na podstawie nagrań wideo z oddziałów intensywnej opieki noworodkowej (NICU), umożliwia precyzyjne monitorowanie ruchów niemowląt oraz identyfikację kluczowych wskaźników neurologicznych. Wyniki badań nad tym narzędziem opartym na sztucznej inteligencji (AI), opublikowane 11 listopada w czasopiśmie Lancet's eClinicalMedicine, mogą doprowadzić do stworzenia mało inwazyjnej, skalowalnej metody ciągłego monitorowania neurologicznego na oddziałach NICU. Tego rodzaju rozwiązanie zapewniłoby krytyczne, bieżące informacje o zdrowiu noworodków, niedostępne do tej pory.
Nowa era w monitorowaniu zdrowia neurologicznego noworodków
Co roku w Stanach Zjednoczonych na oddziały intensywnej opieki noworodkowej trafia ponad 300 tysięcy noworodków. Stan neurologiczny dziecka jest jednym z najważniejszych aspektów oceny jego zdrowia, gdyż pokazuje, jak funkcjonuje centralny system nerwowy. Niestety, pogorszenie stanu neurologicznego może nastąpić niespodziewanie i mieć katastrofalne skutki. Mimo wieloletnich badań nad elektroencefalografią (EEG) oraz stworzenia specjalistycznych oddziałów neuro-NICU, ciągłe monitorowanie neurologiczne pozostaje wyzwaniem. Obecnie status neurologiczny jest oceniany jedynie sporadycznie, zazwyczaj za pomocą badań fizykalnych, które bywają niedokładne i mogą nie wychwycić subtelnych zmian.
Zespół Mount Sinai postawił hipotezę, że metoda wykorzystująca wizję komputerową do śledzenia ruchów niemowląt może przewidywać neurologiczne zmiany na oddziałach NICU. Tzw. „Pose AI” to metoda uczenia maszynowego, która śledzi anatomiczne punkty orientacyjne na podstawie danych wideo. Technologia ta zrewolucjonizowała takie dziedziny jak sport czy robotyka, a teraz może odmienić także opiekę nad najmłodszymi pacjentami.
Jak działa Pose AI?
Zespół badawczy wyszkolił algorytm AI na ponad 16,9 miliona sekund nagrań wideo 115 niemowląt z oddziału NICU w szpitalu Mount Sinai, gdzie dzieci były monitorowane za pomocą EEG w trybie ciągłym. W wyniku tych badań wykazano, że Pose AI jest w stanie dokładnie śledzić punkty orientacyjne na ciele niemowląt na podstawie danych wideo. Następnie, te informacje anatomiczne były używane do przewidywania dwóch kluczowych stanów: sedacji oraz dysfunkcji mózgu. Co istotne, obie te prognozy osiągnęły wysoką dokładność.
Warto zaznaczyć, że chociaż wiele oddziałów NICU wyposażonych jest w kamery, dotychczas nie używano zaawansowanych algorytmów głębokiego uczenia do monitorowania pacjentów. Badania zespołu Mount Sinai pokazują, że zastosowanie takiego algorytmu do monitorowania niemowląt na oddziałach intensywnej opieki może wcześnie wykrywać zmiany neurologiczne, co z kolei może prowadzić do szybszych interwencji i lepszych wyników leczenia.
Niezastąpione wsparcie dla personelu medycznego
Choć Pose AI jest imponującym narzędziem technologicznym, nie zastępuje ono oceny lekarzy i pielęgniarek, które są kluczowe na oddziałach NICU. Jak wyjaśnia doktor Felix Richter, główny autor badania i wykładowca w Departamencie Pediatrii w Mount Sinai: „Technologia ta nie ma na celu zastąpienia personelu medycznego, lecz jego wspomaganie poprzez dostarczanie ciągłych odczytów, które mogą być interpretowane w kontekście klinicznym. Wyobrażamy sobie system przyszłości, w którym kamery stale monitorują niemowlęta na oddziałach NICU, a AI dostarcza lekarzom i pielęgniarkom ciągłych informacji o stanie neurologicznym dzieci – podobnie jak obecnie monitoruje się tętno czy oddychanie”.
W przyszłości system ten mógłby dostarczać tzw. „neurotelemetryczne paski”, podobne do wykresów monitorujących pracę serca czy oddech. Lekarze mogliby przeglądać nagrania i generowane przez AI dane w dowolnym momencie, co stworzyłoby intuicyjne i łatwo interpretowalne narzędzie dla opieki przyłóżkowej.
Kolejne kroki – rozszerzenie zastosowań AI
Pomimo obiecujących wyników, badanie ma pewne ograniczenia. Algorytm był trenowany na podstawie danych zebranych w jednej placówce, co oznacza, że niezbędne jest przetestowanie go na danych pochodzących z innych instytucji oraz kamer wideo. Zespół badawczy planuje przetestowanie tej technologii na innych oddziałach NICU oraz przeprowadzenie badań klinicznych oceniających jej wpływ na jakość opieki. Ponadto, badacze rozważają rozszerzenie zastosowań Pose AI na inne schorzenia neurologiczne, a także na populację dorosłych pacjentów.
Jak podkreśla dr Girish N. Nadkarni, System Chief of Data Driven and Digital Medicine oraz współautor badania: „W Mount Sinai pragniemy maksymalnie wykorzystać możliwości, które stwarza sztuczna inteligencja, aby poprawić opiekę nad naszymi pacjentami. AI już teraz poprawia jakość opieki w naszym systemie zdrowotnym, skracając czas pobytu w szpitalach, zmniejszając liczbę ponownych przyjęć, wspierając diagnostykę nowotworową oraz terapię, jak również dostarczając bieżącej opieki pacjentom na podstawie danych fizjologicznych generowanych przez urządzenia noszone na ciele”. Dzisiejsze wyniki pokazują, że AI może również pomóc najmniejszym i najbardziej bezbronnym pacjentom na oddziałach NICU, poprawiając ich szanse na zdrową przyszłość.
Podsumowanie
Najnowsze osiągnięcie zespołu z Mount Sinai to przełom w monitorowaniu stanu neurologicznego noworodków na oddziałach intensywnej opieki. Dzięki innowacyjnemu algorytmowi sztucznej inteligencji, który analizuje ruchy niemowląt na podstawie nagrań wideo, możliwe jest szybkie wykrywanie zmian neurologicznych, co może znacznie poprawić jakość opieki i wyniki leczenia. W przyszłości technologia ta może zostać zastosowana nie tylko w opiece nad noworodkami, ale także w monitorowaniu innych pacjentów z problemami neurologicznymi, otwierając nowe możliwości dla personelu medycznego na całym świecie.
