Lisa zachraňuje nemocné s rakovinou. Aplikace spojila lékaře a programátory

Umělá inteligence a další moderní technologie zvyšují šance na úspěšnou operaci u náročné rakoviny jater. Experti z několika oborů se spojili, aby díky vyhodnocování obrazových dat pomohli vytvořit model nejlepšího možného zákroku.

LISA

Rakovina jater patří k nejkomplikovanějším typům nádorových onemocnění. Operování pacientů s tímto typem onkologického onemocnění proto patří k nejnáročnějším. Na pomoc nemocným vznikla, díky spojení špičkových lékařů a technických expertů, unikátní aplikace Lisa (Liver Surgery Analyzer).

„První části aplikace byly vytvořeny před osmi lety. U jejího vzniku stála spolupráce týmu vědců Lékařské fakulty v Plzni, Univerzity Karlovy a Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity, kteří se dlouhodobě věnují výzkumu regeneračního potenciálu jater. Velkou zásluhu na udržení spolupráce lékařů a techniků má docent Václav Liška, kterému se daří onu nesourodou skupinu obracet směrem k perspektivnímu výzkumu,“ vysvětluje Miroslav Jiřík, který na projektu pracuje.

Sám vystudoval kybernetiku a umělou inteligenci. Řada jeho kolegů je vzdělaná v IT a mechanice. „Málokdo z nás měl na počátku zkušenosti s medicínou, mě nevyjímaje. Hlavní zásady výzkumu a vývoje jsou sice všude stejné, ale lékařské prostředí má svá specifika. Pokud potřebujete nový experiment v oboru umělé inteligence, spustíte novou úlohu na počítači, nebo na skupině počítačů, a za krátký čas máte výsledek. V medicíně nový experiment znamená mnoho laboratorních hodin při přípravě vzorků, značné finanční náklady a často i získávání řady povolení. Plánování experimentů se proto v těchto oborech značně liší,“ popisuje Miroslav Jiřík rozdíly v práci na vzniku aplikace.

Tajemná medicína

Právě proniknutí do nového oboru ho od počátku lákalo. „Pro mě osobně bylo atraktivní ono neznámé prostředí medicíny. Ukázalo se, že skutečnost je ještě podivuhodnější, než jsem si představoval. Jednou z výzev je značná nesourodost biomedicínských datových zdrojů, které jsou používány pro vědu i léčbu pacientů. Strukturovaná data existují jen v omezené míře a prakticky neexistují dva pacienti s dokonale stejnou sadou vyšetření, neboť neexistují dokonale stejné projevy nemoci. Člověk-lékař se v tom vyzná, pro stroj je to však velká výzva,“ zmiňuje Miroslav Jiřík.

Miroslav Jiřík z projektu LISA.

Použití technologií může být podle něj pro zdravotnictví velmi přínosné. Pokud k němu technicky vzdělaní experti najdou cestu. „Každý, kdo se trochu vyzná v analýze dat, nalezne na správném místě medicínského soukolí volnou pozici. Jen je potřeba prokličkovat obrovským aparátem, které naše, ale i zahraniční zdravotnictví představuje. To může být pro malé firmy nelehké,“ popisuje Miroslav Jiřík úskalí vstupu do odlišného oboru.

Aplikace Lisa podle něj slouží jako základna pro podporu výzkumu prokrvování jater. „Hlavní motivací je rozšíření možností současné klinické péče o pacienty s nádorovým onemocněním jater. Chceme umožnit provádění operačních výkonů na hranici operability prostřednictvím modelování výsledku operačního výkonu a odhadu velikosti zbytku orgánu a jeho regeneračního potenciálu. Na základě dat z výpočetní tomografie (CT) pacientů získáváme model velkých cév. Analýzou mikro-CT dat pak vytváříme statistiky popisující geometrické vlastnosti malých cév. Kombinací těchto dat je následně možné modelovat prokrvování jater a to je klíčové pro odhad velikosti zbytku orgánu po operaci,“ popisuje Miroslav Jiřík princip fungování aplikace.

Prototyp zachraňuje

Lisa tak rozšiřuje možnosti současné klinické péče pacienty s nádorovým onemocněním jater. A přestože je zatím ve fázi prototypu pro výzkum, je nenahraditelná díky schopnostem statistického vyhodnocování obrazových dat, ale i následné vizualizace používané pro vyhodnocování a pro tvorbu výukových modelů v klinické praxi.

LISA

Přinést nový postup do náročného prostředí špičkové medicíny nebylo jednoduché. „Jazyk lékařů a programátorů se poněkud liší a značný je mezi nimi i kulturní rozdíl. Když to přeženu: lékaři žijí ve světle operačních sálů a jsou uvyklí pracovat s lidmi. Lidé z mého oboru dobře znají příšeří serveroven a důvěrný vztah mají hlavně se svými počítači. Složitým úkolem na počátku proto bylo najít společnou řeč a dobře porozumět zadání. To si vyžádalo hodiny vzájemného vysvětlování a mnoho návštěv na operačních sálech,“ popisuje Miroslav Jiřík.

Uživatelé aplikace jsou lékaři a výzkumníci se specifickými požadavky na výzkum jater, které nelze zajistit běžně dostupnými komerčními nástroji. „Přeneseně však z jejího využívání budou profitovat pacienti, kterým rozhodováním na základě přesnějších dat umožní podstoupit léčbu a ve výsledku prodlouží život a zachová nebo zvýší jeho kvalitu,“ zmiňuje Miroslav Jiřík.

Malý tým s velkými výsledky

Jak vůbec výroba aplikace funguje?Je to podobné každému jinému softwarovému vývoji. Podle zadání něco naprogramujeme a po čase zjistíme, že zákazník chtěl něco jiného. Ale teď vážně… Určitým specifikem je to, že máme velmi úzce profilovanou uživatelskou základnu. Jsou to vzdělaní a motivovaní lidé. Každého uživatele můžeme osobně zaškolit. To nám umožňuje neztrácet čas s hledáním dokonalého uživatelského rozhraní a můžeme se věnovat přidávání důležitých funkcí,“ popisuje Miroslav Jiřík.

LISA

Programování aplikace se věnuje malý tým, ve kterém jsou studenti a vědci ze Západočeské univerzity přibližně v rozsahu dvou úvazků. „Prostřednictvím rad a konzultací se však do výsledku otisklo i mnoho lékařů. Celkem to bude asi 30 lidí,“ poznamenal Miroslav Jiřík.  Aplikace podle něj v současné době poskytuje data pro analýzy proudění velkých i malých cév. S tím jsme nadmíru spokojeni. Pochopitelně ale plánujeme řadu věcí vylepšit,“ dodívá Miroslav Jiřík. Před časem tým vývojářů za svou aplikaci obdržel cenu Czech DIGI@MED Award 2019, která pro ně byla impulsem k dalšímu usilovnému vývoji.

Poslední slovo má lékař

Vývoj aplikace je financován z výzkumných projektů obou zapojených univerzit. V současnosti například v rámci projektu AMTMI – Aplikace moderních technologií v medicíně a průmyslu. „Díky němu bylo možné pořídit pro potřeby výzkumu nové CT pro práci s animálními modely. Naše aplikace je nyní ve fázi prototypování a ověřování v rámci jednoduchého klinického experimentu. Využívána je hlavně vědci z našeho týmu. Mezinárodně jsou však oblíbené a stahované i některé moduly, které pro aplikaci vznikly a jsou volně k dispozici formou open-source,“ říká Miroslav Jiřík.

LISA

Využití moderníchtechnologií pro rozvoj medicíny má podle něj před sebou velké perspektivy. „Možnosti nástrojů umělé inteligence se v současnosti zdají být bezbřehé. Řada aplikací konvolučních neuronových sítí dosahuje úžasných výsledků. Jejich fungování však docela nerozumíme. Zkušený mozek lékaře a jeho šikovné ruce proto v nejbližší době nebude možné nahradit. Aplikace, které budeme vytvářet, tedy budou spočívat hlavně v podpoře rozhodování lékařů. Mým úkolem a úkolem mých kolegů vědců-programátorů bude extrakce informací z rozličných zdrojů, jejich syntéza a příprava věrohodných podkladů. Konečné rozhodnutí bude dělat člověk v bílém plášti. Naštěstí,“ uzavírá Miroslav Jiřík.

Dalibor Dostál

Aplikace Lisa v kostce

Medicínská aplikace Lisa rozšiřuje možnosti současné klinické péče o pacienty s nádorovým onemocněním jater a umožňuje provádět operační výkony na hranici možnosti odstranění nádoru díky modelování výsledku operačního výkonu a odhadu regeneračního potenciálu zbytku orgánu. Aplikace, přestože je zatím ve fázi prototypu pro výzkum, je nenahraditelná díky schopnostem statistického vyhodnocování obrazových dat, ale i následné vizualizace používané pro vyhodnocování a pro tvorbu výukových modelů v klinické praxi.  

Pravidelné novinky e-mailem