Medicina, kuri neleidžia susirgti: ką kuria Lietuvos biomedicininės inžinerijos lyderiai?

Biomedicininė inžinerija šiandien tampa viena svarbiausių sričių, galinčių iš esmės pakeisti mūsų sveikatos priežiūrą – nuo susirgimų prevencijos, ankstyvos ligų diagnostikos ir individualizuotų stebėsenos sistemų iki išmaniųjų implantų, dirbtinių organų ir robotizuotos chirurgijos. Nors tokios inovacijos dažnai siejamos su pasauliniais technologijų centrais, Lietuva šioje srityje turi tvirtą pamatą ir ilgametį įdirbį.

Kauno technologijos universitete (KTU) prieš 25 metus įkurto Biomedicininės inžinerijos instituto (BMII) mokslininkas, profesorius dr. habil. Arūnas Lukoševičius, teigia, kad šiuolaikinė medicina, pasitelkdama naujausius biomedicininės inžinerijos pasiekimus, daro ypač didelį šuolį. Į gyvenimą sėkmingai skinasi kelią išmanūs sveikatos stebėsenos prietaisai, prisitaikantys implantai, dirbtiniai organai ir stimuliatoriai, turintys ne tik daugybę jutiklių, bet ir tam tikrą „intelektą“, leidžiantį jiems reaguoti į aplinką.

Išmanios naujovės kelia iššūkius

A. Lukoševičius pažymi, kad technologijų plėtros kelyje netrūksta ir iššūkių. Išmanūs prietaisai, ypač implantai ir stimuliatoriai, yra pagalba žmogui. Tačiau jie neturi keisti žmogaus sampratos – žmogus visada turi likti autonomiška ir suvereni asmenybė, o ne kyborgas.

„Manau, kad žmogaus nereikia „tobulinti“ implantuojant dirbtinį intelektą ar dirbtinai stimuliuojant papildomus gebėjimus – jis gali ir turi tobulėti pats, kaip žmogus, o ne kaip pusiau robotas. Technologijos gali tik padėti“, – priduria jis.

KTU mokslininko pastebėjimu, balansas tarp būtinų ir perteklinių intervencijų į žmogų kaip asmenį (ypač pasitelkiant galingą dirbtinį intelektą) yra vienas svarbiausių šiuolaikinių iššūkių.

Kitas iššūkis, jo nuomone, – nepakankamai išplėtotos priemonės, skirtos „pagauti“ beprasidedančius susirgimus pačioje pradžioje, kai dar nėra net akivaizdžių simptomų. Kitaip tariant, kyla klausimas, kaip padaryti, kad medicina neleistų susirgti.

„Svarbu suprasti, kaip pasitelkti jautrius sensorius asmens būklei stebėti ir kartu panaudoti milžiniškus medicininių duomenų kiekius, kasdien registruojamus medicinos įstaigose kaip gerąją patirtį. Čia kyla daug technologinių iššūkių jutiklių, signalų, vaizdų ir duomenų apdorojimo, mašininio mokymosi bei dirbtinio intelekto srityse“, – sako jis.

Proveržių fronte – dėvimas intelektas sveikatai

KTU mokslininkas pasakoja, kad šiandien BMII veikia kaip tiltas tarp technologijų ir medicinos. Keturiose instituto laboratorijose dirbantys tyrėjai vysto sprendimus – nuo pažangios biosignalų analizės iki išmaniųjų prietaisų kūrimo. Čia plėtojami personalizuotos sveikatos stebėsenos metodai, analizuojami įvairūs fiziologiniai, ypač širdies ir kraujagyslių sistemos, signalai, siekiant išgauti naują, kliniškai reikšmingą informaciją.

„Tyrimai orientuojami į praktiką, kuriant nekontaktinius, pacientui patogius, dėvimus sveikatos stebėsenos įrenginius, registruojančius kvėpavimo, širdies, kraujagyslių ir autonominės nervų sistemos signalų srautus. Jie leidžia pastebėti subtilius asmens būsenos pokyčius, perspėti apie susirgimų rizikas ir diagnozuoti ankstyvas jų stadijas. Biosignalų parametrų stebėsenos sistemą planuojama panaudoti projekte, kurio tikslas – kartu su ES partneriais sukurti išmanią, prie fiziologijos prisitaikančią dirbtinę širdį transplantacijos laukiantiems vaikams“, – dalijasi jis.

A. Lukoševičius pastebi, kad pagrindinius proveržius biomedicininės inžinerijos srityje lemia smarkiai išaugę skaičiavimo pajėgumai ir sumažėję gabaritai – kai galingus procesorius tapo įmanoma įterpti į sensorius, o stalinio laboratorinio prietaiso funkcijas sutalpinti į laikrodžio ar net žiedo dydžio sveikatos stebėsenos įrenginį. Šios galimybės panaudotos kuriant išmaniuosius implantus ir dėvimus stebėsenos prietaisus, kuriuose įdiegtas „implantuotas“ intelektas, gebantis prisitaikyti prie situacijos, apskaičiuoti ir nuotoliniu būdu perduoti apdorotus parametrus gydytojui ir pacientui.

„Dėvimųjų sveikatos sensorių generuojami dideli duomenų kiekiai, panaudoti mašininio mokymosi algoritmams, padėjo aptikti juose slypinčią ir gydytojams pateikti svarbią diagnostinę informaciją – net ankstyvus gresiančios ligos požymius. Visa skaitmenizuotos sveikatos apsaugos sistema pradėjo kurti milžiniškus kiekius vertingų duomenų, kurie, laikantis saugumo standartų, tapo prieinami dirbtinio intelekto algoritmams. Šie algoritmai vis dažniau veikia kaip gydytojo patarėjai diagnostikos ir gydymo procesuose“, – aiškina jis.

Darbai prasidėjo nuo tilto idėjos

KTU mokslininkas pasakoja, kad biomedicininės inžinerijos įdirbį pradėjo kaupti kartu su kolegomis tuometiniame Kauno politechnikos institute (KPI), vėliau – Radiotechnikos katedroje.

„Kurdami naujus ultragarsinius keitiklius, ėmėme ieškoti sričių, kuriose jų unikalios savybės galėtų būti geriausiai pritaikytos. Su medikais pradėjome dirbti oftalmologijos srityje, kur reikalingas ypatingas tikslumas. Sukūrėme precizinį akies ragenos storio matuoklį ir akies auglių diagnostikos sistemą, galinčią ne tik atskirti piktybinius auglius, bet ir nustatyti jų tipą. Tam reikėjo sukurti sudėtingus ultragarsinių signalų apdorojimo metodus ir atitinkamus elektronikos prietaisus“, – dalijasi jis.

Bendradarbiaujant su medikais darbai plėtėsi, gimė publikacijos, atsirado pripažinimas parodose ir konferencijose. Susibūrus bendraminčiams ir sukaupus solidų įdirbį tapo akivaizdu, kad šiai veiklai būtinas tęstinumas ir stabili infrastruktūra. O svarbiausia – reikalingas nuolatinis, patikimas tiltas, jungiantis mediciną ir inžineriją, kuriuo sparčiai tobulėjančios technologijos galėtų nuolat keliauti sveikatos problemų sprendimo link. Tokiu tiltu ir tapo 2000 metais įsteigto BMII idėja.

A. Lukoševičiaus teigimu, biomedicininės inžinerijos taikymų objektas – medicina ir žmogus: nuostabus, neįkainojamas ir neišsemiamai sudėtingas, motyvuojantis dirbti ir siekti.

Kita vertus, pasak KTU profesoriaus, kūryba iš esmės susijusi su menu, o menas – su pažinimo džiaugsmu, kuris įkvepia ir motyvuoja dirbti.

„Porą įsimintiniausių įvykių prisimenu iš pasaulinės akių tyrėjų konferencijos Helsinkyje 1990 metais – dar prieš BMII įsteigimą, nepriklausomos Lietuvos apyaušryje, kai į renginį nuvykome su kolega oftalmologu A. Paunksniu. Pirmą kartą gyvenime pamatėme mūsų trispalvę, plevėsuojančią šalia viso pasaulio valstybių vėliavų ant aukštų stiebų prie modernių, Alvaro Aalto projektuotų „Finlandia Hall“ rūmų. Beje, kai dėkojome už tai renginio prezidentui prof. Arto Palkamai, pastarasis prisipažino turėjęs nemažai vargo tą vėliavą iškelti – ieškojo jos muziejuose, tikslinosi spalvas, gamino. Tai buvo nepaprastas, iki šiol nepamirštamas pasididžiavimo savo šalimi jausmas“, – prisiminimais dalijasi A. Lukoševičius, dar trečiame kurse įsidarbinęs universitete ir visą savo profesinį gyvenimą susiejęs su KTU bei BMII.

„Didelį įspūdį paliko ir akių tyrėjų konferencijos atidarymas. Ant didžiulės scenos, visiškoje tyloje, susikibę rankomis, klupdami ir vienas kitam padėdami, iš lėto ėmė lipti aklieji. Salė nuščiuvo. Aklųjų choras atliko kelias nuostabias dainas ir taip pat nulipo nuo scenos. Atidarymas baigėsi – jokių sveikinimų, jokių kalbų. Konferencija tiesiog prasidėjo“, – prisimena jis.

Tą akimirką akių tyrėjai labai aiškiai pajuto savo darbo prasmę. Tai, anot jo, įspūdžiai, įsirėžę visam gyvenimui, – jie skatina BMII mokslininkus siekti ne formalių, o prasmingų rezultatų.

Ligų prevencija – kiekvienam asmeniškai

KTU profesorius viliasi, kad ateityje tyrimai dar labiau kryptų personalizuotos ligų predikcijos ir prevencijos priemonių bei prietaisų kūrimo link. Tai leistų labai anksti įspėti žmogų apie galimas sveikatos problemas ir pasiūlyti būdus jų išvengti – ne bendro pobūdžio sveikatos patarimus, o konkrečiam žmogui ir jo gydytojui pritaikytą, detalią asmeninę informaciją.

„Tiesa, pirmiesiems būsimo susirgimo ženklams užfiksuoti prireiks dar jautresnių metodų ir priemonių. Be to, jos turės būti patogios, lengvai dėvimos ir visiškai nevarginančios žmogaus“, – pažymi jis.

Vienas iš trijų šiuo metu BMII vykdomų tarptautinių projektų yra skirtas širdies ir kraujagyslių ligų rizikai įvertinti ir ankstyviesiems požymiams nustatyti. Jame panaudojama asmens elektrokardiograma, kuri gali būti registruojama dėvimu sensoriumi, taip pat vertinama bendra klinikinė situacija, visi ankstesni tyrimų ir gydymo duomenys, paimti iš nuasmenintų e. sveikatos įrašų.

Išmanūs, iš daugelio šaltinių besimokantys algoritmai, „žinantys“ ankstesnių medicininių atvejų istorijas, pateikia gydytojui informaciją apie tai, kokių ligų rizika yra didžiausia, padeda patikslinti diagnozes ir parinkti priemones ligoms išvengti. A. Lukoševičiaus teigimu, įdomu pastebėti, kad gili elektrokardiogramos analizė šiuo metu leidžia spręsti apie 80 skirtingų susirgimų, tarp jų – ir širdies bei kraujagyslių.

„Tikiuosi, kad ateityje pavyks gerokai plačiau panaudoti ir šiandien e. sveikatos įrašuose kaupiamą informaciją, kad gydytojams būtų galima suteikti esmingų, duomenimis grįstų patarimų. Neabejotinai biomedicininės inžinerijos aktualumas per artimiausius 25 metus tik didės: technologijų ir informacinių galimybių ribos toliau sparčiai plėsis, o žmogus su savo fiziologija ir iššūkiais iš esmės liks tas pats. Todėl BMII, kaip tiltas tarp technologijų ir medicinos, taps dar svarbesnis“, – sako KTU mokslininkas.