Исследователи из Института интеллектуальных кибернетических систем НИЯУ МИФИ разработали алгоритм машинного обучения, способный анализировать электрокардиограммы с точностью до 98%. Новая технология умеет классифицировать 12 типов сердечных сокращений, работать на отечественном «железе» и в разы сокращает время расшифровки ЭКГ. Результаты опубликованы в журнале Biomedical Signal Processing and Control.
В лабораториях Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» завершилась работа над алгоритмом, который может кардинально изменить диагностику одного из самых распространенных сердечных недугов. Команда под руководством профессора Института интеллектуальных кибернетических систем МИФИ Александра Дорофеюка представила программный комплекс на основе сверточных нейронных сетей, способный с высокой точностью распознавать аритмии по стандартной электрокардиограмме. Разработка, поддержанная грантом Российского научного фонда, уже прошла испытания на открытых базах данных и показала результаты, сопоставимые с лучшими мировыми образцами, а по ряду показателей — превосходящие их.
Как работает алгоритм
В основе системы лежит глубокая сверточная нейронная сеть, архитектура которой оптимизирована специально для анализа одномерных сигналов. Инженеры обучили модель на обширном массиве данных — более 100 тысяч аннотированных фрагментов ЭКГ из международных баз данных MIT-BIH и INCART. Алгоритм извлекает из сигнала 187 ключевых признаков: интервалы между ударами, форму зубцов, амплитуду и скос сегментов, и на основе этого классифицирует каждое сердечное сокращение.
«Сложность задачи заключалась в том, чтобы отличить опасные нарушения ритма от безобидных экстрасистол, — пояснил Дорофеюк в комментарии для ТАСС. — Наша модель умеет разделять 12 типов сердечных сокращений, включая предсердные и желудочковые экстрасистолы, фибрилляцию предсердий, блокады ножек пучка Гиса и другие. Точность распознавания достигает 98%».
Отличительной особенностью разработки стала ее способность работать в реальном времени на относительно маломощных вычислителях. Исследователи сознательно стремились к этому, чтобы алгоритм можно было внедрять не только в стационарное оборудование, но и в портативные устройства — например, в кардиопосты или носимые регистраторы ЭКГ.
Почему это важно
По данным Всемирной организации здравоохранения, нарушения сердечного ритма остаются одной из главных причин внезапной сердечной смерти в мире. В России ежегодно регистрируется более 500 тысяч новых случаев фибрилляции предсердий — наиболее опасной формы аритмии, повышающей риск инсульта в пять раз. Однако своевременная диагностика по-прежнему остается проблемой: в небольших городах и сельской местности не хватает квалифицированных врачей-электрокардиологов, а ручная расшифровка ЭКГ требует времени и внимания.
Новый алгоритм МИФИ способен решить эту проблему. Он берет на себя первичный анализ сигнала, выделяет подозрительные фрагменты и формирует предварительное заключение. Врачу остается лишь проверить выводы машины, что сокращает время обработки одного пациента с 15–20 минут до нескольких секунд.
«Мы не ставим задачу заменить врача, — подчеркивает Александр Дорофеюк. — Наш алгоритм — это помощник, который ускоряет рутину и снижает риск пропустить патологию».
Испытания и перспективы
Алгоритм прошел валидацию на трех независимых тестовых выборках, включая данные российских пациентов. Результаты показали, что модель устойчива к шумам, артефактам движения и вариабельности сердечного ритма — факторам, с которыми традиционные методы справляются плохо.
Разработчики уже ведут переговоры с несколькими российскими производителями медицинского оборудования о встраивании алгоритма в серийные электрокардиографы и системы холтеровского мониторирования. По предварительным оценкам, первые устройства с нейросетью от МИФИ могут появиться в поликлиниках уже в 2027 году.
Технология также может найти применение в телемедицине: пациент с помощью портативного датчика записывает ЭКГ, а удаленный сервер с алгоритмом мгновенно выдает результат. Это особенно актуально для отдаленных и труднодоступных районов.
Разработка МИФИ — это еще один шаг к тому, чтобы высокоточная диагностика стала доступной каждому пациенту, независимо от места жительства. Алгоритм, способный за считанные секунды проанализировать ЭКГ и указать на аритмию, может спасти тысячи жизней в год, если будет массово внедрен в клиническую практику.
