Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) разработали нейронную сеть, способную за несколько минут диагностировать различные заболевания, в том числе на начальной стадии, по одной капле биологической жидкости.

Метод основан на принципе тензиометрии, с помощью которого определяют деформации, вызванные механическим напряжением. Этот принцип применяется в различных устройствах и приборах: весах, манометрах, динамометрах. Для своих исследований авторы использовали тензиометр — прибор высокой точности, замеряющий динамическое и равновесное поверхностное натяжение жидкости.

Прибор регистрировал, как меняются форма и объем капли крови или лекарственного препарата. На основании этих данных программа автоматически рассчитывала величины тензиометрических показателей, которые отличаются у больных и здоровых людей, у качественного и некачественного препарата. Любое отклонение может свидетельствовать о наличии патологии или фальсификата.

«По виду нескольких кривых, характеризующих динамические характеристики поверхностного натяжения, нужно было определить наличие патологии. Решение этой задачи, которое мы нашли, позволяет существенно упростить и удешевить прибор. Для классификации многомерных временных рядов применена рекуррентная нейронная сеть, предназначенная для анализа последовательностей. Для того чтобы сеть „помнила” все значения временного ряда, использована сложная архитектура сети „долгая кратковременная память” (LSTM — Long Short-Term Memory)», — рассказал один из авторов разработки, заведующий кафедрой «Компьютерные технологии» ПГУ, профессор, доктор технических наук Владимир Горбаченко.

С помощью подключения нейросети ученые смогли повысить точность диагностики хронической сердечной недостаточности (ХСН) на ранней стадии до 99%. При этом патологию выявляет не врач-кардиолог, а умная нейросеть без необходимости проведения дополнительных анализов.

Исследования проводили в Центральной научно-исследовательской лаборатории Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького и специализированной лаборатории ПГУ. Нейронную сеть создали на кафедре «Компьютерные технологии» ПГУ.

«Наша разработка дешевле известных и общепринятых методов диагностики. Поскольку сразу, на основе одного тензиометрического анализа, можно установить ХСН с точностью 99%. В то время как обычно для постановки диагноза делается минимум три анализа: общий и биохимический анализ крови и мочи. Это требует большого количества и сотрудников, и необходимой аппаратуры», — рассказал еще один участник исследования, профессор кафедры «Анатомия человека» ПГУ, доктор медицинских наук Олег Зенин.

Научный коллектив получил свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Компьютерная программа ранней диагностики хронической сердечной недостаточности с применением рекуррентной нейронной сети для анализа результатов тензиометрии крови». В планах — распространить новый метод диагностики на другие биологические жидкости: мочу, спинномозговую жидкость, пот и т. д. Авторы уверены, что благодаря тензиометру станет возможным распознавать неврологические, онкологические, кардиологические заболевания на ранней стадии.