Ученые из НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний совместно с коллегами из Италии предложили использовать искусственный интеллект для разработки новых протезов клапанов сердца. Это позволит получать клапан сердца «идеальной» конфигурации в тысячи раз быстрее, чем в случае классической разработки, и сделать его более долговечным. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Единственный эффективный способ лечения пороков сердечных клапанов — протезирование, то есть замена на искусственные аналоги. Однако спустя 10-15 лет такие протезы начинают разрушаться из-за иммунного ответа организма и постоянных механических нагрузок. Поэтому ученые стараются оптимизировать их, моделируя с помощью компьютерных программ искусственный сердечный клапан и оценивая действующие на него нагрузки. «Угадать» оптимальную форму сразу почти невозможно, обычно поиск оказывается очень долгим.
Авторы новой работы решили скомбинировать модели машинного обучения и алгоритмы оптимизации для поиска оптимальной геометрии сердечных клапанов. Предложенный подход таков: программа-оптимизатор выдает модели машинного обучения некоторые сочетания важнейших геометрических параметров клапана, а та на их основе предсказывает напряжение и площадь просвета клапана в открытом состоянии, и возвращает результаты предсказания оптимизатору. Он оптимизатор меняет параметры в соответствии с выбранным математическим алгоритмом, и процесс повторяется до 2000 раз, пока не будет найдено лучшее решение. В отличие от ручного проектирования, где это может занимать несколько месяцев, здесь процесс длится лишь несколько часов.
Применение новых методов при проектировании медицинских изделий поможет улучшить качество устройств, ускорить процесс разработки и снизить стоимость производства, а значит, сделать качественную медицинскую помощь доступнее для пациентов.
