ИИ обнаруживает скрытый сигнал стресса при рутинной компьютерной томографии

Исследователи использовали модель искусственного интеллекта глубокого обучения, чтобы идентифицировать то, что они называют первым биомаркером хронического стресса, который можно непосредственно увидеть на стандартных медицинских изображениях. Результаты будут представлены на следующей неделе на ежегодном собрании Радиологического общества Северной Америки (RSNA).

Хронический стресс влияет не только на настроение. По данным Американской психологической ассоциации, это может влиять как на физическое, так и на психическое здоровье, способствуя таким проблемам, как беспокойство, проблемы со сном, мышечные боли, высокое кровяное давление и менее эффективная иммунная система. Исследования также связали постоянный стресс с серьезными заболеваниями, включая болезни сердца, депрессию и ожирение.

ИИ измеряет надпочечники при обычной компьютерной томографии

Ведущий автор исследования, Елена Готби, доктор медицинских наук, научный сотрудник Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, создала и обучила инструмент глубокого обучения, предназначенный для расчета размера надпочечников с использованием уже выполненных компьютерных сканирований.

Ежегодно только в Соединенных Штатах выполняются десятки миллионов КТ грудной клетки.

«Наш подход использует широко доступные данные визуализации и открывает двери для крупномасштабных оценок биологического воздействия хронического стресса на различные состояния с использованием существующих компьютерных томографий грудной клетки», — сказал доктор Готби. «Этот биомаркер, управляемый искусственным интеллектом, потенциально может улучшить стратификацию сердечно-сосудистого риска и назначать профилактическую помощь без дополнительных исследований или облучения».

Сделать бремя стресса видимым в организме

Старший автор Шадпур Демери, доктор медицинских наук, профессор радиологии в Университете Джонса Хопкинса, отметил, что хронический стресс чрезвычайно распространен и является тем, с чем многие взрослые сталкиваются каждый день.

«Впервые мы можем «увидеть» долгосрочное бремя стресса внутри организма, используя сканирование, которое пациенты уже проходят каждый день в больницах по всей стране. До сих пор у нас не было способа измерить и количественно оценить совокупные эффекты хронического стресса, кроме опросников, суррогатных сывороточных маркеров, таких как хроническое воспаление, и измерения уровня кортизола, получить который очень сложно». Сказал доктор Демери.

В отличие от одного теста на кортизол, который отражает стресс только в один момент времени, размер надпочечников больше похож на долгосрочный показатель хронического стресса.

Большая многонациональная когорта связывает визуализацию, гормоны и стрессовую нагрузку

В этом исследовании команда проанализировала информацию от 2842 участников (средний возраст 69,3 года; 51% женщины), участвовавших в Многоэтническом исследовании атеросклероза, большом исследовании, которое сочетает в себе КТ грудной клетки, проверенные анкеты по стрессу, измерения кортизола и показатели аллостатической нагрузки — совокупного физиологического и психологического воздействия хронического стресса на организм. Поскольку эта группа объединяет визуализационные, биохимические данные и психосоциальные оценки одних и тех же людей, эта когорта идеально подходит и, вероятно, единственная доступная для создания основанного на визуализации маркера хронического стресса.

Исследователи применили свою модель глубокого обучения к компьютерной томографии, чтобы автоматически очертить и измерить объем надпочечников. Они определили индекс объема надпочечников (AVI) как объем надпочечников (см³) разделить на высоту² (м²). Чтобы уловить гормональные закономерности, участники вводили кортизол из слюны восемь раз в день в течение двух дней. Аллостатическую нагрузку рассчитывали с использованием индекса массы тела, креатинина, гемоглобина, альбумина, глюкозы, количества лейкоцитов, частоты сердечных сокращений и артериального давления.

Индекс объема надпочечников отслеживает стресс, гормоны и риск сердечного приступа

Затем команда изучила, как AVI связан с кортизолом, аллостатической нагрузкой и рядом показателей психосоциального стресса, таких как уровень депрессии и опросники воспринимаемого стресса. Они обнаружили, что AVI, созданный с помощью модели искусственного интеллекта, соответствует установленным опросникам стресса, уровням циркулирующего кортизола и будущим неблагоприятным сердечно-сосудистым событиям.

Более высокие значения AVI были связаны с большей общей экспозицией кортизола, более высокими пиковыми уровнями кортизола и увеличением аллостатической нагрузки. Люди, которые сообщили о высоком уровне воспринимаемого стресса, имели более высокий AVI по сравнению с теми, кто сообщил о низком уровне стресса. AVI также был связан с более высоким индексом массы левого желудочка, показателем, связанным со структурой сердца. На каждый 1 см³/м² при увеличении ОИВ повышался риск сердечной недостаточности и смерти.

«Имея данные наблюдения за нашими участниками в течение 10 лет, мы смогли сопоставить AVI, полученный с помощью искусственного интеллекта, с клинически значимыми и значимыми результатами», — сказал доктор Готби. «Это самый первый визуализирующий маркер хронического стресса, который был подтвержден и показал независимое влияние на сердечно-сосудистый исход, а именно на сердечную недостаточность».

Новый способ количественной оценки совокупного воздействия стресса

«Более трех десятилетий мы знали, что хронический стресс может изнашивать множество систем организма», — сказала Тереза Э. Симан, доктор философии, соавтор исследования и профессор эпидемиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, а также новатор в области исследований стресса и здоровья. «Что делает эту работу такой захватывающей, так это то, что она связывает регулярно получаемый параметр визуализации, объем надпочечников, с проверенными биологическими и психологическими показателями стресса и показывает, что она независимо предсказывает основные клинические результаты. Это настоящий шаг вперед в практическом использовании кумулятивного воздействия стресса на здоровье».

Доктор Демери объяснил, что объединение простого метода визуализации с несколькими хорошо зарекомендовавшими себя маркерами стресса и исходов заболеваний создает новый практический подход к измерению хронического стресса в повседневной клинической практике.

«Ключевое значение этой работы заключается в том, что этот биомаркер можно получить с помощью компьютерной томографии, которая широко проводится в Соединенных Штатах по разным причинам», — сказал доктор Демери. «Во-вторых, это физиологически обоснованный показатель объема надпочечников, который является частью физиологического каскада хронического стресса».

Исследователи отметили, что этот визуализирующий биомаркер потенциально может быть применен ко многим связанным со стрессом заболеваниям, которые обычно поражают людей среднего и старшего возраста.

Другими соавторами являются Рохам Хадидчи, Сейедхоуман Сейдекрами, Куинси А. Хэтэуэй, доктор медицинских наук, доктор философии, Майкл Бэнкс, Никхил Субхас, Мэтью Дж. Будофф, доктор медицинских наук, Дэвид А. Блюмке, доктор медицинских наук, доктор философии, Р. Грэм Барр и Жоао А.С. Лима, доктор медицинских наук.