Сегодня Сибирским отделением Российской Академии наук предложен пакет технологий, отвечающих на самые острые проблемы и вызовы, стоящие перед медициной и промышленностью, информирует «Тихоокеанская Россия«, ТоРосс.
Высокая смертность при COVID-19, в числе прочего, обусловлена обострением хронических заболеваний или наличием сопутствующих патологий, не выявленных при первичной диагностике, и оказавшихся фатальными при соблюдении стандартного медицинского протокола. Выявить все хронические заболевания у пациентов в период ремиссии или скрытого течения зачастую не представляется возможным в рамках общих анализов и стандартных диагностических методов, использующихся при госпитализации, особенно при большом входящем потоке пациентов. Ряд институтов Сибирского отделения Российской Академии наук уже длительное время работает с термографией и рентенографией. Так, Новосибирский государственный исследовательский университет давно и серьезно прорабатывает применение искусственного интеллекта и глубокого машинного обучения для автоматизации, повышения качества и скорости, снижения стоимости обработки данных методов компьютерной томографии (КТ), МРТ, флюорографии, ПЭТ КТ, рентгенографии (в том числе с контрастным веществом), ПЭТ, УЗИ, эндоскопических методов ФГДС, а Институт вычислительных технологий СО РАН занимается прикладными исследованиями в области машинного зрения и методов анализа медицинских изображений, в том числе расшифровки термограмм.
(Тепловидение /термография/ — регистрация теплового излучения тела человека в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (1,0 – 14,0 μ) с помощью специального прибора — тепловизора (термовизора), демонстрирующее интенсивность теплового потока от человека, — прим. автора).
«В основе медицинской тепловизионной визуализации лежит глубокая связь температурных градиентов на коже человека с процессами, происходящими в организме. Сущность тепловизионного метода заключается в представлении человеку (врачу) визуализированного инфракрасного изображения, создаваемого на поверхности тела за счёт работы вегетативной нервной системы, что вызывает изменение кровоснабжения подкожной сосудистой сети в местах (рефлексогенных зонах), соответствующих тому или иному внутреннему органу. Следовательно, визуализация осуществляется не структурных особенностей внутренних органов человека, как это имеет место при ультразвуковом, рентгеновском и других методах активной лучевой диагностики, а функциональных изменений, несущих информацию о любых нормальных и патологических процессах в организме» — пояснил директор ООО «Хелс-Сервис» Валерий Беленький, посвятивший изучению метода термографической диагностики более 30 лет и создавший уникальную базу данных в этой области совместно с рядом медицинских и лечебно-профилактических учреждений Сибирского региона.
Начало медицинской термографии (тепловидения) следует датировать 1956 годом, когда появилась первая публикация канадского учёного Роберта Лаусона. В ней он описал первый опыт применения рассекреченных в американской армии инфракрасных (ИК) эвапорографов «Бэрд» и «Рекси» для диагностики медицинской патологии. Тепловизионные исследования в СССР начались в 60-х годах при помощи прибора «Тепловизор», изготовленного во Всесоюзном электротехническом институте, и «Тепловизор 171-Т1», созданного в ГОИ им. С.И. Вавилова. Среди первых работ в области практического здравоохранения огромное значение имеют исследования под руководством академика Б.В. Петровского во Всесоюзном НИИ клинической и экспериментальной хирургии Академии медицинских наук СССР, в котором были разработаны методики тепловизионной диагностики различной сосудистой патологии.
«С развитием цифровых тепловизоров, повышением их температурной точности и разрешения появилась возможность автоматического и автоматизированного компьютерного анализа получаемых с них изображений и даже видеоряда. Медицинская термография, имея достаточно глубокие корни, с внедрением методов компьютерного анализа получает новую жизнь. Особую важность получают подходы на основе анализа мультимодальных данных, объединяющих термографию с другими диагностическими методами. Институт вычислительных технологий Сибирского отделения РАН имеет более чем десятилетний опыт разработки методов и технологий анализа изображений, применяя его в анализе данных дистанционного зондирования Земли, около пяти лет опыта в области анализа медицинских изображений и серий изображений (томограмм), а в последние полтора-два года активно погружён в задачи предметного анализа именно термографических снимков с применением методов искусственного интеллекта (машинное обучение) и комбинированием их с классическими и ансамблевыми методами кластеризации и классификации объектов на изображениях», — отмечает первый заместитель директора Института вычислительных технологий СО РАН Андрей Юрченко.
Юрченко предложил совместить в одной программной системе термографический и рентгенографический источники данных (мультимодальный подход), с автоматическим картированием органов и систем на основе контуров рентгеновского снимка, учитывая при этом индекс массы тела и процент жировых отложений для коррекции параметров термографической диагностики. Подход назвали «Комплексная термо- и рентгенографическая функциональная диагностика для формирования прогнозного сценария осложнений при COVID-19». Новой диагностической методике предстоит пройти тестирование и получить одобрение для массового внедрения, а также получить незначительную финансовую поддержку на доработку соответствующего программного обеспечения.
Техническое обеспечение методики – современный рентгеновский аппарат, персональный компьютер, а также мобильный термовизор, например, тепловизор «SVIT» отечественного производства, разработанный и выпускаемый в новосибирском Институте физики полупроводников СО РАН. Приёмным элементом этого тепловизора служит двумерная матрица полупроводниковых конденсаторов на основе арсенида индия (InAs), установленная в фокальной плоскости инфракрасного объектива, по чувствительности превосходящая все существующие мировые аналоги. Отечественная элементная база и программное обеспечение позволят быстро внедрить и масштабировать технологию, наращивая точность диагностики в нейросети с каждым новым загруженным и расшифрованным снимком.
Другая инновационная технология – самоочищающиеся фотоактивные тканевые материалы, созданные в Институте катализа Сибирского отделения РАН, могут помочь в решении второй серьёзной проблемы: обеспечения медперсонала и лаборантов средствами индивидуальной защиты. О наличии их острой нехватки 7 апреля, на очередном совещании по вопросам развития ситуации с коронавирусной инфекцией и мерам по её профилактике президента России с вирусологами и членами правительства сообщил министр промышленности и торговли Денис Мантуров: «…в части защитных костюмов. Это действительно большой дефицит. К сожалению, мы в своё время такого объёма и не производили, в основном специализация предприятий была рассчитана на производство радиационностойких костюмов и для химических производств».
Для производства фотоактивных материалов по методике Института катализа СО РАН подходят как хлопковые, так и полиэфирные ткани, которые обрабатываются нанокристаллическим диоксидом титана. Предложенный подход позволяет получать устойчивые к стирке и стабильные во времени самоочищающиеся от вирусов и бактерий текстильные материалы. Самоочистка и обеззараживание одежды, изготовленной из такого материала, происходит как во время ночного хранения, сопровождающегося воздействием мягкого УФ-излучения, так и в процессе носки под действием солнечного освещения.
Поиск и экспертиза перспективных препаратов и технологий продолжается, сообщает ответственный секретарь межведомственной рабочей группы по коронавирусной инфекции при Сибирском отделении Российской Академии наук, советник по перспективным проектам вице-президента РАН председателя СО РАН Ольга Дорохова.