Ruixiang Qi، دانشجوی کارشناسی ارشد در گروه Xu در UC San Diego گفت: «به طور خاص، مؤلفه هوش مصنوعی شامل یک مدل یادگیری عمیق برای تقسیم‌بندی تصویر، یک الگوریتم برای محاسبه حجم قلب و یک الگوریتم انتساب داده است. ما از این مدل یادگیری ماشینی برای محاسبه حجم قلب بر اساس شکل و مساحت بخش‌بندی بطن چپ استفاده می‌کنیم. مدل یادگیری عمیق تصویربرداری-بخش‌بندی اولین مدلی است که در دستگاه‌های سونوگرافی پوشیدنی کاربردی می‌شود. این دستگاه را قادر می‌سازد تا دقیق و دقیق را ارائه دهد. شکل موج‌های پیوسته شاخص‌های کلیدی قلبی در حالت‌های فیزیکی مختلف، از جمله استاتیک و بعد از ورزش، که قبلاً هرگز به دست نیامده بود.
Xu قصد دارد این فناوری را از طریق Softsonics تجاری کند، شرکتی که از UC San Diego منشعب شد و او با مهندس شو شیانگ آن را تأسیس کرد. او همچنین دیگران را در جامعه علمی خود تشویق می‌کند که از رهبری او پیروی کنند و در زمینه‌هایی از این تحقیق که مستلزم کاوش بیشتر است، کار کنند.
این سیستم می‌تواند بطن چپ قلب را با استفاده از سونوگرافی در نماهای دو صفحه‌ای جداگانه بررسی کند و تصاویر بالینی مفیدتری نسبت به آنچه قبلاً در دسترس بود تولید کند. به عنوان یک مورد استفاده، تیم تصویربرداری از قلب را در طول ورزش نشان داد، که با تجهیزات سخت و دست و پا گیر مورد استفاده در تنظیمات بالینی امکان پذیر نیست.
Xu گفت: “این فناوری به هر کسی امکان می دهد از تصویربرداری اولتراسوند در حال حرکت استفاده کند.”
بنابراین، این فناوری می‌تواند منحنی‌های این سه شاخص را به‌طور مداوم و غیرتهاجمی ایجاد کند، زیرا مؤلفه هوش مصنوعی جریان پیوسته تصاویر را برای تولید اعداد و منحنی‌ها پردازش می‌کند.
به لطف الگوریتم های سفارشی هوش مصنوعی، این دستگاه قادر است میزان خون پمپاژ قلب را اندازه گیری کند. این مهم است زیرا قلب به اندازه کافی خون پمپ نمی کند، ریشه بیشتر بیماری های قلبی عروقی است. و مشکلات مربوط به عملکرد قلب اغلب تنها زمانی آشکار می شوند که بدن در حرکت باشد.
تصویربرداری قلب یک ابزار بالینی ضروری برای ارزیابی سلامت درازمدت قلب، تشخیص مشکلات در زمان بروز و مراقبت از بیماران بدحال است. این مانیتور قلب غیرتهاجمی و پوشیدنی جدید برای انسان، بینش‌های خودکار و بی‌درنگ درباره فعالیت پمپاژ قلب که به سختی قابل ضبط است، حتی زمانی که فرد در حال ورزش است، ارائه می‌کند.
موهان لی، دانشجوی کارشناسی ارشد در گفت: یک مدل یادگیری عمیق به طور خودکار شکل بطن چپ را از ضبط مداوم تصویر جدا می‌کند، حجم آن را فریم به فریم استخراج می‌کند و شکل موج‌هایی را برای اندازه‌گیری حجم ضربه، برون ده قلبی و کسر جهشی ایجاد می‌کند. گروه Xu در UC San Diego.
شنگ زو، استاد مهندسی نانو، دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو
تصویربرداری قلب یکی از قدرتمندترین ابزارها برای غربالگری و تشخیص مشکلات قلبی قبل از تبدیل شدن به مشکل است. Hongjie Hu، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه Xu در UC San Diego، گفت: قلب تحت انواع آسیب شناسی های مختلف قرار می گیرد. “تصویربرداری قلبی داستان واقعی را در زیر فاش می کند. خواه انقباض قوی اما طبیعی حفره های قلب منجر به نوسان حجم شود یا اینکه یک مشکل مورفولوژیکی قلبی به عنوان یک وضعیت اضطراری و نظارت بر تصویر در زمان واقعی روی قلب نشان می دهد. کل تصویر با جزئیات واضح و جلوه بصری.”
نحوه کار با جزئیات
شنگ زو، استاد مهندسی نانو در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو که این پروژه را رهبری می کند، گفت: هدف این است که سونوگرافی را برای جمعیت بزرگتر در دسترس قرار دهیم. در حال حاضر، اکوکاردیوگرام – معاینات اولتراسوند قلب – به تکنسین های بسیار آموزش دیده و دستگاه های حجیم نیاز دارد.
تیم Xu الگوریتمی را برای تسهیل پردازش خودکار مداوم با کمک هوش مصنوعی توسعه داد.
در تکرار فعلی، وصله از طریق کابل به یک کامپیوتر متصل می‌شود، که می‌تواند در زمانی که وصله هنوز روشن است، داده‌ها را به‌طور خودکار دانلود کند. این تیم یک مدار بی سیم برای این وصله ایجاد کرده است که در انتشارات بعدی پوشش داده خواهد شد.
مراحل بعدی
مهندسان و پزشکان یک دستگاه فراصوت پوشیدنی ساخته اند که می تواند ساختار و عملکرد قلب انسان را ارزیابی کند. این دستگاه قابل حمل که تقریباً به اندازه یک تمبر پستی است، تا 24 ساعت قابل استفاده است و حتی در هنگام ورزش شدید نیز کار می کند.
منبع:
عملکرد قلب با سه عامل مشخص می شود: حجم ضربه ای (حجم خونی که قلب در هر ضربان پمپاژ می کند)، کسر جهشی (درصد خونی که در هر ضربان از بطن چپ قلب پمپ می شود) و برون ده قلبی ( حجم خونی که قلب در هر دقیقه پمپ می کند).
طراحی منحصر به فرد سنسور آن را برای بدن در حال حرکت ایده آل می کند. Xiaoxiang Gao، محقق فوق دکترا در گروه Xu در UC San Diego، گفت: «دستگاه را می توان با حداقل محدودیت برای حرکت افراد به قفسه سینه وصل کرد، حتی ثبت مداوم فعالیت های قلبی قبل، حین و بعد از ورزش را فراهم می کند.
اهمیت تصویربرداری از قلب
برای پیگیری این نتایج، Xu چهار مرحله فوری بعدی را توصیه می کند:
- تصویربرداری حالت B، که قابلیت‌های تشخیصی بیشتری را درگیر ارگان‌های مختلف می‌دهد
- طراحی تصویرگر نرم، که به محققان اجازه می دهد تا پروب های مبدل بزرگی بسازند که چندین موقعیت را به طور همزمان پوشش می دهد.
- کوچک‌سازی سیستم بک‌اند که تصویربردار نرم را تقویت می‌کند
- کار به سمت یک مدل کلی یادگیری ماشینی که متناسب با موضوعات بیشتری باشد
افزایش خطر ابتلا به بیماری های قلبی نیاز به روش های نظارتی پیشرفته تر و فراگیرتر دارد. با ارائه جزئیات دقیق‌تر به بیماران و پزشکان، نظارت مداوم و بی‌درنگ تصویر قلب آماده است تا پارادایم تشخیص‌های قلبی را اساساً بهینه کرده و تغییر شکل دهد.»
در مقایسه، روش‌های غیرتهاجمی موجود قابلیت نمونه‌گیری محدودی دارند و داده‌های محدودی ارائه می‌دهند. فناوری پوشیدنی که توسط تیم Xu ایجاد شده است، تصویربرداری ایمن، غیرتهاجمی و با کیفیت قلب را امکان‌پذیر می‌کند و در نتیجه تصاویری با وضوح فضایی، وضوح زمانی و کنتراست بالا ایجاد می‌کند. هائو هوانگ، دانشجوی دکترا در گروه Xu در UC San Diego، گفت: «همچنین ناراحتی بیمار را به حداقل می‌رساند و بر برخی محدودیت‌های فناوری‌های غیرتهاجمی مانند CT و PET غلبه می‌کند که می‌تواند بیماران را در معرض تشعشع قرار دهد.
بیماری های قلبی علت اصلی مرگ و میر در میان سالمندان است و همچنین به دلیل عوامل سبک زندگی در بین جوانان شیوع بیشتری پیدا می کند. علائم بیماری های قلبی گذرا و غیرقابل پیش بینی هستند و تشخیص آنها را سخت می کند. این امر تقاضا برای فناوری‌های نظارتی پیشرفته‌تر، فراگیر، غیرتهاجمی و مقرون‌به‌صرفه‌تر مانند تصویربرداری طولانی‌مدت قلب را افزایش داده است که این دستگاه پوشیدنی آن را تسهیل می‌کند.
دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو