Машинное обучение помогло классифицировать детский артрит

Американские ученые использовали алгоритм матричного разложения для создания классификации ювенильного идиопатического артрита. Это позволило им разделить заболевание на семь типов по локализации воспаления в суставах, а также предсказать развитие заболевания в течение пяти лет после первоначальной диагностики. Статья опубликована в журнале PLoS Medicine.

Считается, что артриту (воспалительным поражениям суставов) в большей степени подвержены люди старше 35 лет, причем женщин среди пациентов с заболеванием больше, чем мужчин. При этом хронические воспаления суставов встречаются и у детей: ювенильным идиопатическим артритом (ЮИА) болеют около 0,2 процента людей в возрасте до 16 лет. Диагноз ставится на основании наблюдений врачом в течение нескольких месяцев: при исключении других заболеваний патогенез описывается перечислением задетых воспалением суставов.

Более точную классификацию ЮИА решили предложить ученые из Университета Торонто под руководством Саймона Энга (Simon Eng). Они собрали данные о характере болезни 640 подростков и детей с артритом, которые еще не проходили лечение: для каждого была доступна информация о задетых заболеванием суставов. Эту информацию затем проанализировали с помощью алгоритма неотрицательного матричного разложения, который позволяет кластеризовать матрицу X с одними данными (в этом случае — с данными о воспаленных суставах) на две матрицы — W и H (в этом случае — матрица связи суставов с факторами, характерными для диагностированной формы артрита, и матрицы связи этих факторов с пациентами) таким образом, что X ≈ W*H. Такое разложение позволяет кластеризовать пациентов не по факторам (то есть общему патогенезу их заболевания), а по совместно вовлеченным в заболеванием суставам.

Таким образом ученым удалось классифицировать ЮИА на семь типов, каждый из которых характеризуется наибольшим воспалением в определенной зоне: таз, пальцы, запястья, пальцы на ногах, лодыжки, колени и последний, рассеянный тип, который наблюдался у семи пациентов. Полученная классификация не совпадала с классификацией, основанной на поставленных врачами диагнозах.

При этом ученые заметили, что у части пациентов наблюдались сразу несколько типов ЮИА, то есть задеты были сразу несколько совокупностей суставов: у примерно четверти пациентов ученым не удалось точно локализовать ЮИА согласно разработанной классификации. Понаблюдав участников исследования в течение пяти лет, они выяснили, что патогенез ЮИА пациентов с локализованным воспалением остался таким же, а у тех, кто попал сразу под несколько типов классификации, — нет. Кроме того, за пятилетний период лечение было наиболее эффективным среди пациентов, тип ЮИА которых был локализован.

По мнению авторов работы, разработанная ими классификация может помочь использовать более точечную терапию ЮИА, а также точнее предсказывать эффективность лечения и вероятность полного выздоровления. Следует уточнить, что предложенная учеными классификация официально не принята медиками, а также требует, чтобы пациент не был подвергнут лечению.

Новую классификацию на основе анализа данных о пациентах предлагают и для диабета: в прошлом году европейские ученые предложили расширить ее с двух типов до пяти.  

Елизавета Ивтушок