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Könnte KI die Zukunft der Herzgesundheit revolutionieren?

Wissenschaftler finden neue Wege, KI einzusetzen, um das größte Gesundheitsproblem der Welt anzugehen.

Zukünftige Medizintechnik, gesteuert von einem KI-Roboter. NanoStockk/iStock

Der Februar mag der kürzeste und kälteste Monat des Jahres sein. Aber für viele ist es eine Zeit, oft übersehenen Aspekten der Weltgeschichte besondere Anerkennung zu schenken Monat der schwarzen Geschichte und erkennen Sie, was die vielleicht größte Einzelbedrohung für die Gesundheit der Welt ist.Für viele ist der Februar auch bekannt als Monat der Herzgesundheit, und 2022 wird das 58. Jahr in Folge sein, in dem es anerkannt wird.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind ein globales Problem, das das Leben von Menschen fordertmehr Menschen pro Jahr als Krebs, Schlaganfälle oder andere weit verbreitete Krankheiten. Glücklicherweise führt fortschrittliche Forschung zu wirksamen Lösungen zur Verbesserung der kardiovaskulären Gesundheit. Ein auffälliges Beispiel ist, wie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz ermöglichen schnellere Diagnosen, verbesserte Genauigkeit und frühere Erkennung.

Ein gutes Beispiel ist Öko, ein mit Sitz in Oakland, KalifornienMedizintechnikunternehmen, das 2013 von Absolventen der University of California Berkeley gegründet wurde und sich der Nutzung von KI verschrieben hat, um kostengünstige Screenings für Herz-Kreislauf- und Lungenerkrankungen anzubieten. In seiner Mission, die medizinische Versorgung zugänglicher zu machen, haben sie eine Reihe von „intelligentenStethoskope."

Diese ermöglichen es Ärzten, Herztöne mit einem zu visualisieren, aufzuzeichnen, zu teilen und zu analysieren Cloud-basierter Algorithmus, und das zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Kardiogramme und Ultraschalluntersuchungen. Wie Eko-Mitbegründer und CSO Jason Bellet Interessante Technik | wissenschaft-x.com via Zoom sagte:

"Wir haben das erste 'intelligente Stethoskop' gebaut, das Geräusche verstärkt und Hintergrundgeräusche reduziert, aber auch mit einer Softwareplattform gekoppelt ist, die es Ärzten ermöglicht, sich zum ersten Mal in einem digitalen Format mit Herz- und Lungengeräuschen zu beschäftigen - speichern Sie es,teilen und mit unseren Algorithmen analysieren."

Diese Technologie könnte das Leben von buchstäblich Millionen von Menschen weltweit retten, insbesondere denen, die in unterversorgten Gemeinden und Entwicklungsländern leben.

Quelle: WER

Ein globales Problem

laut Zentrum für Krankheitskontrolle und Prävention CDC sterben jedes Jahr durchschnittlich etwa 950.000 Amerikaner an Herz-Kreislauf-Erkrankungen CVD. Darüber hinaus leiden Farbige, Landbewohner und Menschen, die in Armut leben, überproportional unter den Folgen von CVD. Es gibt auch eine vorhersehbare Ungleichheitbei Herzkrankheiten zwischen Menschen, die in Industrienationen und Entwicklungsländern leben.

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Definitionsgemäß sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen eine Gruppe von Erkrankungen, die das Herz und die Blutgefäße betreffen, und umfassen koronare Herzerkrankungen, zerebrovaskuläre Erkrankungen, rheumatische Herzerkrankungen und andere Erkrankungen. Gemäß der Weltgesundheitsorganisation WHO, Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache und verursachen schätzungsweise 17,9 Millionen Todesfälle pro Jahr oder 32 Prozent aller Todesfälle weltweit.

Ungefähr 85 Prozent dieser Todesfälle waren auf Herzinfarkt und Schlaganfall zurückzuführen, und ein Drittel dieser Todesfälle trat vorzeitig bei Personen unter 70 Jahren auf. Darüber hinaus sind mehr als drei Viertel der jährlich erfassten CVD-Todesfälle ~13,5 Millionen finden in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen statt. Obwohl das Problem global ist, gibt es Unterschiede aufgrund von Wohlstand und Zugang zu medizinischen Dienstleistungen.

In der entwickelten Welt ist das Problem ähnlich. Laut den von der CDC für 2020 zusammengestellten Statistiken sind Herzerkrankungen dafür verantwortlich.696.962 Todesfälle allein in den USA. Damit sind kardiovaskuläre Erkrankungen die häufigste Todesursache und schlagen Krebs 598.932 und COVID-19 350.831. Darüber hinaus laut einigen Messungen bei mindestens48 Prozent der Erwachsenen in den USA haben irgendeine Form von CVD, einschließlich Bluthochdruck, von denen die meisten aus Familien mit niedrigem und mittlerem Einkommen stammen.

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Diese Prävalenz von Herzerkrankungen geht mit dem Kostenproblem einher. Laut a Bericht 2017 durch die Amerikanische Herzvereinigung AHA, die prognostizierten Kosten für die Behandlung von Herzkrankheiten in den USA werden bis 2035 1 Billion US-Dollar erreichen. Dieses Problem entsteht aufgrund der hohen Kosten für Screenings, die teure Geräte erfordern, die sich nur große Krankenhäuser leisten können.

Obwohl es mehrere Risikofaktoren gibt, die mit kardiovaskulären Erkrankungen verbunden sind – wie z. B. ein ungesunde Ernährung, körperliche Inaktivität sowie Tabak-, Alkohol- und Drogenkonsum - auch andere Faktoren spielen eine Rolle. Dazu gehören Bluthochdruck, Blutzuckerspiegel, erhöhte Blutfettwerte und genetische Faktoren . Daher ist die Früherkennung von entscheidender Bedeutung und hat sich als nachweislich erwiesen das Risiko um 80 Prozent reduzieren.

Ein Zugangsproblem

Wie bereits erwähnt, ist der Zugang zu medizinischer Versorgung durch Armut und fehlende Infrastruktur eingeschränkt. Für diejenigen, die sich eine medizinische Versorgung leisten können, umfasst ein Standard-Herzgesundheitscheck ein Elektrokardiogramm EKG oder EKG, das große und teure Geräte und spezielle Techniker erfordertTypischerweise kann das Verfahren Kosten zwischen 500 $ und 3.000 $ für nicht versicherte Patienten in den USA, und die Wartelisten sind oft lang.

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Ein Echokardiogramm das auf Ultraschalltechnologie basiert ist eine relativ kostengünstige und nicht-invasive Methode, aber diese fortschrittliche Technologie ist nur in bestimmten Teilen der Welt verfügbar. Diese Situation wurde dank der Erfindung tragbarer EKG- und EKG-Geräte verbessert, aber auch Kostenfaktoren schränken diese ein.

Dies macht die Früherkennung in Umgebungen, in denen Krankenhäuser weniger verbreitet sind – wie in Entwicklungsländern und ländlichen Gebieten – sehr schwierig. Die einzige andere Methode, die Ärzten und Screenern zur Verfügung steht, ist das Stethoskop. Bei dieser altehrwürdigen Methode hören Ärzte das Herz eines Patienten abAnzeichen von Arrhythmie und Anomalien.

Dieses Gerät ist international als Ikone der Medizin anerkannt und wird auch am häufigsten für Vorsorgeuntersuchungen zur Herzgesundheit eingesetzt. Aufgrund seiner kostengünstigen und nicht-invasiven Natur bleibt das Stethoskop das Arbeitspferd von Ärzten. Die Einfachheit des Geräts jedochschränkt auch seine Wirksamkeit ein, was die Frage aufwirft: Ist es an der Zeit, diese Ikone der Medizin zu aktualisieren?

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Aktualisiert für das digitale Zeitalter

Eko wurde 2013 gegründet von Connor Landgraf, Jason Bellet, und Tyler Crouch, CEO, CSO und VP of Education Product jeweils des Unternehmens. Vor der Gründung dieses Biotech-Unternehmens war Landgraf Forscher bei der Biologisch inspirierte Photonik, Optofluidik, Elektroniktechnologie und -wissenschaft BioPOETS Labor an der UC Berkeley und Treuhänder der philanthropischen Berkely Foundation.

Bellet ist auch Absolventin der UC Berkeley und Absolventin der Walter A. Haas Hochschule für Wirtschaft. Zusammen mit einem Team aus Bioingenieurwesen und Maschinenbau-Absolventen gründeten sie das Unternehmen, weil sie von Stethoskopen fasziniert waren. Wie Bellet von der Erfahrung erzählte:

„Wir haben mit einer Reihe von Kardiologen gesprochen, und sie zeigten auf ihre Stethoskope, und sie sagten: ‚Hören Sie, das ist die Ikone der Medizin. Es wird von 30 Millionen Ärzten um den Hals getragen. Aber es wurde nicht innovativ entwickeltin über 200 Jahren.“ Es ist im Wesentlichen ein Gummischlauch mit einem Metallbruststück und verstärkt Geräusche, sodass der Kliniker hören und schließlich auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen untersuchen kann.

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„Trotz all der Innovation und Technik, die wir in der Kardiologie mit dem Elektrokardiogramm und Echokardiogramm gesehen haben, ist das Stethoskop immer noch das, worauf wir uns verlassen, um jährlich Milliarden von Patienten zu untersuchen. Weil es kostengünstig, nicht-invasiv undSie können es bei jeder körperlichen Untersuchung in Sekundenschnelle tun. Aber es ist ziemlich ineffizient, weil es auf der Subjektivität des menschlichen Ohrs beruht, und es ist schwierig, es in lauten Umgebungen zu verwenden."

Darauf, sagte Bellet, ging ihnen eine Glühbirne aus, und sie begannen darüber nachzudenken, wie das Stethoskop in das digitale Zeitalter gebracht werden könnte. Gepaart mit drahtloser Technologie, Cloud-Computing und maschinellen Lernalgorithmen glaubten sie, sie könnten das aktualisierenStethoskop auf eine Weise, die seine Allgegenwärtigkeit und Bequemlichkeit ehrt, ihm aber etwas von der Subjektivität nimmt.

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„Wenn wir daran denken, dass bei einem von vier Menschen eine Herz-Kreislauf-Erkrankung diagnostiziert oder nicht diagnostiziert wird, erfordert dies eine Lösung aus Diagnose- und Erkennungsperspektive, die so ziemlich jeden Patienten erreichen kann“, sagte er. „Und das beste Werkzeug, um dies zu tunist aus unserer Sicht das Stethoskop, weil es in jede einzelne körperliche Untersuchung integriert werden kann."

Die Idee hinter den „intelligenten Stethoskopen“ ist ziemlich einfach. Das Stethoskop nimmt Herztöne auf, die dann mithilfe einer HIPAA*-konformen App drahtlos an die Eko-Plattform gestreamt werden. Es gibt mehrere Versionen, darunter ein digitales Standardmodell 3M™ Littmann® CORE, eines mit integriertem EKG Eko DUO und ein digitaler Adapter Eko CORE, das an ein analoges Stethoskop angeschlossen werden kann.

Sobald sie von der Eko-Plattform empfangen wurden, analysiert ein Eko-Algorithmus diese Daten auf Anzeichen von Arrhythmie, Fraktionen mit geringem Auswurf LEF und andere Anzeichen von Herzproblemen. Die Das Team hat Jahre damit verbracht, Daten zu Herz- und Lungengeräusch-Screenings an der UC Berkeley zu sammeln, um diesen Algorithmus zu erstellen.

„Um Algorithmen für das Screening von Herz- und Lungengeräuschen zu entwickeln, benötigt man einen großen Datensatz digitaler Herz- und Lungengeräusche“, sagte Bellet. „Also haben wir die ersten Jahre unseres Unternehmens damit verbracht, eigentlich nur das digitale Stethoskop zu bauenund Sammeln des Datensatzes, da der Datensatz vor unserer Technologie nicht existierte."

Das Team hat sich dann zusammengeschlossen mit dem Mayo-Klinik, Nordwestliche Medizin, und die Universität von Kalifornien, San Francisco UCSF zum Erstellen zustandsspezifischer annotierter Datensätze, die zu unterschiedlichen Algorithmen führten. Zusätzlich Unterstützung wurde von der bereitgestellt Stanford National Accelerator Laboratory, 3M, und zahlreiche Venture-Capital-Firmen im Gesundheitswesen.

Laut einem kürzlich erschienenen unabhängigen Studie durch die Nationale Gesundheitsdienste des Vereinigten Königreichs, wurde der Algorithmus als erster validiert, der innerhalb von 15 Sekunden nach einem ersten Arztbesuch erfolgreich nach Herzerkrankungen sucht. Aber am wichtigsten ist, dass diese intelligenten Stethoskope ein genaues Screening zu einem Bruchteil der Kosten eines EKG/EKG ermöglichenoder Echokardiogramm.

„Der Schlüssel dazu ist, einige dieser Tools auf einen Kostenpunkt und Zugangspunkt zu bringen, an dem sie von Hausärzten verwendet werden können“, sagte Bellet. „Denn die Realität ist, dass wir großartige Diagnosetools haben könnten, aber wenn es so istmehrere tausend Dollar kostet und den Arbeitsablauf des durchschnittlichen Arztes stört, wird es einfach nicht implementiert. Wenn Sie es nicht einsetzen können, spielt es keine Rolle."

Aus Kostensicht ermöglicht der Preispunkt dieser Geräte, dass Tausende von Menschen pro Jahr zu geringen Kosten im Vergleich zu einem Zwölf-Kanal-EKG oder einem Ultraschall untersucht werden. Sagte Bellet:

„Unser teuerstes Stethoskop kostet 349 US-Dollar. Wir haben eine Option für 199 US-Dollar, die, wenn sie einem Arzt um den Hals gelegt wird, fünftausend bis zehntausend Patienten pro Jahr untersuchen kann. Der durchschnittliche Arzt sieht zwischen zwei- und dreitausend Patienten in jedem Fallgegebenen Jahr. Sie setzen also zwei oder drei davon in eine Gemeinschaft und können die gesamte Gemeinschaft im Laufe von ein paar Jahren überprüfen."

* Gesetz zur Übertragbarkeit und Rechenschaftspflicht von Krankenversicherungen HIPAA.

Angehen von Disparitäten

Wie bereits erwähnt, gibt es offensichtliche Unterschiede bei den Gesundheitsergebnissen in verschiedenen Teilen der Welt. In Industrienationen wie den USA umfasst diese Diskrepanz eine Kluft zwischen städtischen und ländlichen Gebieten sowie Versicherten und Nichtversicherten. Und es gibt eine rassische Dimensiondiese Ungleichheit, bei der Armut und mangelnder Zugang unverhältnismäßig stark empfunden werden.

Die Biden-Administration veröffentlichte eine Proklamation am Offizielle Website des Weißen Hauses zu Ehren des Monats der Herzgesundheit. Die Proklamation hob nicht nur die Fortschritte hervor, die bei der Behandlung von Herzerkrankungen und ihren Risikofaktoren erzielt wurden, sondern erkannte auch an, wie ungleichmäßig die Belastung empfunden wird:

„Trotz der erheblichen Fortschritte, die wir gemacht haben, fordern Herzkrankheiten weiterhin einen herzzerreißenden Tribut – eine Last, die überproportional von schwarzen und braunen Amerikanern, amerikanischen Indianern und Ureinwohnern Alaskas sowie Menschen, die in ländlichen Gemeinden leben, getragen wird. Herz-Kreislauf-Erkrankungen – einschließlich Herzerkrankungenund Schlaganfälle – sind auch eine der Hauptursachen für schwangerschaftsbedingte Todesfälle, die bei farbigen Frauen am höchsten sind."

Wie Bellet erklärte, ist dies eines der Dinge, auf die er und seine Kollegen sich bei dieser Technologie am meisten freuen:

„Es gibt Gemeinden in Afrika und Haiti und eine ganze Reihe von unterversorgten Gebieten auf der ganzen Welt, die – aus Sicht der medizinischen Infrastruktur – unterentwickelt sind. Sie kommen im Durchschnitt auf ein EKG-Gerät pro eine Million Menschen. Und das sind Bevölkerungsgruppen, in denen sie ein habenhöhere Neigung zur Entwicklung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen aufgrund lebenslanger Probleme beim Zugang zur Gesundheitsversorgung.

In vielen unterentwickelten Teilen der Welt sind Ärzte und medizinische Geräte nicht ohne Weiteres verfügbar. In diesen Regionen gehen Krankenschwestern, Hebammen, Gesundheitspersonal und Freiwillige in Gemeinden, um Kliniken einzurichten und kostenlose Dienstleistungen anzubieten. Diesumfasst Cardio-Gesundheitsscreenings, die laut Bellet durch einige Schlüsselfaktoren eingeschränkt sind :

„Ein Teil des Problems besteht darin, dass sie oft nicht über das geschulte Ohr und Fachwissen verfügen, um die strukturellen Herzerkrankungen und Herzinsuffizienz zu erkennen, die Sie in einer Reihe von weiter entwickelten Pflegeeinrichtungen bekommen würden. Indem Sie die Ohren einesKardiologen, der KI einsetzt, bis zum Stethoskop eines beliebigen Gesundheitspersonals im ländlichen Afrika, im ländlichen Haiti oder in den ländlichen Vereinigten Staaten haben wir die Möglichkeit, den Zugang zu Herzscreening auf Spezialniveau zu ‚demokratisieren‘.

Quelle: WER

Mit Blick auf die Zukunft hofft Eko, seine Plattform um Algorithmen erweitern zu können, die die Früherkennung von Lungenerkrankungen ermöglichen. In der Zwischenzeit haben sie gespendet 300.000 USD in Software und Produkten für US-Kliniken, die nicht versichert und unterversorgt sindGemeinden und stattete 150.000 Ärzte mit ihren Stethoskopen aus hauptsächlich in den USA.

Aber wie Bellet sagte, dies ist erst der Anfang. Derzeit gibt es schätzungsweise 30 Millionen Stethoskopbenutzer auf der ganzen Welt, sagte er, von denen jeder täglich Dutzende von Patienten untersucht, was zu bis zu Milliarden von Patienten führt, die auf Herzerkrankungen untersucht werdenjedes Jahr:

"Wir stellen uns eine Zukunft vor, in der Herz und Lunge eines Patienten bei jeder einzelnen körperlichen Untersuchung mit unserem KI-betriebenen Stethoskop untersucht werden, um nach einer Vielzahl von lebensbedrohlichen Zuständen zu suchen, die oft unentdeckt bleiben. Wir gehenum dies zu tun, indem Sie dem Kliniker helfen, ihn nicht zu ersetzen, Dinge zu identifizieren, die oft schwer zu hören sind."

"Wenn wir diese Technologie in das digitale Zeitalter bringen können, haben wir die Macht, das Leben von Patienten mit Herz- und Lungenerkrankungen zu verlängern und die Ergebnisse zu verbessern."

Die Zukunft der Medizin?

Das Gesundheitswesen konzentriert sich weitgehend auf die Entwicklung von Therapeutika oder Behandlungen zur Linderung von Problemen. Die Forschung hat zu außergewöhnlichen Durchbrüchen in geführtStammzelltherapie, Gentherapie, DNA-Sequenzierung, Krebsbehandlungen, Biodruck, und neue medikamentöse Therapien in den letzten Jahrzehnten.

Aber ohne Früherkennung und bessere Screening-Methoden werden selbst die erstaunlichsten medizinischen Fortschritte nur begrenzte Ergebnisse haben. Daher gab es in den letzten Jahren ein erneutes Interesse und Investitionen in Diagnostik und Bewertung, die im Vergleich zu traditionelleren Ansätzen besonders kosteneffektiv sind dh große und teure Maschinen.

In dieser Hinsicht ist es umso besser, je mehr KI in den Arbeitsablauf integriert wird, um Ärzte bei der frühzeitigen Diagnose von Herzerkrankungen zu unterstützen. In Bezug auf die fortgeschrittene Forschung gibt es zahlreiche andere Beispiele für KI-Anwendungen für die Herzgesundheit. Die Mayo-Klinik, die geholfen hatEko entwickelt seine Algorithmen und nutzt auch KI, um die Behandlungsergebnisse zu verbessern.

Zum Beispiel ermöglichten KI-Techniken ihren Forschern, ein neues Screening-Tool für zu entwickeln. Linksventrikuläre Dysfunktion LVD bei Personen ohne erkennbare Symptome. In Studien identifizierte das Tool Personen mit einem Risiko für eine linksventrikuläre Dysfunktion 93 Prozent der Zeit. Sie haben auch einen kostengünstigen Test zur Früherkennung von a entwickelt.schwache Herzpumpe, das unbehandelt zu Herzversagen führen kann.

Weltkarte der ischämischen Herzkrankheit Quelle: Wikimedia Commons

Die Klinik hat auch gezeigt wieAI-geführte EKGs kann Vorhofflimmern Herzrhythmusstörungen vor offensichtlichen Symptomen erkennen. Ein Teil dessen, was die Mayo-Klinik für die KI-Forschung gut geeignet macht, ist ihre lange Geschichte der großvolumigen Patientenversorgung, die eine riesige Datenbank generiert hat, aus der sie schöpfen kann.

Johnson & Johnson forscht auch über KI durch ihre JLABSInkubatorabteilung. Unter Verwendung von Milliarden klinischer Datenpunkte Bilder von Koronararterien und der Ergebnisse von Koronarangiogramms, sie haben eine Plattform namens erstelltCorVista™, das die koronare Herzkrankheit KHK mittels Mustererkennung erkennt.

In ähnlicher Weise kündigte der globale Technologiekonzern Alphabet 2017 die Einführung von GoogleAI um „die Vorteile der KI für alle zugänglich zu machen.“ Im folgenden Jahr, Googles Tochtergesellschaft für Gesundheitstechnologie Verily Life Sciences eine Studie veröffentlicht das beschrieb, wie sie einen Algorithmus entwickelt hatten, um nach Symptomen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu suchen, die sich im Auge Netzhauthintergrund manifestieren.

Im Jahr 2018 hat das kanadische Biotech-Unternehmen CardiA.I. begann mit der Entwicklung von KI-gesteuerten Lösungen zur Verbesserung der kardiovaskulären Gesundheit. Einerseits trainieren sie maschinelle Lernalgorithmen, um Daten von Holter-Monitoren einem tragbaren EKG zu analysieren. Andererseits entwickeln sie KI zur Untersuchung von Kernherzscans,CT-Scans, Koronarangiogramme, Echokardiogramme oder andere Bilder.

Neuere Forschung an der University of Oxford hat zu einem KI-basierten Algorithmus geführt, der potenzielle Herzprobleme basierend auf dem radiomischen Fettprofil FRP eines Patienten erkennen kann. Der Algorithmus kann mögliche zukünftige Herzinfarkte vorhersagen, indem er Anzeichen von Entzündungen, Narbenbildung und anderen Veränderungen im perivaskulären Raum erkenntBlutgefäße auskleiden.

Über die Herzgesundheit hinaus wird KI auch in andere Aspekte der medizinischen Versorgung integriert, z. B. in die AnalyseBlut- und Stuhlproben. In allen Fällen besteht das Ziel darin, riesige Datensätze die im digitalen Zeitalter zur Norm geworden sind zu verwenden, um Maschinen zu trainieren, Probleme schneller und effizienter zu erkennen, wodurch Kosten gesenkt und Ärzte von weniger mühsamen Aufgaben befreit werden.

Durch die Kombination von KI mit Cloud Computing, Big Data und Miniaturisierung bringen Unternehmen wie Eko die Vorteile innovativer Technologie in unterversorgte Gemeinschaften. Wie bei so vielen anderen Aspekten der Moderne besteht das Ziel darin, technologische Durchbrüche zu nutzen, um Kosten zu senkenund den Zugriff verbessern.

Aber wenn es um Medizin geht, reicht nichts weniger als universeller Zugang!

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