Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка интеллектуальной распределённой системы популяционного скрининга онкологических заболеваний.

Номер контракта: 14.578.21.0008

Руководитель: Гайдуков Вадим Сергеевич

Должность руководителя: Директор Центра медицинского

Докладчик: Гайдуков Вадим Сергеевич, заместитель директора по науке

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
компьютерная диагностика, скрининг, база знаний, онтология, медицинская информационная система, система поддержки принятия решений, телемедицина, онкология.

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение проблемы повышения качества и эффективности диагностики, профилактики и лечения онкологических заболеваний. 2. Целями реализуемого проекта являются исследование и разработка научно-технических решений, направленных на создание интеллектуальной распределённой системы популяционного скрининга онкологических заболеваний (далее – Система), предназначенной для автоматизации некоторых процессов и обеспечения поддержки принятия решений при проведении скрининговых исследований в области онкологии.

Основные планируемые результаты проекта:
1. По результатам проекта будут разработаны и пройдут апробацию в реальной клинической практике методы, алгоритмы и прототипы программного обеспечения для интеллектуальной распределённой системы популяционного скрининга онкологических заболеваний. Разрабатываемая на основе этих результатов Система позволит реализовать качественно новый подход к проведению популяционного скрининга онкологических заболеваний, удовлетворяющий критериям скрининговых методов и обеспечивающий интеллектуальную поддержку принятия врачебных решений на основе медицинских баз знаний.
2. Основным результатом выполнения работ по проекту станет создание экспериментального образца интеллектуальной распределённой системы популяционного скрининга онкологических заболеваний, обладающего следующими основными характеристиками:
а) обеспечение отбора и приглашения целевых групп на процедуры скрининга;
б) обеспечение автоматизированных сбора, обработки и анализа медицинских данных (анкетных данных, снимков компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии, изображений тканей и др.) на предмет выявления диагностически значимых параметров;
в) возможность визуализированного представления различных данных Системы;
г) обеспечение интеллектуальной поддержки принятия решений;
д) возможность обмена данными с внешними медицинскими информационными системами;
е) среднее время, затрачиваемое на описание одного клинического случая (в это время входит описание анамнеза, жалоб, диагноза, назначенного лечения и др.) – не более 2 мин;
ж) среднее время на поиск клинического случая по заданным характеристикам пациента – не более 1 мин;
з) допустимое количество пользователей системы при работе в интранет-сети медицинского учреждения – до 1000 пользователей;
и) средства доступа к экспериментальному образцу Системы – персональный компьютер с доступом к сети Интернет, мобильные устройства связи.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Планируемый к получению по результатам проекта экспериментальный образец Системы будет построен по модульному принципу и будет включать в свой состав следующие программные компоненты:
а) Модуль взаимодействия с пациентами, выполняющий функции автоматизированного отбора и приглашения целевых групп на процедуры скрининга.
б) Модуль сбора и анализа данных, выполняющий автоматизированные сбор и обработку первичных медицинских данных на предмет выявления диагностически значимых параметров.
в) Модуль онтологии клинических рекомендаций, обеспечивающий возможность описания шаблонов клинических рекомендаций и стандартов оказания медицинской помощи в терминах онтологий, а также создание/редактирование структуры онтологии клинических рекомендаций.
г) Модуль интеллектуальной поддержки принятия решений на основе онтологии, обеспечивающий возможности генерации рекомендаций по диагностике и лечению пациентов.
д) Модуль интеграции, обеспечивающий возможность обмена данными с внешними медицинскими информационными системами.
2. Разрабатываемая Система будет одной из первых на мировом рынке медицинского скрининга, на котором в настоящее время растет потребность во все большей автоматизации и контроле качества процессов в связи с ростом масштабов медицинских исследований. Решения, направленные на автоматизацию проведения скрининговых исследований, в мире еще только начинают разрабатываться. В это же время в Российской Федерации на настоящий момент не существует даже программ популяционного скрининга, равно как и программно-технических решений, обеспечивающих интеллектуальную поддержку принятия решений в этой области.
В качестве уникальной технологической особенности разрабатываемой Системы будет выступать разработка интеллектуального компонента модуля базы знаний клинических рекомендаций по выявлению и генерации рекомендаций по лечению онкологических заболеваний, представляющего собой элемент системы поддержки принятия решений.
В качестве уникальной научной ценности выступает разработка, применение и дальнейшая апробация современной медицинской методики популяционного скрининга здоровья пациентов, позволяющей максимально быстро получать и с максимальной скоростью и точностью обрабатывать данные о текущем состоянии наблюдаемых пациентов.
3. Разрабатываемая в настоящем проекте Система с учетом применения механизмов поддержки принятия врачебных решений сможет иметь существенные конкурентные преимущества по сравнению с потенциальными аналогами (эффективность, низкая цена реализации, простота и удобство использования и т.п.) как на отечественном, так и на мировом рынках.
4. Достижение заявленных результатов в рамках предлагаемого проекта будет обеспечиваться за счёт использования передовых методов и алгоритмов построения программных систем.
Система будет разрабатываться в качестве самостоятельного решения, пригодного для использования совместно с действующими клиническими информационными системами, системами информационной поддержки и др.
Потенциал внедрения разрабатываемого продукта практически не имеет ограничений ввиду постоянного развития направления автоматизации и контроля качества медицинских исследований и все возрастающего уровня потребности в программно-аппаратных решениях по данному направлению.
В связи с отсутствием прямой конкуренции, так как потенциальные конкуренты на данный момент также находятся на стадии ведения научно-технических разработок, риски выхода продукта по проекту на рынок минимальны. Снижению рисков также способствует заинтересованность в проекте со стороны потенциальных потребителей – российских и международных организаций, таких как Комитет по здравоохранению Санкт-Петербурга, Научно-исследовательский институт онкологии им. Н. Н. Петрова, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова, Санкт-Петербургская Государственная Медицинская Академия им. И. И. Мечникова, Раковый центр Финляндии, Раковое агентство Британской Колумбии (Канада), Департамент общественного здоровья (Нидерланды) и пр.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Полученные в ходе проекты результаты потенциально смогут использовать различные учреждения здравоохранения, а именно: лечебно-профилактические учреждения, медицинские институты и учреждения, занимающиеся популяционным скринингом и лечением онкологических заболеваний, онкологические центры, частные клиники и другие коммерческие медицинские организации.
Результаты проекта также могут быть использованы при разработке решений для скрининга других заболеваний (например, кардиологии или заболеваний метаболического синдрома) или аналогичных интеллектуальных распределенных систем на основе баз знаний.
2. Дальнейшее внедрение результатов проекта позволит существенно улучшить качество жизни населения, уменьшить смертность, увеличить эффективность профилактики и лечения онкологических заболеваний за счет внедрения высокоэффективного популяционного скрининга.
3. По результатам реализации проекта совместно с Индустриальным партнером будет осуществлен вывод на рынок новой научно-технической продукции мирового уровня – интеллектуальной распределённой системы популяционного скрининга онкологических заболеваний, которая позволит повысить качество и адресность профилактики и лечения онкологических заболеваний у населения. Это может способствовать формированию нового сегмента рынка в области здравоохранения в первую очередь на территории РФ, направленного на реализацию программно-аппаратных решений обеспечения автоматизированного скрининга целевых групп населения по выявлению различных патологий и услуг по проведению скрининга.
Выполнение данного проекта также способствует развитию исследований и разработок на стыке информационных технологий, измерительной техники, телекоммуникаций и медицины. С использованием научно-технического задела, полученного в рамках настоящего проекта, может быть обеспечено проведение дальнейших научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в том числе в рамках международного сотрудничества, так как тематика, соответствующая выполняемому проекту, является актуальной и активно продвигается в мировом научном сообществе.
4. В процессе выполнения проекта перенимается опыт скрининговых исследований в США и ЕС, ведется работа с учеными Нидерландов и Финляндии - стран, в которых программы скрининга имеют максимальную эффективность.

Текущие результаты проекта:
В 2015 году в ходе выполнения настоящего проекта получены следующие результаты:
а) Исполнителем ПНИЭР:
- разработаны методики и базовые алгоритмы популяционного скрининга онкологических заболеваний;
- выполнен анализ методов реализации требований к Системе и подготовлены рекомендации по проектированию программного обеспечения Системы;
- разработана спецификация низкоуровневых требований (D-требований) к программному обеспечению Системы;
- подготовлены основные проектные решения по разработке программного обеспечения Системы;
- разработана онтология клинических рекомендаций;
- создан рабочий прототип базы знаний (онтологии) клинических рекомендаций на основе утверждённых клинических рекомендаций по лечению онкологических заболеваний;
- разработано программное обеспечение модулей экспериментального образца Системы;
- созданы программные интерфейсы экспериментального образца Системы для интеграции с внешними медицинскими информационными системами;
- проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
б) Индустриальным партнером:
- получены и обработаны данные от потенциальных заказчиков - медицинских специалистов и административного персонала учреждений здравоохранения;
- выполнен анализ высокоуровневых требований к программному обеспечению Системы (C-требований);
- разработан дизайн интерфейса Системы, учитывающий предпочтения целевой группы;
- оснащены рабочие места пользователей для апробации программного обеспечения;
- выработаны рекомендации по развитию Системы и подготовлен план развития функциональных возможностей Системы;
- подготовлен план мероприятий по обеспечению качества Системы.
Результаты исследований мирового уровня разработок в области автоматизации процессов скрининга населения по онкологическим заболеваниям показали, что на настоящий момент в мире только разрабатываются компьютеризированные методы учета и анализа массива данных, получаемых при скрининговых исследованиях, крайне ограничено применение систем автоматизированного анализа и отбора изображений. В сложившихся условиях разрабатываемая Система за счет применения таких элементов новизны, как инструменты для автоматизации процессов отбора, формирования и контроля результатов исследований скрининговых групп, обработки больших массивов данных, включая интеллектуальные алгоритмы обработки изображений, поддержки принятия решений на этапах скрининга, позволяет обеспечить существенные преимущества перед ближайшими аналогами и обладает большим потенциалом на мировом рынке.
Таким образом, полученные на текущий момент результаты обладают необходимой научной новизной, что делает продолжение работ по проекту перспективным с точки зрения вопросов охраноспособности планируемых к получению результатов.
Полученные по результатам выполнения работ в 2015 году результаты интеллектуальной деятельности оформляются, планируется получение свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
В 2015 году опубликована в журнале "Вопросы онкологии", индексируемом в БД Scopus, статья "Интеллектуальная распределенная система популяционного скрининга онкологических заболеваний", содержащая результаты работ по этапу № 1 проекта. Поданы материалы для публикации еще двух статей с использованием результатов, полученных в ходе реализации проекта в 2015 году: "Классификация узлов в легких и автоматизация их обработки в рамках популяционного скрининга рака легких" - утверждена в №6 за 2015 год журнала "Вопросы онкологии", "Evaluation of machine learning algorithms utilization for lung cancer classification based on gene expression levels" - будет опубликована в журнале Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, индексируемом в БД Scopus.
По итогам выполнения работ подготовлена отчетная документация в соответствии с нормативными актами Министерства образования и науки РФ.