Znajdź zawartość

W medycynie nuklearnej sztuczna inteligencja wkroczyła już na III i IV poziom w pięciostopniowej skali. Oznacza ona oszczędność czasu, szansę uniknięcia błędów ludzkich i skuteczniejsze terapie dla pacjentów – ocenia prof. Janusz Braziewicz z Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej. Wkraczająca do nowoczesnej medycyny sztuczna inteligencja budzi skrajne emocje: w środowisku medycznym jak i w społeczeństwie jedni wiążą z nią duże nadzieje, inni mają obawy i wątpliwości. Tak jest np. z medycyną nuklearną, w której wykorzystywane są nowoczesne technologie. Prof. Janusz Braziewicz, kierownik Zakładu Medycyny Nuklearnej z Ośrodkiem PET w Świętokrzyskim Centrum Onkologii twierdzi, że zaawansowanie automatyzacji i sztucznej inteligencji w medycynie nuklearnej jest już na tyle duże, ze wkroczyło na III i IV poziom w pięciostopniowej skali. Pierwszy poziom oznacza jedynie działania manualne, drugi – maszynowo-manualne, a trzeci – zautomatyzowane działania maszynowo-manualne. Na czwartym poziomie pojawia się automatyzacja, ale „z ludzką ręką”, piąty oznacza pełną automatyzację. W diagnostyce obrazowej wygląda to w ten sposób, że na poziomie III (warunkowej automatyzacji) skaner czy system opisowy pod wpływem operatora dostosowuje się do narzucanych mu warunków i wykonuje zlecone zadanie. Obecnie obserwujemy duże przyspieszenie technologiczne i wejście na poziom IV (wysokiej automatyzacji), kiedy to system automatycznie przetwarza samodzielnie pozyskane dane i dostarcza specjaliście wstępnie przeanalizowane informacje. Ma to miejsce na przykład wówczas, kiedy system zeskanuje ułożonego na stole skanera PET/TK pacjenta i na podstawie swego rodzaju skanu topogramowego, w oparciu o analizę danych anatomicznych chorego zaproponuje wykonanie skanu PET i tomografu komputerowego z uwzględnieniem wskazania klinicznego i sylwetki pacjenta – wyjaśnia w informacji przekazanej PAP prof. Braziewicz, członek Zarządu Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej. Odbywa się to z użyciem automatycznie dostosowanych parametrów akwizycji, z minimum wymaganej dawki promieniowania ze strony tomografu komputerowego. Algorytm po stronie PET ustala: szybkość przesuwu łóżka podczas płynnego skanowania różnych części ciała pacjenta, zastosowanie różnych matryc rekonstrukcyjnych, zastosowanie bramkowania oddechowego dla odpowiedniego obszaru klatki piersiowej i tułowia. Według prof. Braziewicza bezzasadne są zatem obawy, że komputery zastąpią lekarzy. W przypadku diagnostyki obrazowej stają się one wręcz niezbędne. Powodem jest choćby lawinowy wzrost diagnostycznych badań obrazowych, w tym również z zakresu medycyny nuklearnej. Jedynie w latach 2000-2010 liczba badań tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego wzrosła dziesięciokrotnie. Z kolei w medycynie nuklearnej taki gwałtowny wzrost liczby badań SPECT i PET przypada na okres po 2010 r. W ślad za tym nie następuje niestety proporcjonalny wzrost liczby dostępnych lekarzy specjalistów, którzy mogliby je szybko i rzetelnie przeprowadzić. Brakuje także wyszkolonych techników, korzystających z zaawansowanych metod akwizycji z zastosowaniem narzędzi, jakie oferuje dany skaner. Efektem jest przeciążenie ilością pracy poszczególnych grup specjalistów i często coraz dłuższy czas oczekiwania na opisanie badań. Co istotne, presja obniża jakość pracy. Jak pokazują badania, jeśli skróci się o 50 proc. czas na interpretację badania radiologicznego, to stosunek błędów interpretacyjnych wzrośnie o niemal 17 proc. – zaznacza prof. Janusz Braziewicz. Sztuczna inteligencja w coraz bardziej skomplikowanej i wymagającej diagnostyce obrazowej może zatem usprawnić i wspomóc pracę lekarza. Wdrożenia algorytmów opartych na Artificial Intelligence (AI) przynoszą oszczędność czasu i szansę na pełną standaryzację procedur, ale także na uniknięcie błędów ludzkich i skuteczniejsze, spersonalizowane terapie dla pacjentów – twierdzi specjalista. Obecnie medycy nuklearni rozwijają nowy trend teranostyki, który wydaje się być przyszłością personalizowanej medycyny poprzez ścisłe połączenie diagnostyki i terapii w celu dobrania do potrzeb konkretnego pacjenta celowanego leczenia. W obszarze sztucznej inteligencji medycy nuklearni coraz częściej wspierają proces terapii, pomagając w ocenie trafności i zasadności zaleconego leczenia już w początkowej jego fazie. Nie bez znaczenia jest w tym kontekście wykorzystywanie hybrydowych badań PET/CT na przykład w planowaniu radioterapii – tłumaczy prof. Janusz Braziewicz. Sztuczna inteligencja określa proces, w którym maszyna, czyli komputer, uczy się i naśladuje funkcje poznawcze specyficzne dla człowieka, aby wykonywać zadania, jakie zwyczajowo wykonywane są przez ludzki umysł: rozpoznawanie obrazów, identyfikacja różnic czy stawianie logicznych wniosków i prognozowanie. W procesie deep learning komputer już nie organizuje danych i nie wykonuje wcześniej zdefiniowanych ciągów równań, ale zbiera podstawowe parametry dotyczące tych danych i jest tak zaprogramowany, że przygotowuje się do samodzielnego uczenia się przez rozpoznawanie wzorców przy użyciu wielu kolejnych warstw przetwarzania. Trzeba mieć zatem świadomość, że algorytmy AI będą tak dobre, jak dane, na których były trenowane. Wyzwaniem będzie zatem zgromadzenie odpowiednio opracowanych dużych zestawów danych oraz odpowiednio wydajnych centrów obliczeniowych – uważa przedstawiciel Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej. Jego zdaniem szanse zastosowania sztucznej inteligencji w medycynie to przede wszystkim digitalizacja wszystkich danych dotyczących konkretnego pacjenta, z uwzględnieniem takich aspektów, jak miejsce zamieszkania, historia chorób w rodzinie, dotychczasowe hospitalizacje, podejmowane wcześniej terapie lekowe i obecnie przyjmowane leki, styl życia, rodzaj wykonywanej pracy, kondycja psychofizyczna. Ta ilość danych może być przetworzona przez wydajne komputery. Jeśli maszyny będą miały zaimplementowane algorytmy deep learning, jest szansa, że wesprą specjalistów w szybszej i trafniejszej diagnostyce oraz lepszej opiece farmakologicznej. Korzyści z wdrożeń sztucznej inteligencji może odnieść zatem cały system opieki zdrowotnej, w tym: świadczeniodawca, lekarz, ale przede wszystkim – sam pacjent – uważa specjalista. Podkreśla, że lekarze, którzy będą używać z dużą rozwagą i odpowiedzialnością systemów opartych na sztucznej inteligencji zastąpią tych, którzy ich nie będą używać. Tym bardziej, że w nowoczesnych rozwiązaniach nie mówimy już o wielkości danych generowanych przy badaniach i dalej poddawanych processingowi w gigabajtach, terabajtach czy nawet petabajtach. Bardzo szybko nadchodzi era eksabajtów danych – dodaje prof. Janusz Braziewicz. « powrót do artykułu

Duża część radioaktywnego jodu 131 stosowanego w medycynie nuklearnej na świecie jest produkowana w Polsce. Działający w Narodowym Centrum Badań Jądrowych Ośrodek Radioizotopów Polatom eksportuje odczynniki jodowe i gotowe produkty lecznicze do odbiorców na sześciu kontynentach. Izotopy potrzebne do produkcji radiofarmaceutyków powstają w reaktorze badawczym Maria. Preparaty zawierające jod 131 używane są przede wszystkim w terapii i diagnostyce chorób tarczycy. Nadczynność tarczycy produkującej dwa ważne hormony (T3 i T4) to problem ok. 1%  ludzi. Choroba powoduje szereg nieprzyjemnych dolegliwości, a w niektórych przypadkach może stanowić zagrożenie dla życia. Choroba może być leczona radioizotopami, poprzez podawanie preparatów z radioaktywnym jodem oraz farmakologicznie lub chirurgicznie. Przewodnik Amerykańskiego Towarzystwa Tarczycy z 2016 r. w 7 na 15 rozważanych sytuacji klinicznych choroby Gravesa-Basedowa, będącej w 50-80%  przypadków przyczyną nadczynności tarczycy, wskazuje terapię radioizotopami jako najbardziej wskazaną (w 5 przypadkach, preferuje się interwencję chirurgiczną, a w trzech pozostałych farmakologiczną). Za przeciwwskazania do użycia radiofarmaceutyków uznaje się jedynie ciążę i zapalenie tarczycy. Do terapii radioizotopowej, a także do wcześniejszej diagnostyki zmian chorobowych, wykorzystuje się preparaty zawierające izotopy radioaktywne jodu – przede wszystkim jod 131 o ośmiodniowym czasie połowicznego rozpadu. Jod w naturalny sposób jest gromadzony w tarczycy. Jeśli jest to jod promieniotwórczy, to promieniowanie beta emitowane podczas rozpadów jego jąder, niszczy część komórek tkanki w swoim najbliższym otoczeniu i w ten sposób zmniejsza intensywność produkcji hormonów. Jod 131 otrzymuje się przede wszystkim w reaktorach jądrowych. Najczęściej stosowana technologia polega na napromieniowaniu telluru. Dwutlenek  telluru umieszczany jest w specjalnych zasobnikach, które następnie wkładane są do kanałów izotopowych reaktora – wyjaśnia mgr inż. Ireneusz Owsianko, kierownik reaktora badawczego Maria w NCBJ w Świerku. Neutrony pochodzące z reakcji rozszczepienia paliwa jądrowego (U235) w reaktorze, są absorbowane przez jądra telluru 130. Powstały tellur 131 w ciągu kilkudziesięciu minut rozpada się do jodu 131 poprzez rozpad beta. Proces napromieniania materiału trwa kilka dni, przy czym czas ten dobierany jest tak, by osiągnąć możliwie najbardziej optymalne nasycenie jodu. Otrzymany materiał jest silnie promieniotwórczy. Przeładowujemy go w komorach izotopowych do specjalnych pojemników i tak przygotowany wędruje kilkaset metrów dalej do naszego Ośrodka Radioizotopów Polatom, gdzie jest poddawany dalszej obróbce. OR Polatom jest koordynatorem i gospodarzem całego procesu wytwarzania produktów zawierających jod 131 w NCBJ w Świerku. Zajmuje się przygotowaniem materiału do napromieniania, a następnie wyodrębnianiem jodu z napromieniowanego materiału i nadawaniem mu użytkowych form w postaci odczynników chemicznych i finalnych preparatów radiofarmaceutycznych, a także sprzedażą do odbiorców na sześciu kontynentach. Jod wytworzony w reaktorze oddzielamy od pozostałości dwutlenku telluru w procesie sublimacji - opisuje dr Dariusz Socha, dyrektor OR Polatom. Większość uzyskanego radioaktywnego jodu 131 przekształcamy do postaci jodku sodu i w głównie tej formie dostarczany jest klientom. Służy on jako prekursor do wytwarzania radiofarmaceutyków w krajach odbiorców. Produkujmy także gotowe produkty lecznicze stosowane zarówno w zaawansowanej diagnostyce, jak i terapii. NCBJ jest ważnym światowym dostawcą jodu 131 i producentem radiofarmaceutyków, które go zawierają. Nasza tygodniowa produkcja jodu 131 zapewnia dawki terapeutyczne i diagnostyczne dla pół miliona pacjentów – podkreśla mgr inż. Krzysztof Bańko,  zastępca dyrektora OR Polatom ds. handlowych. Jesteśmy głównym producentem: dostarczamy na rynek światowy mniej więcej tyle jodu, ile w sumie dostarczają trzy pozostałe największe firmy. W całości zaspokajamy polskie zapotrzebowanie na gotowe preparaty jodowe, choć oczywiście dostawy na polski rynek to tylko część naszej produkcji. Niesłychanie ważną okolicznością w produkcji i dystrybucji jodu, jest fakt, że czas połowicznego rozpadu jodu 131 wynosi zaledwie 8 dni. Krótki czas rozpadu izotopu to bardzo dobra okoliczność dla pacjentów, gdyż źródła niszczącego promieniowania wprowadzonego do ich organizmów szybko tracą aktywność – wyjaśnia dyrektor Bańko. Jednocześnie jest to duże wyzwanie dla producentów i lekarzy, gdyż preparaty promieniotwórcze muszą być podane pacjentom w ciągu kilku dni od ich produkcji, a ich aktywność przypadająca na konkretny dzień musi być precyzyjnie znana. Radiofarmaceutyki tym różnią się od leków takich jak aspiryna, że nie można zgromadzić ich zapasów. Nasze produkty na bieżąco są rozwożone samolotami do odbiorców na obu półkulach. Produkcja musi odbywać się w sposób ciągły, a kilka tygodni ewentualnego przestoju oznacza, że kilka milionów pacjentów na całym świecie nie dostanie w tym czasie swoich leków. Jod 131 nie jest jedynym radioizotopem produkowanym w reaktorze Maria. NCBJ jest także m.in. znaczącym producentem izotopu molibdenu wykorzystywanego do otrzymywania technetu - najpopularniejszego pierwiastka stosowanego w medycynie nuklearnej. Nie wszystkie izotopy mające znaczenie medyczne można otrzymać w reaktorze. Niektóre powstać mogą jedynie poprzez napromienianie odpowiednich materiałów wiązkami cząstek naładowanych, takich jak protony, jądra deuteru czy cząski alfa. W zeszłym roku rozpoczęliśmy realizację projektu CERAD dofinansowanego ze środków Unii Europejskiej - mówi prof. Krzysztof Kurek, dyrektor NCBJ.  W Świerku powstanie nowe centrum badawczo-produkcyjne radiofarmaceutyków wyposażone w cyklotron pozwalający nam otrzymywać dotychczas niedostępne izotopy. Będziemy mogli wytwarzać między innymi jod 123, którego czas połowicznego rozpadu wynosi zaledwie pół dnia i dlatego jest zalecany w przypadku chorób tarczycy u dzieci. Nasz Ośrodek Radioizotopów już dziś produkuje radiofarmaceutyki zawierające ten izotop, ale na razie prekursory do jego produkcji musimy sprowadzać z Niemiec. Działania na rzecz ochrony zdrowia to ważny obszar pracy NCBJ. Jesteśmy instytutem badawczym więc naszym zadaniem jest także opracowywanie nowych radiofarmaceutyków – uzupełnia profesor Kurek. Od lat to robimy, a laboratoria CERAD będą dla nas nieocenioną pomocą. Wygraliśmy też wraz z partnerami konkurs na prowadzenie interdyscyplinarnych studiów doktoranckich Radiofarmaceutyki dla ukierunkowanej molekularnie diagnostyki i terapii medycznej. Pierwsi studenci będą mogli rozpocząć naukę w nowym roku akademickim. Pod koniec czteroletnich studiów CERAD będzie już na nich czekał. « powrót do artykułu