I Sympozjum Innowacji Medycznych "Rewolucja w EKG – nowa szansa dla pacjentów"

Plan:

14.00-14.15 – otwarcie sympozjum i przywitanie gości
14.15-15.15 – wykład dr. hab. inż. Teodor Buchnera, Co zobaczyliśmy w EKG w XXI wieku? Szukamy nowego języka diagnostyki kardiologocznej
15.15-16.00 – dyskusja, prof. Ryszard T. Smoleński
16.00-16.15 – przerwa
16.15-17:30 – warsztaty z dr. Tomaszem Gradowskim

Modele uczenia głębokiego to koncepcyjnie nic trudnego. CMN_1/D/15 sala seminaryjna (nr 1/D/15)

Po co nam fizyka między EKG a sztuczną inteligencją?

Interpretacja zapisu elektrokardiograficznego (EKG) jest skomplikowanym zadaniem, dlatego fizycy Zakładu Fizyki Układów Złożonych Politechniki Warszawskiej opracowali algorytm projekcji PhysEKG, który wykorzystuje prawa fizyki. Algorytm ten bazuje na modelu uczenia maszynowego, wytrenowanym na 21 799 zapisach 12-odprowadzeniowego EKG pochodzących z bazy PTB.

Przedstawiono propozycję zmiany języka opisu EKG oraz odwrócenia dotychczasowych intuicji diagnostycznych. Środowisko medyczne stoi przed wyzwaniem zaakceptowania tej nowej perspektywy, co jest procesem długotrwałym. Zespół badawczy jest świadomy, że znajduje się dopiero na początku tej drogi. W zamian za przyjęcie tej koncepcji oferowane jest uproszczenie diagnozowania EKG oraz otwarcie nowych możliwości badawczych.

Jakie efekty uzyskano w badaniach pilotażowych?

1. Zidentyfikowano dwa kluczowe procesy fizyczne:

• Propagację pobudzenia w sercu
• Odpowiedź kardiomiocytów na to pobudzenie

2. Rozdzielono aktywność serca na prawokomorową i lewokomorową, co zostało potwierdzone niezależnymi metodami pomiarowymi
3. Wykazano dwoisty charakter aktywności elektrycznej w elektrodzie przegrodowej, uwzględniając jej zmienność osobniczą
4. Zaprezentowano nową interpretację polarności zespołu QRS, wynikającą z elektroniki pomiarowej EKG
5. Zaproponowano autorskie wyjaśnienie zjawiska efektów zwierciadlanych, dedykowane studentom, którzy zastanawiali się, dlaczego zawał ściany tylnej można rozpoznać w odprowadzeniu V3
6. Wskazano na lokalny charakter zawału serca w zapisach EKG
7. Opracowano metodę oceny zaburzeń przewodzenia oraz ich progresji
8. Przeprowadzono analizę krzyżową zawartości informacyjnej EKG i magnetokardiografii (MKG), dzięki technikom zdalnego pomiaru EKG
9. Wykazano, że serce jest zbudowane z kardiomiocytów, potwierdzając to poprzez analizę sygnału
10. Oceniono przestrzenne zróżnicowanie czynności elektrycznej kardiomiocytów
11. Określono zdolność regeneracji stanu kardiomiocytu w zależności od długości interwału diastolicznego – bez potrzeby stosowania badań inwazyjnych

Otwarta hipoteza

Zespół badawczy podkreśla, że przedstawiona teoria ma status hipotezy i może okazać się błędna. Nie jest celem zmiana sposobu myślenia środowiska medycznego, lecz zaproszenie do intelektualnej dyskusji. Może ona przynieść istotne korzyści naukowe oraz otworzyć nowe możliwości wykorzystania uczenia maszynowego w analizie EKG.

Granice potencjału uczenia maszynowego są ograniczone jedynie wyobraźnią badaczy. Przekroczenie tych granic wymaga jednak pracy nad samą wyobraźnią – i to właśnie będzie przedmiotem dalszych rozważań.

Nowa perspektywa w naukach podstawowych

Zaprezentowano także propozycję nowego opisu odpowiedzi elektrycznej tkanki na pobudzenie elektryczne, opartego na elektrochemii. Biorąc pod uwagę, że ciało ludzkie składa się w ponad 60% z wody, zaproponowano wyjaśnienie:

• Dlaczego zmiana nacisku lub położenia elektrody wpływa na potencjał elektryczny
• Mechanizm konkurencyjności, który prowadzi do redukcji amplitudy zespołu QRS po zanurzeniu człowieka w wodzie

Zespół Fizyków Medycznych pracuje w składzie:
Sebastian Wildowicz, Tomasz Gradowski, Paulina Figura, Igor Olczak, Kazimierz Pęczalski, Judyta Sobiech, Natalia Jurek, Katarzyna Pawłowska, Gabriela Janik, Teodor Buchner

Dr hab. inż. Teodor Buchner jest profesorem Politechniki Warszawskiej i kierownikiem Zakładu Fizyki Układów Złożonych, zaś członkiem Polskiego Towarzystwa Kardiologicznego od 2011 roku. Zajmuje się badaniami sygnałów medycznych, modelowaniem układu krążenia, dynamiką układów nieliniowych, a w chwilach wolnych cyberbezpieczeństwem i telekomunikacją. Od 15 lat organizuje warsztat Cardiology Meets Physics and Mathematics przy Asocjacji Elektrokardiologii Nieinwazyjnej i Telemedycyny PTK oraz czynnie uczestniczy w spotkaniach Sekcji Kardiologii Eksperymentalnej. Jest autorem monografii Molekularna Teoria Biopotencjału oraz 69 prac naukowych cytowanych 442 razy.

Organizacja i prowadzenie – Julia Nakoneczna
Koordynacja – dr hab. Beata Graff