Нейросети в дело: как ТПУ и СибГМУ готовят прорыв в медтехнологиях

ТОМСК, 27 ноя – РИА Томск. Первая в Томске медико-инженерная школа, прошедшая 24-25 ноября на площадках Томского политеха и Особой экономической зоны, свела вместе разработчиков информационных технологий в медицине. Как нейросети "рисуют" сердце изнутри, можно ли "подружить" экзоскелет и вестибулярный аппарат и где взять десятки миллионов на разработку – в материале РИА Томск.

Весь мир движется к тому, что медицина станет если не полностью, то существенно автоматизированной. Например, операции будут делать с помощью роботов, врачи смогут мониторить пациентов в режиме 24/7 с помощью мобильных приложений… Будущее приближают в том числе и ученые ТПУ и СибГМУ: в каждом вузе ведется разработка прорывных медицинских технологий и решений.

"Наши университеты имеют положительную историю сотрудничества. Это и совместные сетевые программы, и проекты в области фармакологии и ядерной медицины. Имеет смысл развивать сотрудничество и в других направлениях. В частности, это IT-технологии, биохимические технологии и материаловедение в медицине", – рассказал заместитель проректора по научной работе и инновациям ТПУ Роман Оствальд.

Сердце во всех подробностях

Медико-инженерные школы – это как раз та коммуникационная площадка, на которой могут сформироваться новые коллективы, родиться новые проекты по проведению совместных междисциплинарных исследований.

Например, научный сотрудник лаборатории дизайна медицинских изделий Центра RASA на базе ТПУ Ольга Гергет отметила, что ее коллективу нужна регулярная помощь врачей в процессе визуализации снимков сердца. Коллектив занимается проектом автоматической сегментации анатомических структур сердца на основе изображений магнитно-резонансной томографии и трехмерной эхокардиографии.

Если объяснять на пальцах, то ученые создают систему, которая на основе снимков МРТ и ЭхоКГ позволяет построить точную модель сердца конкретного пациента в режиме реального времени. Это поможет как при планировании, так и при выполнении каридохирургических операций: модели можно будет посмотреть в разрезе и изучить проблемные зоны органа изнутри. Особенно это актуально для начинающих врачей, говорит Ольга Гергет:

"Во время операции перед хирургом много экранов, через которые он отслеживает положение катетера. Для человека неопытного то, что видно на экранах, – мир полутеней... Кроме того, своими руками вводить катетер сложно. Мы решили разработать совместную систему – роботизированный комплекс, который позволяет автоматизировать процесс доставки инструментов в камеры сердца".

Модель, полученная в результате сегментации, локализации и регистрации на 3D-сцене, будет служить для ориентации робота внутри сердца пациента. Выстраиваться эта модель будет с помощью нейросетей, но нужно набрать большой массив данных, чтобы обучить их. Иными словами – чтобы сети "выучили" в деталях, как выглядит сердце изнутри. Для этого нужна помощь медиков.

Также специалисты СибГМУ могут в дальнейшем присоединиться к испытаниям роботизированной платформы сначала на фантомах сердца (отлитых из силикона 3D-моделях), затем – свиных сердцах.

В свою очередь, начальник научного управления СибГМУ Евгений Куликов предложил коллективу Гергет поработать вместе и над созданием моделей кожных покровов у пациентов с различными дерматологическими проблемами. Придумать систему, которая с помощью нейронных сетей может ставить предварительный гематологический диагноз.

Научите меня снова ходить

Задач, которые медики и инженеры могут решать совместно, много. Например, завкафедрой медицинской и биологической кибернетики с курсом медицинской информатики СибГМУ Константин Бразовский рассказал о работе над устройством для реабилитации больных с двигательными нарушениями, которые возникают вследствие черепно-мозговых травм, инсультов и других расстройств.

Мышцы у таких пациентов, как правило, не повреждены – просто не работают двигательные зоны коры головного мозга. Чтобы восстановить связь между участками мозга, отвечающими за движение, и мышцами, необходимо, чтобы мышцы работали, то есть надо заставить человека двигаться.

Программно-аппаратный комплекс, совместно разрабатываемый учеными СибГМУ и ТПУ, состоит из очков виртуальной реальности и внешней вспомогательной двигательной системы – экзоскелета – со специальным ПО.

Человек надевает очки виртуальной реальности и попадает в измененную, искусственно созданную среду, как в 3D-кинотеатре. В мозг подается возмущение – например, человек стоит ровно, а ему кажется, что он теряет равновесие. За счет внешней стимуляции ускоряется образование новых связей, и происходит восстановление утраченных функций.

"Есть несколько ключевых проблем, над которыми хотелось бы вместе поработать. Например, возможности экзоскелетов воспроизводить физиологически адекватные движения сильно ограничены. Характеристики движения человека и технических систем друг другу не соответствуют. Как их совместить? Можно ли, например, сделать некий аналог искусственного вестибулярного аппарата?" – сказал Бразовский.

По словам Романа Оствальда, в перспективе в Политехе планируют устраивать тренинги по командообразованию между двумя вузами. А затем – оказывать новым и уже сформировавшимся междисциплинарным коллективам поддержку, консультировать их при написании совместных научных публикаций, помогать составлять заявки на гранты.

Миллионы на дело

Сейчас тема IT в медицине очень востребована у венчурных инвесторов, кроме того, существует много инструментов по привлечению государственных средств на исследования. Начальник отдела научно-технических программ ТПУ Денис Куртенков рассказал слушателям школы, что в 2016 году Томский политех привлек более полумиллиарда рублей от реализации программ и грантов. Это 40% средств, заработанных вузом.

Так, только по Федеральной целевой программе на исследования и разработки ученые получили 224 миллиона рублей, гранты Российского научного фонда составили 150 миллионов рублей. Кроме того, в ТПУ намерены провести внутривузовский конкурс на финансовую поддержку межвузовских коллективов, которые вместе будут решать прорывные задачи.