Sztuczna inteligencja pomoże zdiagnozować wady genetyczne płodu. Instytut Matki i Dziecka współpracuje z Microsoft Research przy realizacji pierwszego na świecie projektu wykorzystującego AI.

29 października 2021

Instytut Matki i Dziecka współpracuje z Microsoft Research ze Stanów Zjednoczonych przy realizacji pierwszego na świecie projektu wykorzystującego sztuczną inteligencję we wczesnym wykrywaniu genetycznych wad nerek u płodów. Zastosowanie sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego, IoT oraz chmury to element strategii naukowo-klinicznej instytutu do 2024 roku. Placówka testuje, a następnie, na podstawie wyników i bilansu korzyści dla specjalistów, wdraża konkretne technologie w działanie zespołów medyków i specjalistów.

„Cyfryzacja wprowadza medycynę na taki poziom, na jakim nigdy jeszcze się nie znajdowała (…) a technologie likwidują bariery wynikające np. z odległości, czego dowodzi nasza współpraca z Microsoft. Ogranicza nas zatem jedynie śmiałość w sięganiu po nowe rozwiązania” – mówi dr n. med. Tomasz Maciejewski, dyrektor Instytutu Matki i Dziecka w Warszawie.

Założenia projektu IMiD oraz Microsoft Research zostały omówione podczas konferencji Impact’21 w Poznaniu. O technologiach, które znajdują tam zastosowanie także w histeroskopii, planowaniu operacji rozszczepu podniebienia oraz testach przesiewowych, rozmawiali dr n. med. Tomasz Maciejewski, dyrektor IMiD, Ireneusz Wochlik AI LAW TECH oraz Tomasz Jaworski, dyrektor transformacji cyfrowej w polskim oddziale Microsoft.

Projekt realizowany w IMiD ma doprowadzić do stworzenia algorytmów sztucznej inteligencji oraz oceny ich użyteczności w celu zwiększenia skuteczności badań prenatalnych. Naukowcy przewidują, że algorytmy mogą być wykorzystane jako narzędzie wspierające lekarzy, pokazując im zmiany w obrazach ultrasonograficznych płodów, które wskazują potencjalne choroby genetyczne. To pierwsza taka współpraca pomiędzy polskim ośrodkiem medycznym a Microsoft Research w obszarze opracowywania i testowania technologii do badań dotyczących genetyki.

„Jesteśmy przekonani, że sztuczna inteligencja po prostu jest w stanie zobaczyć więcej niż lekarz” -przyznaje dr hab. n. med. Beata Nowakowska, prof. IMiD, Kierownik Zespołu Pracowni Cytogenetyki Zakładu Genetyki Medycznej IMiD, kierująca projektem ze strony Instytutu. „Jeśli tylko dobrze opracujemy dane genetyczne i dane z USG, będziemy mogli wykorzystać proces uczenia maszynowego i sztuczną inteligencję do wsparcia diagnozowania nieprawidłowości u płodów za pomocą USG.”

Dane z genów

W tym celu powstają modele bazowe, dzięki którym technologia będzie w stanie rozpoznać obrazy przedstawiające nieprawidłowości u płodu. Aby tego dokonać trzeba odpowiednio opracować dwa zbiory danych pochodzących od tych samych pacjentów, którzy już zostali zdiagnozowani. Pierwszy zbiór stanowią dane genetyczne, a drugi – obrazy ultrasonograficzne zaistniałych nieprawidłowości. W tym celu zespół pod kierownictwem prof. Nowakowskiej wykorzystał ogólnie dostępne zbiory danych oraz własne zasoby informacji, pozyskanych od pacjentów za ich zgodą. Do ich analizy i wykazania korelacji pomiędzy nieprawidłowością genomu a jej obrazu z badania USG wykorzystywany jest moduł danych naukowych (data science module) bazujący na platformie chmurowej Microsoft Azure, który dostarczył Instytutowi Microsoft Research.

„Dzięki Microsoft Azure dysponujemy dzisiaj globalnymi, hiperskalowymi możliwościami chmury, co umożliwia kreowanie innowacji, które wcześniej po prostu nie były możliwe” – powiedział Chaitanya Bangur, starszy dyrektor ds. platform biomedycznych i genomiki w Microsoft Research. „Cieszymy się, że możemy współpracować z prof. Nowakowską i zespołem Instytutu Matki i Dziecka w Warszawie przy tym innowacyjnym projekcie, którego ambicją jest wykorzystanie mocy sztucznej inteligencji i przetwarzania w chmurze, co wpływa na życie dzieci i ich rodzin. Współpraca jest doskonałym przykładem tego, jak wykorzystanie wyspecjalizowanych technologii chmurowych, takich jak Azure Machine Learning, może pomóc w połączeniu danych multimodalnych, takich jak dane obrazowania i dane genomowe. Będzie to klucz do lepszego zrozumienia śmiertelnych chorób i rozwoju spersonalizowanej medycyny.”

Szybciej zapobiegać, skuteczniej leczyć

Wczesne wykrycie niepokojących zmian w rozwoju płodu może umożliwić specjalistom bardziej szczegółową diagnostykę ciąży i jej przebiegu oraz ustalić właściwe formy leczenia w trakcie ciąży i już po narodzinach. Wreszcie w części przypadków wczesne rozpoznanie choroby pozwala podjąć leczenie dziecka jeszcze w łonie matki lub bezpośrednio po jego narodzeniu, co np. pozwoli zapobiec kolejnym powikłaniom.

„Mamy ogromne nadzieje na zastosowanie opracowywanego rozwiązania” –przyznaje prof. Nowakowska. „Jeśli się one spełnią, będzie to duże wsparcie dla lekarzy, zapewniające pacjentkom skuteczniejszą diagnostykę płodu, a tym samym większą świadomość na temat tego, jak rozwija się ich dziecko. To niezwykle istotna kwestia, szczególnie w obszarach, gdzie pacjentki mają ograniczony dostęp do wysokokwalifikowanych specjalistów, jak w większości niewielkich miejscowości. I oczywiście nie dotyczy to tylko i wyłącznie Polski, ale całego świata.”

Leczenie przyszłości

Podobnym projektem, który w Instytucie oczekuje na swój pilotaż, jest wsparcie za pomocą sztucznej inteligencji wykrywania zmian w jamie macicy pacjentek. Technologię do tego rozwiązania – czyli silnik AI – dostarcza Sky Engine, partner Microsoft, który z powodzeniem wdrożył już rozwiązanie AI pozwalające na skrócenie czasu potrzebnego na analizę filmów z endoskopii kapsułkowej, usprawniając dzięki temu pracę wielu specjalistów. Specjalnie przygotowane algorytmy sztucznej inteligencji wybierają z kilkugodzinnego filmu te jego fragmenty, na których powinien skoncentrować się specjalista. Po przeszkoleniu systemu w zakresie zmian w macicy, ma on podobnie wskazywać lekarzom ewentualne niepokojące obszary, by poprawić skuteczność diagnostyczną badań.

IMiD od lat jest w awangardzie wdrażania nowatorskich rozwiązań cyfrowych, które mają ułatwiać pracę, zwiększać skuteczność działań i służyć pacjentom. Wdrażając 4 lata temu Microsoft Office 365 Instytut został pierwszym w Polsce publicznym szpitalem i jednostką badawczą, która wykorzystywała publiczną chmurę obliczeniową umożliwiającą bezpieczne i opłacalne funkcjonowanie.

Podobnie realizacja szeregu badań wśród dzieci – zarówno tzw. bilansów, jak i testów przesiewowych, za które odpowiada IMiD, nie byłaby możliwa, gdyby nie wykorzystanie chmurowych systemów bazodanowych i sprawnej komunikacji cyfrowej pomiędzy Instytutem a szeregiem placówek terenowych. To dzięki nim wśród dzieci w Polsce wzrosła wykrywalność np. chorób rzadkich.

Pełny obraz pacjenta

Zespoły specjalistów IMiD pracują nad wykorzystaniem innowacyjnych rozwiązań technologicznych, by skuteczniej troszczyć się o zdrowie pacjentów.

„Przez lata w IMiD staraliśmy się pokonywać bariery i zapewniać naszym pacjentom opiekę zdrowotną na światowym poziomie, choć wiele z ówczesnych marzeń wydawało się poza naszym zasięgiem. Dziś cyfryzacja wprowadza medycynę na taki poziom, na jakim nigdy jeszcze się nie znajdowała, niezależnie jaki kraj wzięlibyśmy pod uwagę jako przykład. W dodatku technologie likwidują bariery wynikające np. z odległości, czego dowodzi nasza współpraca z Microsoft. Ogranicza nas zatem jedynie śmiałość w sięganiu po nowe rozwiązania. Bo przecież nie środki, których dotąd też nie mieliśmy w nadmiarze, a i tak finalnie zawsze znaleźliśmy sposób, by być pionierem w Polsce we wdrażaniu nowatorskich form terapii. Dlatego dziś nasze dążenie do wykorzystania technologii cyfrowych na rzecz pacjentów zapisaliśmy w Strategii Naukowo-Klinicznej na lata 2021 – 2024. Widzimy bowiem, jak potężnym narzędziem zarówno w pracach naukowo-badawczych z zakresu medycyny, jak i w działalności klinicznej staje się sztuczna inteligencja, uczenie maszynowe, chmura danych, IoT i cały szereg innych współczesnych technologii. Ułatwiają i ulepszają diagnostykę, usprawniają obsługę pacjentów, pozwalają na wczesne wykrywanie anomalii, ułatwiają dobranie najskuteczniejszej terapii… Nie sposób wymienić wszystkich atutów z nich wynikających. Dlatego, podobnie jak niegdyś, tak i teraz nie chcąc pozostać w tyle, stawiamy na cyfryzację” – mówi dr n. med. Tomasz Maciejewski, dyrektor Instytutu Matki i Dziecka w Warszawie.

Przykładem jest zastosowanie okularów rozszerzonej rzeczywistości Microsoft HoloLens. Trwają próby ich wykorzystania w dwóch obszarach – szkoleniach i działalności klinicznej. Dowodem na tę drugą oś działania są dzieci z rozszczepem podniebienia. Dzięki technologii rozszerzonej rzeczywistości oraz HoloLensom, chirurg przystępujący do operacji może bezpośrednio na twarz pacjenta nałożyć stworzony dzięki obrazowym metodom diagnostycznym trójwymiarowy model, co znacznie ułatwia jego pracę. Okulary HoloLens pozwalają też specjalistom z IMiD konsultować przypadki rozszczepu podniebienia z innymi europejskimi ośrodkami i opiniować planowany proces leczenia.

Dostęp do specjalistów dla każdego

Innym sposobem na wykorzystanie tej technologii jest jej użycie na izbie przyjęć lub podczas obchodów lekarskich. Skoro można połączyć się za ich pomocą z ośrodkiem w innym kraju, to z pewnością można dokonać połączenia między oddziałami IMiD. W rezultacie specjalista z danej dziedziny, wzywany na konsultację, nie musi już schodzić na izbę przyjęć czy do danego gabinetu. Zamiast tego za pomocą HoloLens, może przekazać swoje uwagi na odległość, co pozwala mu zaoszczędzić czas. Podobną funkcję ma integracja HoloLens z systemem szpitalnym i wykorzystanie funkcji speech to text. Gogle, wyposażone w mikrofon, pozwalają zarówno mieć stały dostęp do dokumentacji medycznej pacjenta, przy którego łóżku znajduje się aktualnie lekarz, jak i wprowadzać do niej głosowo niezbędne notatki i zalecenia, mając przy tym stały kontakt z pacjentem. Wypowiedzi zamieniane są w notatki, które na bieżąco są zapisywane w systemie szpitalnym. Wszystko to przyczynia się do zwiększenia wydajności pracy i poprawy szeregu wyników placówki. Przede wszystkim jednak prowadzi do odzyskania jak największej ilości czasu specjalisty dla pacjenta.

Jako jedna z kluczowych placówek w polskim systemie ochrony zdrowia, IMiD prowadzi pacjentów z całej Polski. Chcąc więc sprawić, by ich wizyty przebiegały jak najbardziej sprawnie, w miłej atmosferze, bez stresu i napięcia, w Instytucie prowadzone są prace nad aplikacją dla pacjentów, która będzie stanowiła swego rodzaju przewodnik. Rozwiązanie ma pomagać zarówno przed wizytą w szpitalu, w jej trakcie, jak i po niej, zapewniając stały kontakt z placówką. Ma ona integrować w sobie szereg funkcji, jak kalendarz poszczególnych wizyt, nawigację po szpitalu, kompendium zaleceń lekarskich po konsultacjach, możliwość kontaktu z lekarzem itp.

„Nigdzie dotąd na tak szeroką skalę, jak w Instytucie Matki i Dziecka, technologia nie pracowała ramię w ramię z lekarzami, chroniąc i ratując zdrowie pacjentów. Instytut wyznacza szlak, którym mogą podążać inne placówki z ambicją tworzenia sprawnie działających instytucji, gdzie technologia wspiera lekarzy i pacjentów. Jest to dziś główna droga do tego, by system ochrony zdrowia mógł zapewnić odpowiedni poziom usług medycznych pacjentom, biorąc pod uwagę współczesne wyzwania, takie jak starzenie się społeczeństwa czy brak specjalistów. Tylko scedowanie części obowiązków na technologie i ułatwienie tym samym pracy medykom pozwoli odblokować zasoby, które są niezbędne, by ochrona zdrowia mogła działać sprawnie. A jeśli o zasobach mowa, to warto przy okazji podkreślić, że wraz z ich odblokowaniem udaje się też zoptymalizować koszty realizacji świadczeń medycznych, a to dla systemu ochrony zdrowia w każdym kraju jest wartością bezcenną” – mówi Bartosz Stebnicki, dyrektor sektora publicznego w polskim oddziale Microsoft.

Co prawda może upłynąć jeszcze trochę czasu, zanim w gabinecie lekarskim spotkamy osobę w dziwnych goglach, która jednocześnie będzie z nami prowadzić wywiad i dyktować historię choroby. Zmiany w tym kierunku już się zaczęły, a rzeczywistość nie raz udowodniła, jak szybko mogą przebiegać tego typu wdrożenia.