Sztuczna inteligencja ma pomóc wykrywać ryzyko przedwczesnego porodu

Według raportu Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) z 2018 r. spontaniczny przedwczesny poród (przed ukończeniem 37. tygodnia ciąży) dotyczy 15 milionów noworodków rocznie. Według różnych szacunków na świecie 5-18 proc. nowonarodzonych dzieci to wcześniaki. Komplikacje z tym związane powodują, że aż milion z tych dzieci umiera przed ukończeniem 5. roku życia.

Wykorzystywana powszechnie manualna analiza obrazów ultrasonograficznych w pewnym stopniu umożliwia ginekologom prognozowanie, która ciąża może zakończyć się przedwcześnie. Nie jest to jednak ciągle metoda doskonała.

Dlatego w 2017 roku Nicole Sochacki-Wójcicka (w trakcie specjalizacji z ginekologii) oraz Jakub Wójcicki zgłosili się do dr. Tomasza Trzcińskiego z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych PW z pytaniem, czy jest możliwość zrealizowania projektu predykcji spontanicznego przedwczesnego porodu z wykorzystaniem sieci neuronowych.

Wtedy powstał zespół badawczy i zaczęły się prace. O pierwszych efektach tych badań pisze Politechnika Warszawska w komunikacie na swojej stronie.

Nasze rozwiązanie może wspomóc diagnostykę komputerową i pozwolić z większą dokładnością przewidywać spontaniczne przedwczesne porody – wyjaśnia Szymon Płotka, absolwent Politechniki Warszawskiej i jeden z członków zespołu pracującego nad projektem.

– Przed rozpoczęciem projektu, współpracujący z nami lekarze przygotowali zestaw danych uczących, walidacyjnych oraz adnotacji w formie obrysu kształtu szyjek macicy na obrazach ultrasonograficznych oraz numerycznych (0 i 1), odpowiadającymi kolejno: poród w terminie, poród przedwczesny – wyjaśnia Szymon Płotka.

Po wstępnym oczyszczeniu takie dane są wykorzystywane jako dane „uczące” sieć neuronową – w tym przypadku konwolucyjną (splotową).

– Analizuje ona każde zdjęcie piksel po pikselu, wyodrębniając z nich niezbędne cechy, które posłużą do zadania segmentacji interesującego nas fragmentu obrazu (w tym przypadku szyjki macicy) oraz klasyfikacji (czy mamy do czynienia z porodem przedwczesnym, czy nie) – tłumaczy dalej Szymon Płotka. – W trakcie treningu sieć neuronowa testuje swoje predykcje na zbiorze walidacyjnym. Po zakończeniu trenowania sieci neuronowej, jest ona sprawdzana na danych testowych, które nie zostały wykorzystane w ramach treningu.

W ten sposób weryfikuje się poprawność wytrenowanego modelu

W ramach projektu powstały dwie publikacje naukowe. Jedna z nich (https://doi.org/10.1007/978-3-030-32875-7_11) pokazuje, że dzięki sieci neuronowej błędy w prognozowaniu przedwczesnych porodów można zredukować z 30 proc. (manualnie przez lekarzy) do 18 proc. W kolejnej publikacji zaś (https://doi.org/10.1007/978-3-030-60334-2_27) badacze poprawili wyniki klasyfikacji.

Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, są to jedyne istniejące prace podejmujące się zadania predykcji spontanicznego przedwczesnego porodu w oparciu o transwaginalne obrazy ultrasonograficzne – mówi Szymon Płotka.

Naukowcy pracują obecnie nad serwisem w formie aplikacji internetowej. Chcą tam udostępnić przygotowane modele sieci neuronowej. Ma to pomóc ginekologom analizować obrazy ultrasonograficzne i tym samym wesprzeć diagnostykę spontanicznego przedwczesnego porodu. A to może uratować życie i zdrowie milionów noworodków.

Projekt „Opracowanie metody predykcji spontanicznych przedwczesnych porodów na podstawie filmów ultrasonograficznych z wykorzystaniem metod uczenia maszynowego w latach 2020-2021” jest finansowany w ramach Grantu Rady Dyscypliny Naukowej Informatyka Techniczna i Telekomunikacja PW.

Kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Tomasz Trzciński z PW. W skład zespołu - oprócz Szymona Płotki - wchodzą również doktorant Tomasz Włodarczyk, student Tomasz Szczepański, a za kwestie medyczne odpowiedzialny jest lekarz ginekolog dr Michał Lipa z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego.