Что такое артрит коленного сустава?
Артрит коленного сустава — это воспаление одного или нескольких компонентов сустава, чаще всего связок, хрящей и суставной капсулы. Это вызывает боль, ограничение движений, отёк и снижение функции колена. В большинстве случаев причиной являются дегенеративные изменения, аутоиммунные процессы или травмы. Лечение направлено на снятие боли, уменьшение воспаления и поддержание двигательной активности. При сохранении симптомов стоит обратиться к врачу для диагностики и подбора тактики лечения.
Рентген коленного сустава: слева на картинке здоровый сустав, справа артрит 3-4 стадии выражающийся в сужении суставной щели, нарушении конгруэнтности суставных поверхностей, изминение толщины суставного хряща, воспаление в мыщелке бедренной кости, нарушение плотности костных балок.
Когда появляется артрит колена?
Умногих людей старше 50 лет развивается артрит коленного сустава — болезненное состояние, которое может затруднять выполнение повседневных дел, таких как стояние, ходьба или подъём по лестнице. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Digital Medicine, посвящённое использованию искусственного интеллекта для анализа медицинских изображений, демонстрирует потенциал для улучшения диагностики остеоартрита коленного сустава и прогнозирования риска его развития в будущем.
Технологии не стоят на месте
Группа исследователей из Техасского университета в Остине, Колледжа естественных наук и Медицинской школы Делла разработала модель искусственного интеллекта, способную диагностировать остеоартрит коленного сустава с клинической точностью, основываясь исключительно на рентгеновских снимках коленного сустава. Одним из возможных применений модели может быть включение её в существующее программное обеспечение, используемое специалистами для анализа рентгеновских снимков, чтобы выявлять возможные случаи остеоартрита коленного сустава и помогать врачам в постановке диагноза. Цель заключается не в замене врачей-людей, а в оказании им помощи.
Искусственный интелект помогает врачам
«Представьте, что кто-то приходит в клинику и делает рентген по какой-то другой причине, и в клинике на заднем плане работает система искусственного интеллекта, которая автоматически диагностирует артрит на каждом снимке», — сказал Вагиш Нарасимхан, доцент кафедры статистики и анализа данных и кафедры интегративной биологии Техасского университета в Остине. «Мы могли бы сказать им: возможно, вам стоит проконсультироваться с ортопедом по поводу этого заболевания».
Соавторами исследования являются Брианна Флинн и Эмили Джаван, аспиранты кафедры интегративной биологии Техасского университета в Остине. Старшими соавторами — Нарасимхан и Пракаш Джаякумар, доцент кафедры хирургии и периоперационной помощи Медицинской школы Делла Техасского университета в Остине.
Стоимость лечения артрита коленного сустава
Поскольку артрит коленного сустава вызван трением костей коленного сустава (бедренной и большеберцовой) друг о друга в результате износа защитного хряща, размер зазора между костями коррелирует со степенью тяжести заболевания. Этот зазор, известный как суставная щель, может быть использован в качестве клинического биомаркера для количественной оценки тяжести заболевания. В своей работе исследователи также смогли обеспечить автоматическое измерение ширины суставной щели коленного сустава с высокой точностью и воспроизводимостью. Этот количественный показатель может помочь врачам более точно отслеживать прогрессирование заболевания у одного и того же человека с течением времени.
Артрит коленного сустава является основной причиной инвалидности среди взрослого населения, и если заболевание переходит в тяжелую форму, его лечение обходится очень дорого.
«Поэтому мы также думаем о способах одновременного объединения визуализации, генетических данных и других факторов риска в единую модель, чтобы обеспечить более комплексный прогноз остеоартрита коленного сустава», — сказал Нарасимхан.
Как проходило обучение исскуственного интелекта
Команда обучила свою модель искусственного интеллекта на медицинских записях десятков тысяч людей из британского Биобанка — крупной биомедицинской базы данных и исследовательского ресурса, содержащего подробную генетическую и медицинскую информацию полумиллиона участников из Великобритании.
Используя свою модель, исследователи диагностировали почти вдвое больше случаев артрита коленного сустава, чем было зафиксировано в медицинских картах Британского биобанка. Существует множество возможных причин отсутствия случаев в медицинских картах. Врачи могут устанавливать произвольные пороговые значения, предпочитая не диагностировать более лёгкие случаи. Сами пациенты могут игнорировать или преуменьшать значение заболевания из-за разной степени переносимости боли или из-за нежелания рассматривать такие варианты лечения, как хирургическое вмешательство, из-за высокой стоимости и длительного периода восстановления.
Заполнение этих пробелов может помочь исследователям, анализирующим большие массивы медицинских записей в поисках факторов, которые могут коррелировать с заболеванием, таких как генетика, образ жизни (например, питание, физические упражнения, зависимости или прием лекарств) и факторы окружающей среды (например, загрязняющие вещества или несчастные случаи).
«Непредвзятый способ диагностики всей когорты из полумиллиона человек весьма воодушевляет и поможет улучшить подобные эпидемиологические ассоциативные исследования», — сказал Нарасимхан.
Другие авторы из Техасского университета в Остине: Евгения Лин, Зои Трутнер, Карл Кёниг, Кенома Анихоро, Эвхарист Кун и Алаукик Гупта. Другой автор исследования — Тарджиндер Сингх, доцент кафедры психиатрии Колумбийского университета, работающий по совместительству в Институте исследований разума, мозга и поведения Мортимера Б. Цукермана и Нью-Йоркском геномном центре.
Многие из тех же соавторов опубликовали еще одну статью этим летом в журнале Science, в которой использовали ту же систему искусственного интеллекта и набор данных для выявления генетических маркеров, связанных со здоровьем и развитием скелета.
Данное исследование было частично поддержано грантом Good Systems for Ethical AI от Техасского университета в Остине. Дополнительную поддержку оказали Фонд семьи Пола Г. Аллена, Национальный научный фонд и Национальные институты здравоохранения.
