Jenan yliopistollisen sairaalan päivystyspoliklinikalla hyödynnetään huippuluokan TT-kuvauslaitetta
Seuraava harppaus tietokonetomografian (TT) kehityksessä on saavutettu tekoälyn voimin. Saksassa Jenan yliopistollisen sairaalan (Universitätsklinikum Jena, UKJ) osastojen yhteispäivystyksessä otettiin käyttöön TT-kuvauslaite, jossa käytetään syväoppimiseen perustuvaa kuvarekonstruktiota (deep learning image reconstruction, DLIR). Uudesta tekniikasta hyötyvät niin lääkärit kuin potilaat. Lisäksi huippuluokan kuvauslaite on sairaalakäytössä erittäin kustannustehokas.
Potilaiden tulosyyt vaihtelevat harmittomista hengenvaarallisiin. Siksi jokaisen päivystyspotilaan hoidontarve on arvioitava nopeasti ja tila diagnosoitava mahdollisimman tarkasti. Rintakipu on yksi yleisimmistä syistä hakeutua päivystyspoliklinikalle. Hengenahdistus tai kiristävä, pistävä tai puristava tunne rinnassa ei aina tarkoita, että potilaalla on sydäninfarkti tai muu vaarallinen sydäntapahtuma. ”Pystymme kuitenkin tunnistamaan heti hoitoketjun alussa juuri ne potilaat, joiden tila on vaarallinen, ja aloittamaan hoidon välittömästi”, kertoo professori Wilhelm Behringer, Jenan yliopistollisen sairaalan akuuttihoidon keskuksen johtaja. Jenan yliopistollinen sairaala kuuluu Thüringenin osavaltion erityistason erikoissairaanhoitoa tarjoaviin sairaaloihin. Yhteispäivystyksessä on ollut käytössä GE Healthcaren Revolution CT -laite jo viiden vuoden ajan, joten UKJ on radiologian innovaatioiden edelläkävijä. Huhtikuussa 2019 Jenan yliopistollinen sairaala osallistui tekoälyyn perustuvan TT-kuvarekonstruktion pilotointiin kyseisessä laitteessa. Pilotissa oli mukana vain kuusi laitosta eri puolilta maailmaa. Nyt huippuluokan TT-kuvauslaite tuottaa tekoälyn avulla tasaisesti erittäin teräviä kuvia, joissa kohinan määrä on vähäinen. Laitetta käytetään esimerkiksi sydämen ja sitä ympäröivän verisuoniston tarkkaan kuvantamiseen.
”Yhteistyössä GE Healthcaren kanssa olemme kehittäneet erilaisia mittausprotokollia ja optimoineet niitä DLIR-rekonstruktiota varten. Useiden tutkimusten tekemiseen ja monimutkaisten analyysien tallentamiseen tulevaa käyttöä varten riittää yksi klikkaus.”
Professori Ulf Teichgräber
Diagnostisen ja interventionaalisen radiologian osaston johtaja
Tekoäly nopeuttaa ja tehostaa radiologian diagnostiikkaa
Aluksi uuden TT-kuvauslaitteen käyttöönottoa varten oli kehitettävä uusia työnkulkuja, mutta sen jälkeen potilaan hoito on muuttunut monin tavoin sujuvammaksi. ”TT-kuvien tulkinta on paljon selkeämpää kuin aiemmin, joten diagnoosiin päästään nopeammin ja asianmukainen hoito voidaan aloittaa heti”, selittää tohtori Ioannis Diamantis, diagnostisen ja interventionaalisen radiologian osaston ylilääkäri. ”Esimerkiksi aortan analyysin tai trombiin liittyvän luumenmittauksen yhteydessä ei enää tarvitse keskustella artefakteista tai sumeista kuvista.” Keskeisin innovaatio on tekoälyn käyttö kuvien muodostuksessa:
TrueFidelity-tekniikka on syväoppimiseen perustuva kuvarekonstruktiomenetelmä. Sen avulla tietojoukoista voidaan muodostaa erittäin tarkkoja ja kohinattomia kuvia, joissa on erinomainen kontrasti. Ne vastaavat laadultaan kuvia, jotka on rekonstruoitu käyttämällä suodatettua takaisinprojektiota (filtered back projection, FBP). Tällä aiemmalla menetelmällä saman kuvanlaadun ja diagnostisen tarkkuuden saavuttamiseen tarvittiin kuitenkin moninkertainen säteilyannos.
Uusi kuvarekonstruktiomenetelmä on osa ainutlaatuista kuvantamisketjua, jossa huipputekniikkaa hyödynnetään niin röntgenilmaisimessa, tiedonsiirrossa kuin DLIR-rekonstruktiossakin. DLIR on monimutkainen koneoppimissovellus. Se perustuu syvään neuroverkkoon, joka muistuttaa erityisen paljon ihmisaivoja. Neuroverkkoon syötetään yhtäältä vertailukuvia (fantomikuvia) sekä esimerkkitietoja ja toisaalta suuren tarkkuuden potilaskuvia. Neuroverkko työstää tietoja itsenäisesti eri tasoilla ja oppii niistä. Johdetut algoritmit mukautuvat ja optimoituvat entisestään oppimisprosessin aikana. Tämä auttaa hyödyntämään kaikki massadatan (big data) tarjoamat mahdollisuudet. Kun algoritmi on täysin oppinut, se validoidaan ja otetaan kliiniseen käyttöön. Uusi tekniikka auttaa myös pitämään potilaan ja terveydenhuollon ammattilaisten säteilyannokset mahdollisimman alhaisina.
”Syväoppimiseen perustuva rekonstruktio vähentää selvästi kuvakohinaa verrattuna toiseen yleisesti käyttämäämme menetelmään, mallipohjaiseen iteratiiviseen rekonstruktioon. Monissa tapauksissa keskihajonta puolittuu”, kertoo Felix Güttler, Jenan yliopistollisen sairaalan diagnostisen ja interventionaalisen radiologian osaston kaupallinen ja tekninen johtaja. ”Aiemmin kuvien tarkkuuden parantaminen edellytti säteilyannoksen suurentamista. DLIR-tekniikan ansiosta olemme pystyneet pienentämään annoksia huomattavasti, ja silti kuvanlaatu ja rekonstruktionopeus ovat entistä parempia. Tällä hetkellä annokset ovat keskimäärin 30 prosenttia pienempiä kuin ilman DLIR-tekniikkaa tehdyissä tutkimuksissa, ja protokollien optimointi jatkuu yhä. Tästä on erityistä hyötyä potilaille, joiden BMI on korkea”, Diamantis lisää.
Vuonna 2018 Saksassa tehtiin 6,3 miljoonaa TT-tutkimusta sairaalapotilaille. Määrä on kasvanut 10 vuodessa noin 70 prosentilla. TT-tutkimusten määrän kasvaessa yksittäisen tutkimuksen säteilyannoksen pienentämisen merkitys korostuu. gbe-bund.de
Tekoäly alentaa kuvantamiskustannuksia
Revolution CT -laitteen hankintapäätökseen vaikuttivat luonnollisesti myös taloudelliset seikat. ”Useita jatkotutkimuksia ei enää tarvita, joten kustannuksia säästyy valtavasti”, Güttler sanoo. Jenan yliopistollisessa sairaalassa erittäin monimutkaiset analyysit, kuten verisuonten 3D-rekonstruktiot, kuuluvat vakiomenetelmiin. Niitä tehdään kellon ympäri.
”Uuden TT-kuvauslaitteen ansiosta meille sydänkirurgian osastolle tulevat enää vain ne potilaat, joille se on ehdottomasti tarpeen – siis potilaat, jotka ovat todella sairaita. Jos potilaalla on epämääräistä rintakipua, mutta ei kardiologisia löydöksiä, hänet hoidetaan jo päivystyksessä.”
Professori Torsten Doenst
Sydän- ja rintaelinkirurgian yksikön johtaja
Kaiken mahdollisti laitevalmistajan tuki, joka oli säännöllisesti paikan päällä yhteispäivystyksen kuvantamishenkilökunnan käytettävissä kuuden kuukauden ajan. ”Kattava käyttöönoton jälkeinen tuki auttoi saamaan laitteen teknisistä ominaisuuksista nopeammin kaiken irti. Optimoidut prosessit ovat tuottaneet myös taloudellista hyötyä”, Güttler sanoo. Jenan yliopistollisessa sairaalassa on tällä hetkellä käytössä kaksi Revolution CT -laitetta ja yksi Revolution EVO -laite.
Keskitetty tietojen tallennus mahdollistaa etenemisen seurannan
GE Healthcare huomioi laitteiden lisäksi myös IT-infrastruktuurin. Kaikki mittaustiedot tallennetaan tietoturvallisesti sekä ohuiden leikkeiden digitaaliseen arkistoon että AW (Advantage Workstation) Server -palvelimeen. ”Tässä verkkopohjaisessa ratkaisussa tietoja voi tarkastella ja käsitellä laitoksen eri osista, eli ne ovat myös apulaislääkärien käytettävissä”, Diamantis kertoo. Aiemmin tiedot olivat saatavana vain yhdessä tai kahdessa työasemassa. Tästä syystä tiedot olivat vain rajoitetusti käytettävissä, etäisyydet olivat pitkiä, ja uusista kuvarekonstruktioista, kuten 3D-rekonstruktioista, koitui usein lisäkustannuksia. Myös GE Healthcaren tukiasiantuntijoilla on AW Server -palvelimen etäkäyttöoikeus, joten he pystyvät reagoimaan teknisiin ongelmiin nopeasti. Lisäksi kaikki mittaustiedot arkistoidaan potilaan sairauden etenemisen seurantaa ja myöhempiä tekoälysovelluksia varten.
Laitteen kanssa toimiva tekninen alusta on laajennettavissa ja skaalattavissa tarpeen mukaan. Edison-alustaan on saatavilla kaikki GE Healthcaren tekoäly- ja analyysipalvelut, joihin kuuluu esimerkiksi älykkäitä sovelluksia ja olemassa olevilla laitteilla käytettäviä älyjärjestelmiä. Kehittäjille on puolestaan tarjolla massadatan hallintaan sekä potilaiden ja lääkärien tietoturvaan liittyviä palveluita.
Jenan yliopistollisen sairaalan radiologian osasto on nyt mukana syväoppimisen jatkokehityksessä.
”Syväoppiminen tarjoaa valtavat mahdollisuudet radiologian sovelluksiin. DLIR-tekniikan ansiosta sillä on nyt ensi kertaa laaja vaikutus myös UKJ:ssa annettavaan hoitoon. Teemme läheistä yhteistyötä GE Healthcaren kanssa ja saamme TT-kuvauslaitteiden uudet tekniset ominaisuudet nopeasti käyttöön”, kertoo Güttler, jolla on tietotekniikan alan korkeakoulututkinto. Päätös hankkia Jenan yliopistolliseen sairaalaan kaksi huippuluokan TT-kuvauslaitetta, joissa on innovatiivinen 16 cm:n ilmaisin ja DLIR-kuvarekonstruktiotekniikka, oli vakaan harkinnan tulos. Niillä kattava sydäntutkimus kestää vain 0,14 sekuntia. Sydän, aortta ja keuhkot voidaan kuvantaa kokonaisuudessaan samalla kertaa – potilaan sykkeestä huolimatta ja lähestulkoon hengitystä pidättämättä.
Jenassa laitteella tehdään vuosittain 26 000 tutkimusta. Se tuottaa diagnostisesti tarkkoja kuvia, vaikka potilas olisi levoton tai hänen sykkeensä olisi korkea tai epäsäännöllinen. ”Haluamme tarjota aitoja innovaatioita potilaiden ja lääkärien eduksi, ja meille tämä on myös tapa kantaa vastuuta sekä terveydenhuollon että erikoislääkärikoulutuksen saralla.” Jenassa suoritetulla koulutuksella on hyvä maine. Koko radiologian henkilöstön innostus oli käsin kosketeltavaa, kun uudet TT-kuvauslaitteet ja DLIR-tekniikka otettiin käyttöön.
”Meillä on paljon innostuneita ja teknologiasta kiinnostuneita nuoria lääkäreitä. Voimme tarjota heille tulevaisuussuuntautunutta koulutusta, johon voidaan nopeasti sisällyttää uusimmat laitteet ja tekniikat.”
Tohtori Ioannis Diamantis
Diagnostisen ja interventionaalisen radiologian osaston ylilääkäri
Hyvä maine sekä ammattilaisten että maallikoiden silmissä
Jenan yliopistollisessa sairaalassa positiivisena vaikutuksena on ollut myös entistä tiiviimpi yhteistyö erikoisalojen välillä. Päivystyksen ja kardiologian vuorovaikutus on vilkastunut valtavasti, mutta myös muut erikoisalat, kuten onkologia ja verisuonikirurgia, hyötyvät uudesta tarkasta kuvantamistekniikasta. ”Lääkärien kommunikaatio eri osastojen välillä on nyt paljon intensiivisempää kuin aiemmin, ja molemminpuolinen luottamus on kasvanut – mikä tietysti edistää myös hyvää työilmapiiriä”, Teichgräber toteaa. Sana uuden diagnostiikan tehokkuudesta on kiirinyt myös Jenan ulkopuolelle, muidenkin kuin ammattilaisten keskuuteen. ”Myös potilailta tulee kyselyitä uudesta noninvasiivisesta sydändiagnostiikasta”, Teichgräber jatkaa. Siksi laitetta käytetään myös erikoispoliklinikoiden potilaiden kuvantamiseen. Tämäkin esimerkki havainnollistaa, kuinka tekoäly mahdollistaa entistä tarkemman ja tehokkaamman diagnostiikan, vieläpä huippunopeasti yhdellä laitteella.
 |
Kolme kysymystä
Pikahaastattelussa Felix V. Güttler, Jenan yliopistollisen sairaalan diagnostisen ja interventionaalisen radiologian osaston kaupallinen ja tekninen johtaja.
Miksi sairaalanne yhteispäivystykseen valittiin GE Healthcaren Revolution CT -laite?
Yliopistollisena sairaalana meidän on varmistettava työmme korkea kliininen ja tieteellinen laatu ja täytettävä tietyt taloudelliset edellytykset. Nämä vaatimukset koskevat myös käytettäviä laitteita ja tekniikoita ja eritoten päivystyspoliklinikkaa. Näin ollen vertailussa menestyivät vain valmistajien innovatiivisimmat laitteet.
Mitä etuja tästä on ollut lääkäreille?
Näemme tekoälyssä valtavasti mahdollisuuksia. Sitä voidaan käyttää paitsi kuvien rekonstruoinnissa, myös löydösten havaitsemisen apuna. Tekniikan luotettavuus ja nopeus on tärkeää sekä työn tulosten että työntekijöiden tyytyväisyyden kannalta. Lisäksi meidän on tarjottava tuleville erikoislääkäreille korkeatasoista koulutusta, jossa käytetään uusinta tekniikkaa. Näin he saavat eväät osallistua tulevaisuuden rakentamiseen ja hyvät tieteelliset lähtökohdat.
Miten potilaat hyötyvät laitteesta?
Parempi kuvanlaatu mahdollistaa usein tarkan diagnoosin heti hoitojakson alussa, mikä on potilaan etu. Lisäksi se tehostaa sairaalan prosesseja. Nykyään yhä useammat potilaat pääsevät päivystyksestä suoraan takaisin kotiin, eikä heidän tarvitse jäädä osastolle. Potilaat myös saavat diagnoosin entistä nopeammin, ja hoito voidaan päästä aloittamaan aiemmin.
