Имплантаты, гадолиний и ИИ меняют представление о МРТ
Пациент вскоре сможет проходить МРТ обследование в разы быстрее, благодаря недавно начатому сотрудничеству отделения радиологии медицинской школы университета штата Нью–Йорк и вездесущего медиа гиганта Facebook.
Эти две организации объединили свои ресурсы для работы над новым проектом, использующим ИИ, который называется FastMRI, с целью добиться ускорения МРТ сканирования в десять раз, не жертвуя при этом качеством изображения.
«Это сотрудничество охватывает начальный процесс МРТ, сканирование и реконструкцию изображения, – сказала д-р Ивон Луи, нейрорадиолог и заведующая кафедрой радиологии в медицинской школе университета штата Нью-Йорк, которая возглавляет проект. – Наша задача – понять, как можно с меньшим объемом данных сканирования получать диагностические изображения такого же высокого качества».
Подобно Луи, многие радиологи и врачи других специальностей изучают возможность использования ИИ и машинного обучения для МРТ сканирования, при этом области применения инноваций варьируются от сегментации опухолей и обнаружения пораженных участков до классификации изображений.
Но ИИ – это только одна из развивающихся сфер интересов в мире МРТ. Другие тренды связаны с повышением эффективности работы сканеров, с качеством медицинских услуг для пациентов и с финансовой доступностью обследования.
ИИ и облачные технологии
Типичное МРТ сканирование длится от 15 минут до одного часа или даже больше, и во время его прохождения пациенты должны оставаться без движения и задерживать дыхание, лежа в узких туннелях томографов. Для многих людей, особенно для детей, такие условия кажутся очень дискомфортными и могут вызывать нервозность и клаустрофобию.
Луи и ее коллеги надеются использовать машинное обучение для уменьшения негативных реакций у пациентов путем снижения времени сканирования, но не в меньшей степени их интересует возможность обнаруживать с помощью машинного обучения пораженные участки и классифицировать изображения.
«Как узнать, есть ли у пациента рак, имеются ли кровотечения? Есть какая-то патология, и если да, то где она, и можно ли определить ее границы? – спрашивает она. – Поиск патологий и интерпретации снимков – это то, что вызывает большой интерес».
FastMRI не единственный проект по применению ИИ в МРТ, но в основе всех подобных начинаний, независимо от того, какие у них могут быть индивидуальные цели, лежит одна фундаментальная потребность. Эти новые технологии нуждаются в масштабируемой безграничной памяти, безграничных возможностях архивирования и безграничных вычислительных мощностях – и все это можно найти в облаке.
«Облако – единственный способ совместить все эти огромные объемы данных в одном большом скоординированном ресурсе, который позволяет нам работать более эффективно», – сказал д-р Джон Томас Воан, профессор и директор исследовательского центра Columbia MR Research Center при институте Columbia University’s Zuckerman Institute.
Это учреждение недавно стало первым исследовательским МРТ центром, полностью перешедшим на облачные технологии: этим летом он перенес свою систему управления данными Flywheel в облако Google Cloud. Кроме того, что в облаке теперь хранится огромный объем данных, эта инициатива обеспечила ученым, работающим в разных местах кампуса, а также их партнерам доступ к данным того или иного лица без необходимости передачи их в ручном режиме, что делает исследование и сотрудничество более эффективными.
Несмотря на то, что центр только начал свою работу, он уже привлек внимание различных учреждений из США, Китая и Индии, желающих воспроизвести эту модель у себя. Воэн ожидает, что в будущем аналогичные инициативы, связанные с облачными технологиями, будут возникать по всему миру и сделают биомедицинскую диагностику и терапию более доступными.
«По данным Всемирной организации здоровья, МРТ обследования проводятся только для 10 процентов населения мира, – сказал Воэн. – При помощи облака мы сможем в буквальном смысле охватить оставшуюся часть населения и дать им возможность пользоваться МРТ и другими очень безопасными и мощными инструментами в медицине и науке. Нашему центру, работающему на облачных технологиях, не требуется дополнительное оборудование или персонал для обслуживания систем или для обеспечения технической поддержки. Кроме того, хорошо иметь лабораторию, распределенную по всему миру. Я могу управлять этой лабораторией прямо с моего стола при помощи облака».
Вопросы, касающиеся применения гадолиния, стимулируют инновации
За последние несколько лет было много дискуссий по использованию гадолиния, самого распространенного контрастного агента для МРТ. Более десяти лет научному сообществу известно, что гадолиний несет с собой определенные риски для пациентов с почечной недостаточностью. Но с недавних пор стало ясно, что гадолиний может накапливаться в мозге, и это заставило многих экспертов и регуляторов засомневаться в репутации препарата как безопасного контрастного вещества.
Резонансным случаем стал судебный иск, выдвинутой кинозвездой боевиков Чаком Норрисом и его женой Джиной против 11 фармацевтических компаний в ноябре прошлого года. Он утверждал, что контрастное вещество на базе гадолиния, введенное Джине во время нескольких МРТ обследований, стало причиной заболевания из-за накопления препарата в ее организме и стоило супружеской паре более 2 млн долларов за госпитализацию и лечение.
На сегодняшний день исследователи не могут найти каких-либо доказательств неврологического повреждения или других вредных эффектов, связанных с накоплением гадолиния в головном мозге, но необходимость дополнительного изучения этого вопроса становится все более очевидной для ведущих игроков в этой сфере. Тем временем некоторые исследователи продолжают искать альтернативные методы для получения хорошо читаемых МРТ снимков с использованием альтернативных контрастных агентов или совсем без них.
Недавний выпускник Стэнфорда, получивший кандидатскую степень, Энхао Гонг и д-р Грег Захарчук, профессор радиологии из Стэнфорда, основали стартап Subtle Medical Inc., разрабатывающий ИИ решение на базе технологии, апробированной в университете, целью которой является снижение уровня используемого гадолиния для МРТ обследований до 10 процентов.
«Что касается использования гадолиния, мы работаем все более прозрачно, – сказал д-р Гонг. – При помощи ИИ вы можете повысить качество снимка таким образом, что 10-процентная доза гадолиния будет работать так же, как и 100-процентная доза. Мы можем обучить ПО читать снимки лучше человеческого глаза,а значит, нам будет нужно меньше контрастного вещества».
На фото: Основной интерес к роли ИИ в МРТ связан с обнаружением патологий на снимках и интерпретацией изображений, а также с сегментацией опухолей и ускорением процесса сканирования.
На уровне деятельности регулирующих органов также наблюдаются изменения: управление FDA недавно стало требовать от производителей указывать на этикетках контрастных агентов предупреждение о способности гадолиния накапливаться в теле пациента, включая головной мозг, от нескольких месяцев до нескольких лет.
Это решение стало следствием обсуждения с экспертной комиссией Medical Imaging Drugs Advisory Committee, хотя их исследование и не выявило вредных эффектов гадолиния для здоровья. В дальнейшем агентство-регулятор также потребует от производителей проведения дополнительных исследований на животных и протестирует пациентов, проходящих множественные МРТ скрининги, на предмет возникновения неврологических эффектов.
Новый взгляд на имплантаты и МРТ
Так же, как и в случае гадолиния, вопросы безопасности, связанные с имплантатами, являются помехой при МРТ исследованиях: многие радиологи отказываются проводить сканирование пациентов, если не указано, что их имплантаты безопасны при магнитной томографии. Ряд проведенных исследований продемонстрировали относительную безопасность таких устройств, однако только этой весной страховая организация Centers for Medicare and Medicaid Services приняла решение о расширении страхового покрытия на имплантаты, а медицинские учреждения стали более благосклонно относиться к этой идее.
«Когда МРТ-совместимые устройства, получившие разрешение FDA на их использование, впервые вышли на рынок, они были протестированы и признаны при соблюдении определенных условий безопасными для проведения обследований. Было принято решение, что пациенты с этими устройствами могут проходить сканирование, – сказал д-р Генри Галперин, профессор медицины, радиологии и биомедицинской инженерии в Университете Джона Хопкинса. – Устройства, которые не были специально сконструированы как МРТ-совместимые, считались небезопасными, хотя и существовал некоторый объем научных данных, дававший основания предполагать, что их можно использовать».
Исследование, проведенное Галпериным в конце прошлого года, выявило, что такие меры безопасности касались устаревших кардиостимуляторов и дефибрилляторов, и что пациенты с такими устройствами при соблюдении некоторых условий могут проходить МРТ, не боясь возникновения побочных вредных эффектов.
Эти и другие результаты исследования заставили страховую организацию Centers for Medicare and Medicaid Services расширить страховое покрытие на имплантированные кардиостимуляторы, вживляемые кардиовертеры-дефибрилляторы, бивентрикулярные электрокардиостимуляторы и кардиостимуляторы с функцией кардиоверсии-дефибрилляции.
Галперин говорит, что это расширение сделает МРТ обследование более доступным для пациентов, для которых оно считалось слишком рискованным из-за их имплантатов, и что эти изменения были хорошо приняты кардиологическим сообществом. Однако на пройдет много времени, прежде чем радиологи поменяют свое мнение, предупреждает он.
«Когда радиологи учились много лет назад, им говорилось, что МРТ сканирование пациентов с электрокардиостимуляторами и воспламеняющимися дефибрилляторами небезопасно. Сейчас им придется забыть, чему их учили, или начать мыслить по-новому, – говорит он. – Им просто нужно лучше ознакомиться с имеющейся научной литературой. Эти данные были опубликованы только в прошлом году, и, возможно, еще не дошли до широкого круга медицинских специалистов. Я думаю, что радиологи немного отстают в этом плане, но постепенно нагоняют».
Выводы
Расширение страхового покрытия на имплантаты, искусственный интеллект, облачные технологии и снижение использования гадолиния должны стать стимулам для более широкого применения МРТ, а также – для роста численности персонала, расходных материалов и услуг. Приход новых технологий, таких как более мощные магниты, нано технологии и более легкие системы с тоннелем большего диаметра, также оставят свой след и помогут сдвинуть рынок МРТ с сегодняшней отметки в 5.8 млрд долларов с ежегодными темпами роста 3.9 процента.
«МРТ всегда будет дорогостоящим обследованием, – сказал Джеймс Ласкарис, клинический аналитик в MD Buyline, подразделении TractManager. – Но главное – эта технология поможет снизить общие затраты на лечение благодаря более ранней и точной диагностике».
Такого же мнения придерживается д-р Шрирам Маннава, менеджер по качеству и безопасности, в клинике Radiology Partners корпорации Columbus Radiology Corporation, который считает, что МРТ будет шире применяться для амбулаторных пациентов.
«Сейчас крупные страховые компании настаивают на высококачественной, доступной по цене визуализации, и мы видим гораздо меньше МРТ амбулаторных обследований, проводимых за стенами больниц, потому что это стоит намного дороже, – говорит он. – МРТ это не дешевый метод обследования, но информация, которую мы получаем от него, может быть очень полезной. Нам необходимо сделать так, чтобы мы использовали МРТ только надлежащим образом».
Джон Р. Фишер
На фото: Облачные технологии представят безграничные возможности для архивирования информации и для вычислительных средств, необходимых для глубинного обучения, ИИ и других прикладных программ, используемых в МРТ. На фото: Система Siemens Prisma 3T в исследовательском центре Columbia Magnetic Resonance Research Center
