ניתוח לב פתוח

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה לזיהוי מדויק של בעיות לב על סמך בדיקת אק”ג שגרתית. במסגרת המחקר פותחו בסיס-נתונים וכלי לאנליזה שיספקו לרופאים ולמשתמשים אחרים, בדיוק חסר תקדים ובמהירות, אבחון אוטומטי של קומבינציה של שמונה הפרעות לב שכיחות.

פרופ’ יעל יניב וקבוצת המחקר שלה

את המחקר שפורסם בכתב העת Scientific Reports מקבוצת Nature הובילו פרופ’ יעל יניב ראש המעבדה למערכות ביו-אנרגטיות וביו-חשמליות בפקולטה להנדסה ביו-רפואית, פרופ’ אסף שוסטר מהמעבדה למערכות מחשבים בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב והדוקטורנט ודים גלינר מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון. במחקר השתתפו גם ולדימיר מרקוב מהמעבדה לתכנות מערכות באוניברסיטת נובגורוד וארוטיום אבסטיאן ממכון וניקוב לתכנות מערכות באקדמיה הרוסית למדעים במוסקבה.

בדיקת אק”ג (אלקטרוקרדיוגרם, ECG) היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר כיום לאבחון בעיות לב. היא הודגמה לראשונה כבר ב-1903 וזיכתה את ממציאה, ווילם איינטהובן ההולנדי, בפרס נובל ברפואה לשנת 1924. בניגוד לאלקטרוקרדיוגרם הראשון, ששקל יותר מ-250 קילוגרם, מכשירי האק”ג המוכרים לנו כיום הם מכשירים ניידים המספקים, על סמך בדיקה מהירה, נתונים על מצב הלב, לרבות הפרעות קצב ובעיות אחרות. זוהי בדיקה בלתי פולשנית המנטרת את השדות החשמליים שיוצרות רקמות הלב, זאת באמצעות אלקטרודות חיצוניות המוצמדות ל-12 אתרים בגוף ומספקות 12 ערוצי פלט. בשל פשטותה היחסית, ועלותו הנמוכה של המכשיר, זמינה בדיקה זו גם במרפאות קטנות ונידחות.

פרופ’ אסף שוסטר

אולם למרות ההתפתחות המשמעותית בטכנולוגיית האק”ג, ומזעור המכשיר לממדים המוכרים לנו כיום, פענוח התוצאות עדיין נעשה בדרך הישנה – קריאת הרישום (הפלט) על ידי קרדיולוג. שיטת פענוח זו מכילה כמובן מרכיבים סובייקטיביים ולכן אין זה פלא שקרדיולוגים מומחים שונים עשויים לגזור מסקנות קליניות שונות מאותו פלט.

פענוח הפלט, אם כן, הוא צוואר בקבוק המעסיק קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם. הניסיון למכן את פענוח האק”ג החל כבר ב-1957, בעיקר בהקשר של פרפור חדרים, אבל ביצועיהן של מערכות אלה אינן מרשימות.  אפילו כניסתה של הבינה המלאכותית לתמונה הובילה עד כה רק לניתוח פלט אחד בכל פעם ולא הניבה עד כה רמת דיוק גבוהה במיוחד. כל אלה מותירים את הסיכון שבתת-אבחון של בעיות לב קריטיות.

ועכשיו לחדשות הטובות: הטכנולוגיה שפיתחו חוקרי הטכניון ועמיתיהם ברוסיה מציגה דיוק חסר תקדים בפענוח של רישומי אק”ג מרובים ומספקת אבחון של הפרעות לב שונות בעת ובעונה אחת.

הטכנולוגיה שפיתחו חוקרי הטכניון מנתחת באופן אוטומטי את רישומי האק”ג (או תמונות סרוקות של האותות), וזאת בהתבסס על רשתות נוירונים רבודות – אחד הכלים היעילים ביותר בעולם הבינה המלאכותית. רשתות אלה לומדות דפוסים שונים על ידי אימון על דוגמאות מרובות, והמערכת שפיתחו החוקרים אומנה על יותר מ-40 אלף הקלטות אק”ג סטנדרטיות. מדובר בבדיקות אק”ג שנערכו ליותר מ-6,800 נבדקים ב-11 בתי חולים.

הדוקטורנט ודים גלינר

עשרות אלפי הרישומים נבדקו ופוענחו על ידי קרדיולוגים מומחים, שסיווגו אותם לתשעה מצבים שונים – מצב לבבי תקין ושמונה מצבים קליניים בעיתיים. המערכת החדשה מציגה דיוק ממוצע של 96% באבחון המצבים השונים לעומת 80% באלגוריתמים קיימים. המערכת החדשה מנטרת את כל המצבים ברמת דיוק גבוהה מקודמותיה: פרפור חדרים, לדוגמה, אובחן בדיוק של 98% לעומת 92% באלגוריתמים קיימים. LBBB – בעיית הולכה בחדר השמאלי – אובחנה בדיוק של 100% לעומת 85%. מצב לבבי תקין אובחן בדיוק של 96% לעומת 82%.

ההישג שמציגים חוקרי הטכניון ב-Scientific Reports סולל דרך לניטור מוקדם של בעיות לב, לרבות תוך הסתמכות על צילומי הרישום בסמארטפון. החוקרים מבהירים כי המערכת אינה מייתרת את הרופא אלא מספקת לו מעין חוות דעת נוספת, ועשויה לזהות בעיות שהעיון האנושי בהקלטות, מקצועי ככל שיהיה, עלול להחמיץ. כעת הם מתכננים מחקרי המשך שישפרו את איכות האלגוריתם בהקשרים כמו שונות באוכלוסייה ובין אוכלוסיות, שונות במכשירי הבדיקה ועוד, כמו גם פיתוח אפליקציית סמאטרפון שתאפשר לכל רופא וחולה לסרוק את התרשים ולקבל פענוח מיידי שלו.

חוקרי הטכניון פיתחו כאמור בסיס-נתונים פתוח (open-source database) לטובת רופאים ומשתמשים אחרים. במחקר תמכו משרד המדע והטכנולוגיה וקרן יד הנדיב.

למאמר במגזין Scientific Reports  לחצו כאן