Искусственный интеллект научился различать болезни легких по выдоху: новое слово в неинвазивной диагностике

Многие хронические болезни дыхательной системы имеют схожие симптомы – одышку, кашель, снижение функции легких. Это затрудняет дифференциальную диагностику, особенно на ранних стадиях. Ученые давно ищут неинвазивные методы, которые помогли бы врачам быстрее и точнее определять природу заболевания.

Группа исследователей из Сеченовского Университета предложила новый подход: анализ выдыхаемого воздуха с помощью искусственного интеллекта. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Как устроен новый метод

В исследовании приняли участие 843 человека, включая пациентов с четырьмя хроническими заболеваниями легких – бронхиальной астмой, хронической обструктивной болезнью легких, муковисцидозом и лимфангиолейомиоматозом, а также здоровых добровольцев. Состав выдыхаемого воздуха изучали методом протонной масс-спектрометрии высокого разрешения, которая позволяет регистрировать летучие органические соединения в реальном времени.

Полученные данные обрабатывались с помощью алгоритмов машинного обучения. Модель анализировала не отдельные вещества, а характерные сочетания десятков соединений. Оказалось, что каждому из заболеваний соответствует свой уникальный химический профиль.

Точность диагностики и перспективы

Наилучшие результаты система продемонстрировала при выявлении муковисцидоза, однако в целом алгоритм успешно различал все исследованные патологии. Помимо анализа отдельных соединений ученые изучали взаимосвязи между ними. Выяснилось, что при разных болезнях по-разному перестраиваются сети метаболических взаимодействий, что отражается в составе выдыхаемого воздуха.

По словам директора Института персонализированной кардиологии Филиппа Копылова, исследователи стремятся к тому, чтобы значительная часть социально значимых заболеваний выявлялась таким способом хотя бы на этапе скрининга. В перспективе пациент сможет пройти быструю диагностику в поликлинике, и система подскажет, нужна ли консультация пульмонолога, кардиолога или другого специалиста. Сейчас ученые работают над алгоритмами для выявления заболеваний легких, сердечно-сосудистой патологии, некоторых видов рака и эндокринных нарушений.

Авторы исследования подчеркивают, что выявленные различия в химическом составе выдыхаемого воздуха отражают особенности течения каждого заболевания. В дальнейшем такие данные могут использоваться не только для диагностики, но и для оценки текущего состояния пациента и эффективности лечения.