Riverstart и Оптикэластограф: OpticElastograph

Основные статьи:

• Диагностика рака
• Искусственный интеллект в медицине
• Искусственный интеллект в радиологии
• Машинное обучение (Machine Learning)

2024: Анонс создания веб-платформы OpticElastograph

5 апреля 2024 года компания Riverstat сообщила о том, что российские ученые и разработчики создали веб-платформу для исследователей на основе ML, которая помогает бороться с раком.

По информации компании, в борьбе с онкологией важно вовремя поставить диагноз, выстроить план лечения и провести операцию, по возможности сохранив орган. Чем раньше онколог сможет увидеть нужную информацию о состоянии биоткани, тем выше шансы вывести пациента в ремиссию.

Российские ученые и разработчики ищут способы получать такую информацию быстрее и дешевле, неинвазивным способом. Российские компании Riverstart и «Оптикэластограф», куда входят ученые ИПФ РАН, создали веб-платформу OpticElastograph, которая обрабатывает томографические сканы и дает подробные данные о биоткани, которые раньше было сложно получить. Так врач может применять методы оптической биопсии и получать подробные данные неинвазивно. При создании алгоритмов использовали методы статистического ML.

Исследования подтверждают, что такого рода данные помогают точнее поставить диагноз, распознать подтип рака и четко увидеть края раковой опухоли. За счет этого можно раньше обнаружить рак, сэкономив драгоценное время, и вырезать больные клетки с большими шансами сохранить орган.

Оптическая биопсия проводится неинвазивно: ученому не нужно тратить время на срез и окрашивание образцов для гистологического обследования, он следит за образцами in vivo — прямо на живом организме. Организму не нужно переживать хирургическое вмешательство и восстанавливаться.

С помощью неинвазивной биопсии исследователь может контролировать состояние раковых опухолей, выращенных на коже экспериментальных мышей, прямо на них, и делать это постоянно, отслеживая рост и реакцию на химиотерапию. Он экономит время, которое уходило на проведение инвазивных биопсий, и использует меньше подопытных животных, а также получает более точные результаты из-за непрерывного контроля. Результаты таких исследований используются для поиска эффективных методов лечения рака.

Исследование тканей рака молочной железы показал, какую роль технологии оптической биопсии играют в проведении органосохраняющих операций. В одном из исследований рака груди проверяли методы раннего выявления онкологии. Метод оптической биопсии позволяет рассматривать биоткань с разрешением микрометрового уровня. Для понимания масштаба: один микрометр — это тысячная доля миллиметра. Благодаря таким масштабам получалось точно найти границы опухоли: отделить участки жировых клеток груди от некротических раковых клеток, даже если они очень похожи по свойствам. Это значит, что можно провести операцию, точечно удалить раковую опухоль и сохранить грудь. Подробнее исследование описано в научном журнале Optica Publishing Group.

𝓲

mdpi.com

Первое изображение получено инвазивно с помощью гистологии. Другое изображение получено неинвазивно, с помощью оптической биопсии — это карта, показывающая уровни жесткости ткани. Она позволяет четче увидеть скопление опухолевых клеток и переход от здоровой ткани к раковой опухоли.

Специальные программы подсвечивают на томограммах информацию, нужную исследователю. Программы интегрированы в веб-платформу, которая позволяет применять их на загруженных пользователем сканах и использовать в исследованиях во всем мире.

Как это работает:

• Сотрудники НИИ, ученые, врачи, медицинские сотрудники лабораторий могут загрузить томографические сканы и выбрать, какую информацию отобразить.
• Веб-платформа обработает сканы и построит на экране карты с нужной информацией. Например, с кровеносными сосудами или с деформацией ткани, с жесткостью на разных отрезках, чем-то другим — зависит от того, что изучает исследователь. Параметры для анализа можно настроить.

Платформа позволяет использовать универсальные программы для анализа томограмм и настроенные индивидуально под конкретный прибор, биоткань или запрос ученого. Данными можно делиться с коллегами, использовать для разработки других методов лечения, для обучения студентов, сформировать и разметить датасеты для обучения ИИ.

Использование ИИ-технологий — это тренд в здравоохранении. Алгоритмы могут автоматически находить заболевания, определять их тяжесть, подсказывать методы лечения и дозировки лекарств, увеличивать точность хирургических манипуляций. ИИ умеет делать прогнозы на основе имеющейся у него информации, а значит, может прогнозировать заболевания. Изучить медицинскую карту пациента, его генетическую информацию, результаты анализов и исследований, и на основе этого предсказать пациенту вероятность заболеть чем-то конкретным.

С помощью OpticElastograph уже можно собирать и размечать большие data-сеты для обучения ИИ. На апрель 2024 года разработчики тестируют применение нейросетей для обработки сканов и обнаружения патологий.

Оптическая биопсия, по данным на апрель 2024 года, является золотым стандартом в офтальмологии. Слои сетчатки сканируют световым лучом и определяют изменения, выявляют отек, кровоизлияния, воспалительные процессы и другие проблемы.

Данный метод исследования позволяет выйти за пределы офтальмологии и использовать оптическую биопсию в областях, где этот метод явно полезен, но пока еще стоит очень дорого. Например, в онкологии, гинекологии, кардиологии, хирургии, дерматологии и эстетической косметологии.

Исследования по применению оптической биопсии в разных сферах проводит коллаборация сотрудников Института фотонных технологий РАН, Института прикладной физики РАН, Сеченовского университета и компании «Оптикэластограф». Методы обработки томограмм позволяют анализировать эластичность образцов тоньше одного миллиметра. Это необходимо в кардиохирургии: исследование показало, что с их помощью можно проанализировать биомеханику ткани перикарда — околосердечной сумки человека — и провести операцию, чтобы заменить створки аортального клапана.

Другой пример: в отоларингологии и челюстно-лицевой хирургии используются хрящевые имплантаты, например, для лечения стеноза трахеи. Во время создания имплантатов используется лазер. Оптическая биопсия позволяет следить за стабильностью формы имплантата и подбирать более низкую температуру лазера, при которой уменьшается вероятность деформации.