„Burczenie w brzuchu” pomoże w diagnozie chorób układu pokarmowego?

Naukowcy z Politechniki Warszawskiej oraz Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu przyczynili się do opracowania nowej metody, wspierającej diagnozę chorób gastrologicznych. Skutkiem analizy aktywności akustycznej przewodu pokarmowego okazało się nieinwazyjne rozwiązanie, przydatne w praktyce lekarskiej.

Burczenie w brzuchu nośnikiem ważnych informacji

Występowanie dźwięków dochodzących z układu pokarmowego nie powinno być nam obce. To powszechne zjawisko – odgłosy bulgotania w brzuchu są związane z procesami trawiennymi i zwykle nie powinny one stanowić powodu do niepokoju. Okazuje się jednak, że dźwięki jelitowe warto badać, gdyż skrywają informacje dotyczące pracy naszych narządów. Aktywność akustyczna przewodu pokarmowego może być cennym wsparciem dla lekarzy np. w diagnozie zespołu jelita drażliwego.

Za wynalezienie innowacji odpowiada grupa naukowców pod przewodnictwem prof. Roberta Nowaka z Zakładu Sztucznej Inteligencji Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiego. Badacze znaleźli metodę pozwalającą na analizę dźwięków przewodu pokarmowego. W projekcie badawczym wzięła udział także kadra z Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, która zajmowała się gromadzeniem danych i prowadzeniem testów klinicznych.

Prace zostały opisane w publikacji ukazanej na łamach „Sensors”. Naukowcy na wstępie zaznaczają, jak ważne jest opracowanie skutecznej metodyki badań tego, co potocznie nazywamy burczenia w brzuchu. Już starożytni ludzie próbowali pozyskiwać informację o kondycji narządów za pomocą dźwięków z układu pokarmowego. Tymczasem w latach 60. cały świat ogarnęła gorączka badań w poszukiwaniu najlepszego rozwiązania. Jednak ze względu zarówno na ogrom materiału badawczego, jak i brak klarownej metodyki w pracach klinicznych tempo naukowych dociekań spadło.

Dźwięki w rytm skurczów jelit

Obecnie w diagnostyce chorób jelit stosuje się m.in. kolonoskopię lub doustne czy doodbytnicze znaczniki izotopowe. Te metody są inwazyjne i nieprzyjemne, a nawet bolesne. Lecz trudno o inne sposoby, ponieważ ocena aktywności motorycznej jelit stanowi nie lada wyzwanie. Niemniej dzięki korelacji między dźwiękami jelitowymi a skurczami narządów można uzyskać dane na temat motoryki jelit.

Badacze przyrównują dźwięki układu pokarmowego do tonacji bicia serca, które są wyrazem procesów życiowych. Te pierwsze wprawdzie występują często, ale nieregularnie. Mogą również ulec zmianie zarówno za sprawą czynników zewnętrznych, jak i wewnętrznych. Mają znaczący potencjał, aby stanowić ważny element w nieinwazyjnej diagnostyce, chirurgii czy analizie motoryki przewodu pokarmowego.

Według objaśnień prof. Roberta Nowaka, jelita tworzą wiele dźwięków, a większość z nich należy do tych cichych, które są zagłuszane przez bicie serca, szumy układu oddechowego lub krwioobieg. Jeżeli natomiast zastosuje się odpowiednie filtry, aby wyciszyć zakłócenia, naukowcy zyskują możliwość zmierzenia dźwięków przypadających na określony czas. Następnie, wyciągając z pomiarów pewną normę, rejestruje się odstępstwa, których źródłem mogą być choroby.

Pomiary ramek dźwięków jelitowych

Naukowcy jednak stanęli przed poważnym kłopotem, gdyż w studiach należało uzyskać próbki rzędu kilkugodzinnej sesji z nagrania dźwięków. Potrzeba taka wynikała z konieczności posiadania miarodajnych danych. Badacze więc podkreślali niemożność fizycznego przebywania z pacjentem, np. przez jedną noc, aby pozyskać jedno nagranie. Ponadto programy komputerowe nie potrafiły przetworzyć ogromu informacji.

Niezastąpioną pomocą okazała się technika, ponieważ za sprawą komputerów o większej mocy obliczeniowej oraz sztucznych sieci neuronalnych badacze uzyskali dokładne pomiary. Wyjaśniają, że mowa tu o liczbie dźwięków na minutę, a także sekwencjach, w jakich występują, np. pojedyncze i miarowe lub grupowe oraz chaotyczne. Algorytm opracowany przez polski zespół osiągnął szczegółowość rzędu 97,7 proc. dokładności, 99 proc. swoistości i 77,3 proc. czułości przy zbiorze danych obejmującym 321 000 rekordów.

Według tłumaczeń prof. Roberta Nowaka, algorytmy sztucznej inteligencji dobierają parametry na podstawie danych z analiz. Wstępnie jeden program usuwa zakłócenia dzięki zastosowaniu filtrów. Następnie badacze tworzą przyporządkowanie, tzw. ramki zawierające jeden dźwięk. Program komputerowy na podstawie sztucznej sieci neuronalnej definiuje, czy w ramce występuje dźwięk lub nie. W ostatnim etapie zlicza się dane, które zostaną opracowane statystycznie. Tak przygotowany wynik będzie mógł zostać przekazany lekarzowi.