Dirbtinis intelektas ir medicina: KTU matematikė dalyvauja kuriant sistemą, padėsiančią kovoti su nuovargiu ir profesinėmis ligomis

Mokslo pritaikomumas | 2021-06-15

KTU Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (MGMF) docentės Liepos Bikulčienės su tyrėjų komanda ir projekto partneriais kuriama fizinės sveikatos stebėsenos sistema „FATIGUE“, kuri veikia pasitelkiant mobilųjį telefoną ir specialų diržą, ne tik vertina asmeninius žmogaus duomenis, bet ir pateikia išsamias rekomendacijas.

Šiandien dirbtinio intelekto (DI) technologijos vertinamos kaip revoliucinės technologijos, naudingos daugeliui sektorių.

Sveikatos priežiūra ir medicina – vienas iš jų. Visa sveikatos priežiūros sistema, kaip ir verslo pasaulis, sugeneruoja milžiniškus srautus duomenų, o tuos duomenis „įdarbinant“ gerinama paslaugų kokybė, kuriami tikslesni sprendimai diagnozavimui, gydymui ir stebėsenai. Prognozuojama, kad dirbtinio intelekto rinkos vertė sveikatos priežiūros pramonėje per 2021 m. pasieks 6,6 mlrd. JAV dolerių.

Matematika – neatsiejama nuo medicinos

Pasitelkdami DI ir matematinio modeliavimo metodus, sprendimus sveikatos priežiūrai kuria ir KTU mokslininkai. Pasak projekto vadovės, KTU docentės L. Bikulčienės, matematika medicinoje taikoma kiekviename žingsnyje, kartais to net nepastebint, pavyzdžiui, pradedant paprastu kūno masės indekso skaičiavimu ir baigiant sudėtingais matematiniais algoritmais, integruotais į medicininę įrangą ar diagnostinius modelius.

„Dažniausiai visose medicinos srityse, tarp jų ir farmacijoje, taikoma statistika ir prognozavimas. Pavyzdžiui, matematiniai modeliai taikomi skaičiuojant išdavimo dažnį, tiriant jų poveikį organizmui ir vertinant šalutinius efektus, taip pat prognozuojant įvairių infekcinių ligų paplitimo arealą ir kt.“, – vardija matematikė.

Jos teigimu, kita svarbi sritis yra signalų ir vaizdų apdorojimas ir analizė. Dažniausiai tiriami signalai yra elektrokardiogramos, kurios parodo širdies veiklą; taip pat elektroencefalogramos, kurios fiksuoja smegenų elektrines bangas ir elektromiogramos, kurios parodo atskirų raumenų veiklą. Šie signalai vertinami ne tik vizualiai, bet ir apskaičiuojant tikslingus parametrus, kurie parodo organizmo būklę.

„Matematinė analizė taikoma ir DNR bei genetiniuose tyrimuose“, – apie matematikos taikymus medicinoje pasakoja docentė.

Šiandien Lietuva yra viena iš lyderiaujančių šalių DNR tyrimuose atliekant vėžinių ląstelių atsiradimo prevenciją bei įterpiant į DNR grandinę specifines dalis, galinčias padėti sveikimo procesui. Tai yra vienas iš naujausių nemedikamentinių gydymo būdų. Genetiniai tyrimai svarbūs nustatant paveldimas ligas bei sudarant apsisaugojimo nuo jų modelius.

Sprendimas – nuovargio prevencijai

Projekto „FATIGUE“ mokslininkė pasakoja, žmogaus organizmo sistemos yra skirstomos į kelias grupes: nervų, virškinimo, kvėpavimo, raumenų, kraujotakos, kaulų, lytinę sistemą.

Liepa Bikulčienė
Liepa Bikulčienė

„Holistinėje medicinos sampratoje žmogus yra tiriamas kaip organų sistema, t. y. gydoma ne atskira problema, bet jų visuma, o matematika yra mokslas apie sistemas bei jų sąveiką, tad medicinoje galima taikyti matematinius kompleksinių sistemų tyrimo metodus“, – sako ji.

Matematikė pabrėžia, kad žmogus yra adaptyvi sistema, nes esant pakitusioms aplinkos sąlygoms, žmogaus organizmas prisitaiko. Kompleksinių sistemų principai taikomi ir kuriamoje sistemoje, kuri neinvaziniu būdu vertina pagrindines žmogaus organizmo sistemas: nervų, širdies bei kraujagyslių ir raumenyno.

Jos teigimu, „FATIGUE“ sistemoje bus naudojami įvairūs atlikties testai bei stebimi biosignalai. Tuomet vertinama atskira sistemų būklė, braižomas bendros būklės žemėlapis, iš kurio matomos probleminės organizmo vietos, o vėliau, pagal rezultatus, skiriamos rekomendacijos. Būklės įvertinimui reikia širdies ritmogramą (širdies ritmo ir puslo diržas) arba elektrokardiogramą (EKG) fiksuojančio įrenginio (mobilus kardiografas), IMU (judesio) jutiklių, esančių mobiliajame telefone ir mobilios aplikacijos, kuri pagal referentines skales priima sprendimus apie būklę ir siunčia duomenis į serverį, tai pat pateikiamos rekomendacijos.

„Tyrimai gali būti kartojami, norint sekti būklės pokyčius“, – apie kuriamą sistemą pasakoja mokslininkė.

Duomenų analizė sveikesnei visuomenei kurti

Vykdydama projektą, duomenų surinkimui, pradinei analizei, referentinių skalių nustatymui mokslininkai pasitelkė statistikos metodus; biosignalų apdorojimui – triukšmų šalinimo ir parametrų radimo algoritmus, klasifikavimui – DI sistemas.

Matematikė pabrėžia, kad labai svarbus yra sistemos atgalinis ryšys ir perspėjimai realiuoju laiku apie atsiradusį nuovargį: „priklausomai nuo organizmo būklės, sistema gali rekomenduoti pailsėti arba nutraukti veiklą. Ši sistema gali padėti žmonėms išvengti persidirbimo ir profesinių ligų, taip pat suteikti galimybę sekti savo fizinės būklės pokyčius ir pagal rekomendacijas bandyti išvengti prasidedančių sveikatos problemų“.

L. Bikulčienė prognozuoja, kad kuriama sistema bus pabaigta dar šį rudenį ir parduodama asmenims, norintiems stebėti savo fizinės būklės pokyčius, taip pat bendrovėms ar sveikatos priežiūros įstaigoms, vertinančioms pacientų sveikatos ar darbingumo būklę.

„Tikiuosi, kad projekto sėkmė prisidės prie sveikesnės visuomenės kūrimo, profesinių ligų mažinimo ir greitesnės prevencijos atsiradusioms sveikatos problemoms spręsti“, – viliasi matematikė.