Российские ученые научили ИИ различать четыре заболевания легких по выдоху

Многие хронические заболевания органов дыхания сопровождаются похожими симптомами — одышкой, кашлем и снижением функции легких. Из-за этого дифференциальная диагностика может представлять сложность, особенно на ранних стадиях болезни. Поэтому исследователи ищут дополнительные неинвазивные методы, которые могли бы помочь врачу быстрее определить характер заболевания. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Для исследования ученые проанализировали образцы выдыхаемого воздуха 843 участников, включая пациентов с различными заболеваниями легких и здоровых добровольцев. Состав выдоха изучали с помощью протонной масс-спектрометрии высокого разрешения, позволяющей регистрировать летучие органические соединения в режиме реального времени. Затем данные обрабатывали алгоритмами машинного обучения. 

Модель анализировала не отдельные вещества, а характерные сочетания десятков соединений. Оказалось, что каждому заболеванию соответствует собственный химический профиль. Наиболее высокой точности система достигла при выявлении муковисцидоза, однако в целом алгоритм успешно различал все исследованные заболевания. 

Помимо анализа отдельных соединений ученые изучили связи между ними. Исследование показало, что при разных заболеваниях легких по-разному перестраиваются сети метаболических взаимодействий, отраженные в составе выдыхаемого воздуха. По мнению авторов, такие особенности могут помочь лучше понять биологические механизмы развития болезней и в будущем повысить точность диагностики. 

«Мы движемся к тому, чтобы как минимум значительную часть социально значимых заболеваний можно было выявлять таким способом хотя бы на этапе скрининга. В перспективе человек сможет пройти быструю диагностику с помощью анализатора выдыхаемого воздуха прямо в поликлинике, и система подскажет, требуется ли ему консультация пульмонолога, кардиолога, эндокринолога или другого специалиста. Сейчас мы работаем над алгоритмами для выявления заболеваний легких, сердечно-сосудистой патологии, некоторых видов рака и эндокринных нарушений», — отметил директор Института персонализированной кардиологии Филипп Копылов. 

По мнению исследователей, 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 состояния пациента и эффективности лечения.