Биоинженеры из Оксфордского университета приступили к разработке алгоритма на основе машинного обучения для высокоточной и бюджетной диагностики детской пневмонии.

Пневмония, или воспаление легких, — группа заболеваний, как правило, инфекционного происхождения, главным симптомом которых является воспаление легочной ткани. Пневмония считается наиболее частой причиной смерти среди детей в возрасте до пяти лет. Ее диагностика осложняется высокими требованиями к квалификации врачей и наличию специализированного дорогостоящего оборудования. Наиболее остро дефицит специалистов и инструментов ощущается в развивающихся странах, где от пневмонии ежегодно умирает около 1 млн несовершеннолетних.

В новом исследовании ученые проанализировали данные о пневмонии, полученные в Гамбии, с помощью методов машинного обучения. В частности, авторы оценили вероятность положительного диагноза по 11 критериям: влажный и сухой хрип в бронхах, концентрация кислорода в крови, тахикардия, межреберные ретракции и другим. Результаты показали, что для предварительной верификации воспаления легких достаточно четырех: частоты сердечных сокращений (ЧСС), частоты дыхания, концентрации кислорода и температуры тела.

Так, для нетяжелой пневмонии характерно учащенное дыхание: более 40 вдохов в минуту в случае пациентов в возрасте 12–59 месяцев и более 50 — в случае пациентов в возрасте 2–11 месяцев. Впячивание нижней части грудной клетки при упомянутых симптомах свидетельствует о тяжелой пневмонии, центральный цианоз или невозможность глотания — об очень тяжелой форме заболевания. Влажные хрипы в бронхах специфичны для пневмонии в 99% случаев, сухие — в 98%. Межреберные ретракции, при которых пониженное давление воздуха в груди приводит к закупорке в дыхательных путях, специфичны для 98% случаев пневмонии.

С помощью упомянутых четырех симптомов ученым удалось повысить чувствительность и специфичность диагностики пневмонии до 98,2 и 97,5% соответственно (против 94 и 69% у системы комплексного лечения детских заболеваний, КЛДЗ). Подчеркивается, что базовое обследование может проводиться стандартными медицинскими инструментами — посредством пульсоксиметра и термометра. Стетоскоп позволяет оценить хрипы в бронхах и тяжесть инфекции с 72,4%-й специфичностью и 82,2%-й чувствительностью (79,3 и 67,7% соответственно у КЛДЗ).

Природа пневмонии — бактериальная или вирусная — может выявляться путем оценки ЧСС, частоты дыхания, концентрации кислорода в крови в сочетании с биомаркером липокалином-2, обычно ориентирующим диагностику острого повреждения почек. Такой подход позволяет достичь 81,8%-й чувствительности и 90,6%-й специфичности диагностики, тогда как чувствительность КЛДЗ в вопросе природы заболевания составляет 100% при нулевой специфичности.

Как сообщила доктор Элина Найденова, найденные диагностические критерии являются альтернативой сложным медицинским техникам, в частности комбинации рентгеновских систем и бактериологическому посеву крови. Предполагается, что результаты работы могут использоваться в передвижных пунктах обследования, клинические испытания подхода будут проведены в ближайшие два года.