Politechnika Śląska stworzyła internetowy system wspierania diagnostyki COVID-19 na podstawie zdjęć RTG

Zespół naukowców z Politechniki Śląskiej opracował system internetowy CIRCA do wspierania diagnostyki obrazowej COVID-19. Analiza jest wykonywana na podstawie zdjęć RTG płuc pacjentów. Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego przeznaczyło 600 tys. zł dofinansowania na realizację tego zadania.

Projekt został zrealizowany we współpracy z Polskim Lekarskim Towarzystwem Radiologicznym i kilkunastoma uczelniami i placówkami medycznymi z całej Polski. Baza, na podstawie której system informatyczny rozpoznaje COVID-19 została stworzona w oparciu o ponad 1200 zdjęć RTG płuc osób chorych.

System CIRCA jest dostępny bezpłatnie w Internecie https://covid.aei.polsl.pl/

z każdego miejsca na świecie można z niego korzystać nieodpłatnie.

Internetowy system CIRCA ma na celu wsparcie i przyspieszenie diagnostyki obrazową COVID-19 w Szpitalnych Oddziałach Ratunkowych (SOR). Narzędzie zostało opracowane pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Joanny Polańskiej, Dziekan Wydziału Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej, przez zespół, w którego skład weszli: dr inż. Franciszek Binczyk, dr inż. Paweł Foszner, mgr inż. Wojciech Prażuch oraz mgr inż. Aleksandra Suwalska. – Ponieważ objawy chorobowe we wczesnym stadium zapalenia płuc i COVID-19 są w większości bardzo podobne, pojawiła się potrzeba stworzenia narzędzia dla lekarzy, niebędących radiologami, które mogłoby utwierdzić ich w przekonaniu, że ten obraz, który pozyskali w badaniu RTG, jest obrazem, wskazującym rozwinięcie choroby w stronę COVID-19 – wyjaśnia prof. dr hab. inż. Joanna Polańska, koordynatorka projektu, dziekan Wydziału Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej.

CIRCA wykorzystuje techniki uczenia maszynowego, które pozwolą lekarzom dyżurującym na izbach przyjęć oraz oddziałach szpitalnych na wstępną ocenę charakteru zmian w rejonie płuc pacjentów z zaburzeniami czynności oddechowych. System umożliwia identyfikację pacjentów wymagających różnego zaopatrzenia ze strony personelu medycznego. Ułatwi także diagnostykę w przypadku dużej liczby zakażeń, dając możliwość wydzielenia na podstawie ogólnie dostępnego badania RTG grupy osób o wysokim ryzyku zmian obrazowych typowych dla COVID-19.

– My korzystamy ze sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego. Pokazujemy przykłady i określamy: to są płuca zdrowe, to są płuca z zapaleniem płuc, to są płuca „covidowe”. Program analizuje obraz do najmniejszych jego cząsteczek. Przez bardzo szczegółową analizę wielu obrazów jest w stanie wyodrębnić charakterystyczne cechy, czyli tzw. sygnaturę radiomiczną każdej jednostki chorobowej, w tym również COVID – mówi prof. J. Polańska.– Liczymy na to, że wesprzemy radiologów, którzy do tej pory swoje wytyczne, jak rozpoznawać COVID, stworzyli na bazie wizualnej obrazu. Analiza obrazów wiąże się też z kontekstem. Oko postrzega inaczej tę samą barwę i jej intensywność w zależności od otoczenia. Maszyna widzi cały czas tak samo i liczymy, że pokaże jeszcze dodatkowe cechy obrazu płuc przy infekcji COVID-19 – dodaje.

Aktualnie CIRCA służy rozróżnieniu trzech podstawowych stanów: obrazu bez zmian chorobowych (zdrowe płuca), ze zmianami charakterystycznymi dla zapalenia płuc w COVID-19 oraz ze zmianami charakterystycznymi dla innych stanów zapalnych płuc (bakteryjnych i wirusowych).

Stworzony w środowisku Python™ silnik obliczeniowy został sprzęgnięty z portalem internetowym, umożliwiając tym samym korzystanie z systemu w trybie online wielu użytkownikom równocześnie. Analiza zdjęć za pomocą bezpłatnego i ogólnodostępnego systemu nie wymaga rejestracji. – Rejestracji wymaga tylko chęć podzielenia się zdjęciami. Musimy wiedzieć, kto załadował zdjęcia, i mieć pewność, że jest to jednostka szpitalna, ponieważ takie zdjęcie jest ładowane z informacją diagnostyczną. Oczywiście jest w pełni anonimizowane, natomiast zawiera informację, jakie było rozpoznanie dla tego pacjenta. To musi być potwierdzone przez lekarzy – wyjaśnia prof. J. Polańska.

W ramach projektu powstanie ogólnopolska baza danych obrazowych PolCOVID, która pozwoli na retrospektywną dogłębną analizę dziesiątek tysięcy zdjęć RTG. Umożliwi opracowanie szczegółowych wytycznych diagnostycznych dla klinicystów i identyfikację sygnatury radiomicznej COVID-19 na różnych etapach zaawansowania. W przyszłości, poprzez szczegółową analizę danych zebranych w trakcie epidemii, wspartą weryfikacją wydawanych na bieżąco opinii ekspertów radiologów, możliwe będzie określenie cech radiomicznych i zakresów ich zmienności charakterystycznych dla COVID-19. W projekt, realizowany we współpracy z Polskim Lekarskim Towarzystwem Radiologicznym, którego prezesem jest prof. dr hab. n. med. Andrzej Cieszanowski, zaangażowało się kilkanaście jednostek w kraju:

• Śląski Uniwersytet Medyczny: Katedra i Oddział Kliniczny Chorób Zakaźnych i Hepatologii i Szpital Jednoimienny Zakaźny w Bytomiu – prof. Jerzy Jaroszewicz oraz Zakład Medycyny Nuklearnej i Diagnostyki Obrazowej – prof. Jan Baron, prof. Katarzyna Gruszczyńska;
• Uniwersytet Medyczny w Białymstoku: Klinika Alergologii i Chorób Wewnętrznych – prof. Marcin Moniuszko oraz Klinika Chorób Zakaźnych i Hepatologii – prof. Robert Flisiak;
• Warszawski Uniwersytet Medyczny: II Zakład Radiologii Klinicznej – prof. Andrzej Cieszanowski oraz Zakład Radiologii Pediatrycznej – dr Przemysław Bombiński;
• Uniwersytet Medyczny w Łodzi: Zakład Diagnostyki i Terapii Radiologicznej i Izotopowej – prof. Agata Majos oraz Klinika Chirurgii Ogólnej i Kolorektalnej – prof. Michał Mik;
• Gdański Uniwersytet Medyczny: II Zakład Radiologii – prof. Edyta Szurowska;
• Uniwersytet Rzeszowski: Klinika Chorób Zakaźnych Uniwersytetu Rzeszowskiego, Centrum Medyczne w Łańcucie – dr Robert Pleśniak;
• Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Klinika Chorób Zakaźnych i Hepatologii – prof. Krzysztof Simon;
• Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Collegium Medicum w Bydgoszczy, Katedra I Oddział Kliniczny Chorób Zakaźnych i Hepatologii – prof. Małgorzata Pawłowska;
• Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego, Warszawa, Zakład Diagnostyki Radiologicznej i Obrazowej – prof. Jerzy Walecki;
• Wojewódzki Szpital Specjalistyczny we Wrocławiu – dr Magdalena Śliwińska;
• Uniwersytecki Szpital Kliniczny w Opolu: Zakład Kliniczny Diagnostyki Obrazowej – dr Katarzyna Sznajder;
• Wojewódzki Szpital Zespolony w Kielcach: Zakład Diagnostyki Obrazowej – dr Bartosz Markiewicz;
• Zespół Zakładów Opieki Zdrowotnej, Szpital Śląski w Cieszynie: Zakład Diagnostyki Obrazowej – dr Mateusz Nowak;
• Szpital Jednoimienny Zakaźny Megrez Sp. z o.o. w Tychach: Zakład Diagnostyki Obrazowej – dr Barbara Giżycka.

Konsultanci:

1. Prof. Andrzej Cieszanowski – lekarz radiolog, prezes Polskiego Lekarskiego Towarzystwa Radiologicznego;
2. Prof. Jerzy Walecki – konsultant krajowy w dziedzinie radiologii i diagnostyki obrazowej;
3. Prof. Katarzyna Gruszczyńska – lekarz radiolog, Śląski Uniwersytet Medyczny;
4. Prof. Edyta Szurowska – lekarz radiolog, Gdański Uniwersytet Medyczny;
5. Prof. Piotr Fiedor – lekarz chirurg, Warszawski Uniwersytet Medyczny;
6. Prof. Tomasz Smiatacz – lekarz chorób zakaźnych, Gdański Uniwersytet Medyczny.

Projekt, uznany za odgrywający kluczową rolę w realizacji polityki naukowej państwa w walce z COVID-19, otrzymał dofinansowanie Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w wysokości 600 tys. zł. Oprócz pracy nad serwisem CIRCA, na Wydziale Automatyki, Elektroniki i Informatyki są prowadzone kolejne działania w zakresie zapobiegania lub diagnozowania COVID-19. Naukowcy pracują nad projektami: Cornelia, analizującym zmiany neurologiczne, oraz The Code, który bada czynniki ryzyka powikłań COVID-19.