Nad innowacyjną metodą diagnostyki i oceny stanu chorób neurodegeneracyjnych pracują inżynierowie z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Chcą do tego wykorzystać gogle mieszanej rzeczywistości.
Choroby neurodegeneracyjne, którym towarzyszy postępujące i nieodwracalne niszczenie komórek nerwowych, ujawniają się najczęściej w podeszłym wieku. Zważywszy na fakt, że starzenie się społeczeństw jest w krajach rozwiniętych dominującym trendem, również odsetek osób cierpiących na te schorzenia będzie w populacji wzrastał. Istotnym problemem staje się więc nie tylko opracowywanie skuteczniejszych sposobów ich leczenia, ale również precyzyjnej i szybkiej diagnostyki.
Jedną z podstawowych metod oceny stanu pacjentów z zespołami otępiennymi są wywiad lekarski oraz badania fizykalne. Na ich podstawie medyk wypełnia na papierowych arkuszach skale medyczne, które pozwalają na postawienie diagnozy na temat rodzaju choroby oraz stopnia jej zaawansowania. Nietrudno się domyślić, że jest to proces czasochłonny. Co gorsza, może być obarczony błędami. Opiera się bowiem na subiektywnych odczuciach pacjenta oraz obserwacjach lekarza. Znacznie lepiej byłoby bazować na twardych danych. W sukurs przyjść może tutaj inżynieria biomedyczna, która od dawna rozwija m.in. metody zbierania oraz przetwarzania różnych sygnałów generowanych przez ciało człowieka. Dzięki temu możemy je rejestrować i opisywać za pomocą obiektywnych miar, a kiedy zostaną zebrane od wystarczającej liczby pacjentów – porównywać, wyznaczać normy oraz poszukiwać korelacji między nimi.
Gogle do wykrywania chorób
Opracowanie metody rejestracji sygnałów oraz ich przetwarzania w celu diagnozowania chorób neurodegeneracyjnych – takich jak parkinsonizm czy choroba Huntingtona – to cel, jak stawia przed sobą zespół kierowany przez dr inż. Darię Hemmerling z Wydziału Elektroniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Jako narzędzie do pozyskiwania sygnałów naukowcy chcą wykorzystać gogle mieszanej rzeczywistości (MR) HoloLens 2.
Mieszana rzeczywistość to hybryda świata realnego z wkomponowanymi w niego cyfrowymi obiektami, którymi można manipulować. Coraz częściej wykorzystuje się ją w profesjonalnych zastosowaniach. Dzięki temu chirurdzy mogą np. trenować przeprowadzanie zabiegów na trójwymiarowych hologramach organu pacjenta, a technicy – planować montaż różnych elementów w fizycznej przestrzeni, posługując się ich wirtualnymi modelami.
Aby tak precyzyjne operacje były możliwe, stworzone do tego gogle wyposażone są w bardzo precyzyjne kamery, mikrofony oraz sensory, które śledzą zachowania użytkownika. To właśnie je inżynierowie z AGH chcą wykorzystać, aby pozyskać od pacjentów dane diagnostyczne. Dzięki mieszanej rzeczywistości pacjentowi zostanie wyświetlona postać lekarza, który poprosi o wykonanie jednej bądź kilku czynności jednocześnie, np. przejście kilku kroków tam i z powrotem, wykonanie określonych zabiegów rękami czy wypowiedzenie kilku słów. System będzie natomiast w czasie rzeczywistym rejestrował dane, które są istotne dla postawienia diagnozy: postawę, płynność ruchów czy artykulację oraz prędkość mowy. Będzie też śledził sakkady, czyli mimowolne ruchy gałek ocznych, które u chorych wyglądają zupełne inaczej niż u osób zdrowych. Naukowcy chcą, aby na podstawie tak uzyskanych danych opracowane przez nich rozwiązanie pozwalało na postawienie poprawnej diagnozy z 80% skutecznością. Jeśli się uda, będzie to pierwsze na świecie narzędzie, które pozwala na jednoczesną rejestrację oraz analizę wielu sygnałów istotnych w procesie wykrywania chorób neurodegeneracyjnych.
Wpadliśmy na przyszłościowy pomysł, by mieć jedno urządzenie, które dostarczy nam jeden protokół badania. Pozwoli to na obiektywną ocenę wszystkich parametrów, które możemy za jego pomocą zmierzyć – tak samo u każdego pacjenta, w różnych momentach w czasie itd. Narzędzie może okazać się bardzo przydatne do uzupełniania skali medycznych, co dziś lekarz robi osobiście w trakcie wizyty. Teraz zamiast wypełniać papiery, będzie mógł skupić się na obserwacji pacjenta, bo badanie przeprowadzi za niego system rozszerzonej rzeczywistości – tłumaczy dr inż. Daria Hemmerling.
Ma również nadzieję, że dane uzyskane w ten sposób od dużej liczby pacjentów pozwolą w przyszłości na odkrycie korelacji między poszczególnymi parametrami, dzięki czemu wzrośnie wiedza temat parkinsonizmu i choroby Huntingtona.
Realizacja prac wymaga zaangażowania specjalistów z różnych dziedzin, zwłaszcza lekarzy oraz ich pacjentów. Dane diagnostyczne zostaną zebrane od podopiecznych dwóch krakowskich szpitali oraz przychodni. Zanim założą gogle, wpierw przejdą tradycyjne badania diagnostyczne, które będą stanowiły punkt odniesienia dla dalszych badań. W celu analizy danych zebranych dzięki zastosowaniu gogli inżynierowie muszą zaprojektować algorytmy sztucznej inteligencji, które będą zdolne odkryć prawidłowości w zgromadzonych sygnałach oraz powiązać je z konkretnymi jednostkami chorobowymi. Ostatnim etapem, nim system przejdzie testy w praktyce klinicznej, będzie stworzenie wygodnej w obsłudze aplikacji na komputery i smartfony, która pozwoli lekarzom korzystać z dobrodziejstw nowego systemu.
Zainspirowana osobistym doświadczeniem
Dr inż. Hemmerling w swojej pracy badawczej zajmowała się wcześniej analizą sygnału mowy oraz jego wykorzystaniem m.in. w diagnostyce różnych jednostek chorobowych. W trakcie pracy nad doktoratem trafiła m.in. na staż na Universidad de Medellin w Kolumbii, gdzie zetknęła się z osobami cierpiącymi na chorobę Parkinsona.
Pacjenci, którzy są w podeszłym wieku, stresują się, przychodząc do lekarza. Zapominają większość rzeczy, które wydarzyły się od ostatniej wizyty. Dodatkowo wymagają wówczas opieki – ktoś musi ich przywieźć, doprowadzić do gabinetu pod rękę i być obok. Znaczna część osób, z którymi miałam do czynienia, czuła się z tego powodu niepotrzebna. To było ogromną motywacją do tego, żeby zacząć działać w tej dziedzinie – opowiada.
Dodaje, że istotną sprawą dla pacjentów jest wynalezienie sposobu, który pozwoliłby na stałe monitorowanie przebiegu choroby. Jest to istotne ze względu na dopasowanie terapii farmakologicznej do stopnia jej rozwoju i objawów, który fluktuują w czasie.
W Ameryce Płd. inżynierowie odwiedzają pacjentów na kilka godzin, żeby zarejestrować równocześnie dwa sygnały, czyli zdecydowanie mniej niż w naszym przypadku. Docelowo chciałabym, żeby pacjent dysponował niezależnym urządzeniem, które nie potrzebuje do obsługi inżyniera – wybiega w przyszłość krakowska badaczka.
Złożony przez nią projekt „Wykorzystanie mieszanej rzeczywistości do diagnostyki i oceny stanu chorób neurodegeneracyjnych” otrzymał dofinansowanie w wysokości 1,5 mln zł od Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER. Prace potrwają 3,5 roku.
źródło: AGH