Новости

11 октября, 2023 13:45

«Улучшить качество устройств»: ученые разработали нейросеть для изготовления искусственных сердечных клапанов

Источник: RT
Российские ученые создали нейросеть для быстрого подбора наилучших параметров искусственного сердечного клапана. Применение ИИ в сотни раз ускорит работу по созданию такого импланта по сравнению с традиционной технологией. Подбор характеристик ведется таким образом, чтобы искусственный клапан мог прослужить как можно дольше в организме пациента — это поможет отсрочить операцию по замене протеза. По словам ученых, для обучения нейросети они сгенерировали 11 тыс. моделей различных клапанов. Сейчас авторы работы планируют произвести первый опытный прототип импланта на основе подобранных ИИ параметров. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Источник: Gettyimages.ru /Sciepro / science photo library

Ученые из Научно-исследовательского института комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний совместно с иностранными коллегами создали методику быстрого подбора конфигурации искусственного сердечного клапана с помощью нейросети. Применение ИИ позволяет ускорить подбор по сравнению с классической методикой в несколько сот раз.

Как отметили авторы работы, искусственные сердечные клапаны спустя 10-15 лет после установки начинают портиться из-за постоянных механических нагрузок. Поэтому для нормального функционирования их нужно обновлять, а значит, проводить повторную операцию на сердце. Ученые по всему миру ищут способ оптимизировать форму и конструкцию протезов, чтобы продлить срок их службы. Однако проектирование клапана вручную может длиться недели, поскольку методом проб и ошибок угадать с первого раза оптимальную форму практически невозможно.

Одна из 3D-моделей сердечного клапана, сгенерированная с помощью предложенного авторами подхода. Источник: Danilov et al. / Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2023.

В новом исследовании ученые предложили использовать нейросеть для быстрого подбора нужных характеристик протеза. Сначала программа-оптимизатор генерирует некоторые сочетания важнейших параметров клапана: высоту, толщину, диаметр, угол между его створками, прочность материала для протеза, места, в которых клапан испытывает максимальные нагрузки, и т. д. Далее эти данные отправляются нейросети, которая определяет лучшие характеристики и потом отправляет обратно программе. Оптимизатор меняет параметры в соответствии с выбранными алгоритмом, и процесс повторяется до 2 тыс. раз, пока не будет найдено оптимальное решение. По словам ученых, такой подбор занимает всего несколько часов, в отличие от классической технологии.

«Применение новых методов при проектировании медицинских изделий поможет улучшить качество устройств, ускорить процесс разработки и сократить стоимость их производства. В итоге такое нововведение может обеспечить больший доступ пациентов к качественной медицинской помощи и стимулировать инновации в других областях медицинской науки», — отметил руководитель проекта, кандидат технических наук, заведующий лабораторией новых биоматериалов НИИ КПССЗ Евгений Овчаренко.
В рамках исследования специалисты сгенерировали более 11 тыс. цифровых моделей сердечных клапанов и применили этот набор уникальных данных для обучения нейросети. В результате они получили комплексную программу, способную предсказывать показатели протезов на основе введенных показателей.

На следующем этапе работы ученые намерены изготовить реальный прототип сердечного клапана на основе подобранных с помощью нейросети параметров. Изделие будет проходить лабораторные испытания и сравниваться с уже применяемыми в кардиохирургии моделями.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

18 апреля, 2024
Замеры загрязнения почв тяжелыми металлами ускорили в 16 раз
Российские исследователи разработали методику оценки загрязнения почв городов ионами меди, свинца,...
18 апреля, 2024
В Томске создали композиты, способные лучше поглощать электромагнитное излучение
Новые композиционные материалы, способные поглощать побочное электромагнитное излучение (ЭМИ) эффе...