Нейросети против COVID-19: как работает система распознавания вируса по кашлю?

Ученые создали систему распознавания коронавируса по кашлю. Как она устроена, телеканалу «МИР 24» рассказал кандидат технических наук, сотрудник НИИ РАН Дмитрий Михайлов.

— Какой механизм лежит в основе системы определения ковида по кашлю?

Дмитрий Михайлов: Мы взяли достаточно известный в науке принцип, мы превратили звук кашля в спектрограмму – это такое изображение узорчатое, где можно с помощью нейросети, можно с помощью простого глаза определить узор, характерный для кашля коронавируса.

— Кому и как пришла идея создать такую систему и как давно идет работа?

Дмитрий Михайлов: Мы давно работаем над акустическими преобразованиями, то есть как преобразовать звук в картинку и как работать с картинкой. Человеку принципиально проще работать с изображением, чем со звуком – так устроены наши органы слуха и глаза. Мы давно попробовали этими методами анализировать, например, постукивание двигателя автомобиля, постукивание двигателя катера – это проще записать, преобразовать в картинку, отправить специалисту, тот посмотрит и определит, что не так с патерном этого звука.

Когда началась пандемия, мы хотели посмотреть, действительно ли ковидный кашель настолько сильно отличается от других кашлей (это, действительно, оказалось так), и сможем ли мы это увидеть на картинке? Оказалось, смогли.

— Подобные разработки существуют только в России?

Дмитрий Михайлов: Обычно такие вещи одновременно приходят нескольким научным группам, особенно тем, кто работает давно с акустикой. Наши коллеги из четырех стран работают примерно над такой технологией. Это Швейцария, США, Великобритания, Китай.

— Наша система чем-то принципиально отличается от зарубежных аналогов?

Дмитрий Михайлов: На сегодня все научные школы выбрали разные пути. Мы выбрали свой. Результат покажет, сейчас мы все идем ровно, где-то с 80-90% точности определения. Немножко разный математический алгоритм: мы больше рассчитываем, что наше программное обеспечение будет использоваться в российских реалиях, они отличаются от европейских, от американских, и отличия в итоге будут существенные.

— Как шла работа по созданию новой системы, сколько звуковых файлов образцов кашля вы собрали?

Дмитрий Михайлов: Нейросеть так устроена, что ее надо обучать, несмотря на тот алгоритм, который в нее заложен. Чем больше собрано этих образцов, тем выше точность. Мы на сегодня собрали 2000 образцов ковидного кашля и 8000 нековидного. Мы начали сбор у больных с астмой, ХОБЛом и другими респираторными заболеваниями, туберкулезом. Пандемия рано или поздно уйдет, а методология и восприятие медицины нового подхода точно останется, мы на это очень надеемся.

— С какой точностью новая система может определить по кашлю COVID- 19 в организме человека?

Дмитрий Михайлов: На сегодня на наших тестах точность 83-85%. Это высокая точность, но очень важно, что мы не заменяем ПЦР-анализ. У нас превентивная система вычисления по первичным признакам, кашель ковидный или нет. Сейчас осенью у многих начинается кашель, признаки ОРВИ, и люди сразу боятся, пугаются и думают, коронавирус или нет. Это для того, чтобы отсеять на первом уровне, выделить фокус-группу, которая попала в риск, которой точно надо сделать ПЦР-анализ.

— Насколько сильно кашель при COVID-19 отличается от других видов кашля?

Дмитрий Михайлов: Профессиональные пульмонологи это отличают, наши врачи, которые работают с ковидными пациентами в красной зоне, уже научились отличать на ухо. К сожалению, кто не сталкивался никогда с ковидниками и пока не слушал их, есть такая большая группа медиков – они не определяют этого. Как раз в этом случае наша система очень сильно помогает, потому что она подсказывает на основе тех данных, которые приходят из красной зоны, что все-таки этот кашель относится к ковидному, и необходимо сделать тест.

— Как будет выглядеть новое оборудование, что оно будет из себя представлять?

Дмитрий Михайлов: Мы сделали программную библиотеку, которую каждый желающий может загрузить куда угодно: это мобильный телефон, умные часы, терминалы. Производители терминалов к нам обращаются, каршеринговые компании. Им интересно встраивать в системы машины, потому что можно определять, был человек с ковидом или нет, по кашлю. Каждый может встраивать эту библиотеку куда угодно. Мы получаем большое количество обращений бизнес-партнеров, которые хотят улучшить свой бизнес за счет этой программной библиотеки.

— У системы или оборудования есть уже специальные названия?

Дмитрий Михайлов: Сама методика называется «Акустори», оборудование никак не называется. Несколько производителей терминалов, каршеринга, медицинского оборудования встраивают в свое оборудование, которое уже будет попадать к конечным клиентам.

— Где в первую очередь будет использоваться новая система?

Дмитрий Михайлов: Многое зависит от позиции Роспотребнадзора и Минздрава. Методика новая, необычная, не все ее сразу принимают. Нам очень повезло, что ее признали в Европе, США, Китае. Международное признание помогает, но медицина достаточно архаична. Новые методы применяются не сразу. Нам потребуется время на то, чтобы получить разрешение от регулятора. Пока это используется в рамках тестирования. Недавно одна из компаний взяла эту методику для тестирования лекарства от кашля. Это используется в лабораторной практике.

Очень много сейчас ее используют для того, чтобы делать телеконференцию, когда врач из одной части страны хочет передать звук кашля другому врачу для внутренней консультации. Это не требует ограничений с точки зрения потребителя. Но использовать ее в общественных местах и принуждать человека кашлять, мы понимаем, что регулятор против, мы с ним согласны и смотрим новые решения, которые позволят как можно быстрее ее внедрить, и за счет массовости внедрения принять это медицинским сообществом и начать внедрение в самые разные сферы.

— В аэропортах, например, это может быть нецелесообразно?

Дмитрий Михайлов: Целесообразно прежде всего для того, чтобы вычислять людей, которые могут быть разносчиками ковида, потому что люди с кашлем – самые опасные разносчики. Этот способ является доминирующим на сегодня. Но пока регуляторные правила не позволяют делать эти внедрения.

— Как это может выглядеть? В случае подозрений человека не пустят на рейс?

Дмитрий Михайлов: Мы работаем с юристами, вопрос в них. Отказать в допуске может только авиакомпания, у нее должны быть основания, при покупке билета это должно быть указано в оферте. Аэропорт ничего сделать не может, он только может пригласить человека в медпункт, предложить сдать ему ПЦР, человек может отказаться, тем более, за свой счет. Это сложная система. Требуется взаимодействие с авиакомпанией.

— Смогут ли люди использовать разработку в быту?

Дмитрий Михайлов: Тоже сильно зависит от правил каждой страны. К нам обращаются коллеги из стран АСЕАН, они говорят, что готовы разрешить устанавливать приложения на смартфоны, чтобы человек, который начал кашлять, мог покашлять, отправить запись врачу, не идти в больницу. Они хотят понимать, каков риск, что человек идет в больницу, ее надо будет на дезинфекцию закрыть. Некоторые страны АСЕАН готовы разрешить такие вещи. В быту все связано с юридическими вопросами. Возможно, конечным пользователям без связи с медиками это будет недоступно.

— Возможно создание умного приложения, которое сможет подать человеку сигнал?

Дмитрий Михайлов: Да, это точно. Технически это уже реализуемо. Одна компания, которая производит SmartWatch, в России до сих пор не получила разрешение на функцию ЭКГ. Эта же компания в странах Европы такие разрешения получает.