Atlas Narządów Ludzkich z danymi w 3D
Międzynarodowy zespół naukowców i klinicystów ogłosił w czasopiśmie „Science Advances”uruchomienie otwartego portalu 3D, który umożliwia użytkownikom badanie nienaruszonych ludzkich narządów z niespotykaną dotąd szczegółowością – od całego narządu po pojedyncze komórki.
Badanie nienaruszonych ludzkich narządów
.Atlas Narządów Ludzkich (The Human Organ Atlas, HOA) został stworzony z wykorzystaniem zaawansowanej metody obrazowania synchrotronowego. Dzięki temu gromadzi jedne z najdokładniejszych obrazów 3D ludzkich narządów, jakie kiedykolwiek stworzono. Umożliwia naukowcom, lekarzom, nauczycielom, studentom i szerszej publiczności interaktywne „podróże” po narządach takich jak mózg, serce, płuca, nerki i wątroba, zapewniając nowy sposób zrozumienia anatomii człowieka i chorób.
Atlas jest dostępny w znacznie rozszerzonej wersji i można uzyskać do niego dostęp za pośrednictwem standardowej przeglądarki internetowej, bez konieczności instalowania specjalistycznego oprogramowania, pod adresem: https://human-organ-atlas.esrf.eu
Human Organ Atlas jest efektem ponad pięcioletniej współpracy wielu badaczy, inżynierów, klinicystów i specjalistów ds. infrastruktury, zjednoczonych w ramach Human Organ Atlas Hub, konsorcjum zrzeszającego dziewięć instytutów z Europy i Stanów Zjednoczonych.
„Od początku chcieliśmy, aby te dane były dostępne dla wszystkich i aby zbudować otwartą, wspólną infrastrukturę naukową na skalę globalną – podkreślił Paul Tafforeau, naukowiec z ESRF i pionier techniki obrazowania wykorzystanej do stworzenia Human Organ Atlas. – To źródło wiedzy dla naukowców, lekarzy, edukatorów – ale także dla każdego, kto interesuje się budową ludzkiego ciała”.
Atlas wykorzystuje zaawansowaną metodę obrazowania zwaną Hierarchiczną Tomografią Kontrastowo-Fazową (HiP-CT), opracowaną w Europejskim Synchrotronie (ESRF) w Grenoble we Francji przez międzynarodowy zespół kierowany przez University College London (UCL) w Wielkiej Brytanii. HiP-CT wykorzystuje źródło światła ESRF Extremely Brilliant Source – nową generację synchrotronu – które jest do 100 miliardów razy jaśniejsze niż konwencjonalne tomografy komputerowe w szpitalach. Pozwala to naukowcom na nieniszczące skanowanie całych, nienaruszonych narządów ludzkich, a następnie powiększanie obrazu do rozdzielczości bliskiej komórce (do mniej niż jednego mikrona, czyli 50 razy mniej niż grubość ludzkiego włosa). Technika ta wypełnia istniejącą w medycynie lukę pomiędzy radiologią a histologią i stanowi znaczący postęp w obrazowaniu biomedycznym.
„Aby stworzyć Atlas Narządów Ludzkich, zgromadziliśmy naukowców i lekarzy z dziewięciu instytutów na całym świecie. Ta grupa stale się rozrasta, pomagając w zdobywaniu nowej wiedzy na temat chorób, od choroby zwyrodnieniowej stawów po choroby serca, i zmieniając sposób, w jaki poznajemy ludzkie ciało” – wskazał Peter Lee, profesor na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UCL, główny badacz projektu HOA beamtime.
Według zespołu jest to obecnie zbiór danych 3D o najwyższej rozdzielczości spośród publicznie dostępnych, zawierający nienaruszone narządy ludzkie. Zapewnia obecnie dostęp do 56 narządów, 307 pełnych zbiorów danych 3D od 25 dawców. Można oglądać 11 rodzajów narządów, w tym mózg, serce, płuca, nerki, wątrobę, jelito grube, śledzionę, łożysko, macicę, prostatę i jądra. Możliwe jest skanowanie wieloskalowe, od obrazów całych narządów do rozdzielczości bliskiej komórce (standardowo do 2 mikrometrów, a w przypadku niektórych narządów nawet do 0,65 mikrometra).
Portal został zaprojektowany tak, aby wykraczał daleko poza specjalistyczne laboratoria badawcze. Każdy zbiór danych może osiągnąć rozmiar setek gigabajtów, a nawet ponad terabajta. Największy (mózg) osiąga 14 TB. Aby dane były dostępne na całym świecie, portal oferuje interaktywną wizualizację opartą na przeglądarce (bez konieczności stosowania specjalnego oprogramowania), możliwość pobierania zbiorów danych w różnych rozdzielczościach, samouczki i narzędzia programowe do analizy. Regularne dodawane są nowe dane.
Oprócz rozwoju badań anatomicznych i biomedycznych, Atlas ma stać się ważnym źródłem dla sztucznej inteligencji. Duże, wysokiej jakości zbiory danych 3D są rzadkością — co ogranicza rozwój zaawansowanych medycznych systemów sztucznej inteligencji. Atlas narządów człowieka zapewnia uporządkowany, hierarchiczny zbiór danych, idealnie nadający się do trenowania modeli uczenia maszynowego w zakresie segmentacji, wykrywania chorób i analizy w superrozdzielczości. Jednocześnie oferuje nowe, potężne możliwości dla edukacji medycznej i publicznego zaangażowania w naukę.
Zespół planuje rozszerzyć kolekcję w nadchodzących latach, dodając więcej narządów, próbek i nowych narzędzi, jednocześnie budując otwartą społeczność wokół danych.
Nowe technologie w ochronie zdrowia
.Technologie na pewno nie zastąpią w przyszłości lekarzy, ale lekarze, którzy będą po nie rozsądnie sięgać, zastąpią tych, którzy nie będą tych technologii w ogóle używać – pisze prof. Michał KLEIBER
Nikt nie wątpi, że sytuacja ekonomiczna kraju, przesądzająca o możliwościach budżetowego finansowania różnych obszarów życia publicznego, ma istotny wpływ na zdrowie obywateli. Prawdziwa jest jednak także zależność odwrotna – zdrowie publiczne ma znaczący wpływ na gospodarkę. Dbałość o zdrowie nie jest więc wyłącznie kosztem dla budżetu, ale przekłada się wprost na rozwój gospodarczy kraju.
Im zdrowsze jest bowiem społeczeństwo, tym efektywniejsza praca jego obywateli, niższa absencja chorobowa, mniejsze problemy z dbałością o wychowanie dzieci i większy optymizm przy podejmowaniu nowych wyzwań. Podwyższanie wydatków na ochronę zdrowia, obok oczywistej empatii dla cierpiących, służy nam wszystkim, także tym (jeszcze) zupełnie zdrowym. Musimy jednak pamiętać, że wzrostowi budżetu na ochronę zdrowia zawsze musi towarzyszyć umiejętne zarządzanie całym systemem, niełatwe ze względu na wiele aspektów jego bardzo złożonej struktury, w tym m.in. na brak precyzyjnych danych dotyczących kosztowej efektywności świadczonych usług.
Narastające wyzwania w ochronie zdrowia uświadomiliśmy sobie wszyscy ze szczególną mocą w okresie pandemii COVID-19. Do spraw służących poprawie systemu od dawna uznawanych za kluczowe, takich jak upowszechnianie wiedzy o zdrowiu i wspomaganie profilaktyki zdrowotnej, zaliczyć należy dzisiaj z pewnością także racjonalne wdrażanie nowych technologii, powstających na bazie interdyscyplinarnych badań naukowych. Wyzwania związane z wykorzystywaniem w diagnostyce i terapii pojawiających się nieustannie nowych technologii są olbrzymie, choć nie wolno zapominać o antynomiach, czyli zagrożeniach niesionych przez niedostatecznie przemyślane wdrażanie nowych rozwiązań. Wymieńmy choćby parę spośród wielu obszarów stosowania nowych technologii w opiece zdrowotnej.
Wykorzystywanie sztucznej inteligencji (SI). SI w ochronie zdrowia oznacza wykorzystywanie zaawansowanego oprogramowania naśladującego poznawcze zdolności człowieka do analizy danych medycznych i sugerowanie na tej podstawie diagnozy i ewentualnych działań leczniczych. Innymi słowy, SI jest zdolnością komputerowych algorytmów do formułowania przydatnych dla lekarzy opinii w złożonych problemach medycznych. Zastosowania SI różnią się istotnie od tradycyjnych metod medycyny możliwością pozyskiwania wielkiej liczby informacji, ich przetwarzania i podejmowania na tej podstawie działań. Fundamentalną cechą stosowanych algorytmów jest ich zdolność do uczenia się na drodze rozpoznawania cech charakteryzujących przetwarzane dane i tworzenia na tej podstawie opinii na temat analizowanego problemu.
Ważnym efektem stosowania SI w ochronie zdrowia jest możliwość dostarczania analiz opisujących relacje między diagnozą i zastosowaną terapią a najbardziej prawdopodobnym rezultatem leczenia. Dysponujemy dzisiaj terabajtami danych pochodzących z badań klinicznych, szeroko rozumianej praktyki medycznej, firm ubezpieczeniowych oraz aptek, dotyczących wszelkich dręczących ludzi dolegliwości. Naukowcy i praktykujący lekarze korzystają oczywiście od zawsze z takich informacji, ale możliwości ich pełnej analizy przez najlepiej nawet przygotowanych badaczy są ze względu na ilość danych, ich złożoność i brak wypracowanej struktury z natury rzeczy bardzo ograniczone. W sukurs przychodzi właśnie sztuczna inteligencja.
Metody SI weszły już do standardów badawczych w wielu różnych obszarach medycyny. Przykładami ilustrującymi aktualne osiągnięcia w tym zakresie mogą być opracowane ostatnio oprogramowanie pozwalające z dokładnością 70-80 proc. wskazać wśród osób zarażonych koronawirusem te z nich, u których rozwinie się ciężka postać COVID-19, lub system typujący z dokładnością 95 proc. osoby, które zachorują w ciągu swego życia na cukrzycę. Takie procesy, zwane analityką predykcyjną, budzą obecnie duże zainteresowanie w świecie medycyny. Możliwości SI na tym się oczywiście nie kończą i daleko wykraczają poza diagnostykę tego typu.
SI zaczyna odgrywać coraz większą rolę w realizacji idei indywidualnego traktowania pacjentów, czyli w rozwoju personalizacji leczenia. Amerykańscy badacze opracowali program analizujący rozległe dane kliniczne i pozwalający szybko zaplanować u konkretnego pacjenta radioterapię nowotworu, co ma ogromne znaczenie dla skuteczności leczenia. SI wspomagać będzie z pewnością działania na rzecz szybszego wprowadzanie na rynek nowych, doskonalszych leków. Są już tego przykłady, jak zastosowanie przez amerykańskich badaczy zaawansowanych metod uczenia maszynowego do opracowania nowego antybiotyku zwalczającego bakterie. Ze względu na fakt, że wprowadzenie nowego leku na rynek kosztuje dzisiaj średnio prawie trzy mld dolarów, a 90 proc. opracowywanych propozycji przepada w różnych fazach badań klinicznych, powodując marnotrawstwo środków, potencjał SI jest bardzo duży, algorytmy uczenia maszynowego mogą bowiem przeanalizować miliony związków, zawężając opcje do konkretnego celu poszukiwań.
LINK DO TEKSTU: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-michal-kleiber-nowe-technologie-w-ochronie-zdrowia%E2%80%A8/
PAP/ Paweł Wernicki/ LW
