Диагноз за минуту: новосибирский эндоскоп с ИИ определит рак без боли и биопсии
В России разрабатывают новый метод диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта. Ученые из Новосибирска создают лазерный микроскоп, который встроят в эндоскоп. Устройство позволит определить рак на ранней стадии. Полученные изображения будет анализировать искусственный интеллект.
Исследователи из Новосибирского государственного университета, Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института молекулярной клеточной биологии СО РАН работают над новым методом диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта. В основе лежит портативный многофотонный микроскоп, который встраивается в обычный эндоскоп.
Сейчас, чтобы понять, есть ли у человека рак желудка или кишечника, врачу приходится брать биопсию. Процедура не из приятных. Врач отщипывает кусочек ткани, затем отправляет его в лабораторию. Результат готов через несколько дней. Это больно, неприятно и долго. А если подозрительных участков несколько, процедура повторяется снова и снова.
Новосибирский метод работает иначе. Врач вводит эндоскоп с миниатюрным лазерным микроскопом, подсвечивает ткани инфракрасным излучением и получает трехмерное изображение клеточного уровня прямо в реальном времени.
Как это работает
В обычном микроскопе используют видимый свет, но он плохо проникает вглубь ткани. Новосибирцы применяют фемтосекундный лазер. Это сверхкороткие и мощные вспышки в инфракрасном диапазоне. Такое излучение лучше проходит сквозь ткани и не обжигает их. Для свечения нужно одновременно два фотона, это позволяет возбудить естественную флуоресценцию клеток без разрушения образца.
Полученные изображения анализирует нейросеть. На уже известных примерах ученые обучают ИИ различать здоровую и больную ткань, находить характерные признаки заболеваний в трехмерных структурах. То, что раньше мог увидеть только опытный морфолог под микроскопом после биопсии, теперь алгоритм определяет автоматически во время процедуры.
Значение для пациентов
Главное, что получает человек, это безболезненная диагностика. Никаких щипков, никакого ожидания и нервов. Врач сразу видит результат. Если нашли проблему, тут же принимается решение.
Всем известно, что раннее обнаружение рака напрямую влияет на выживаемость. При раке желудка, обнаруженном на первой стадии, пятилетняя выживаемость достигает 70-90%. На третьей-четвертой – падает до 10-30%. Новый метод позволяет заметить предраковые изменения тогда, когда человек еще ничего не чувствует.
Кроме того, уменьшается количество ложных тревог. Классическая эндоскопия – это всегда визуальная оценка. Врач смотрит на стенку желудка через камеру и решает, подозрительный он видит участок или нет. Опытный специалист не ошибается, но и не видит того, что скрыто под поверхностью. Лазерный микроскоп заглядывает внутрь ткани на клеточном уровне. А нейросеть, обученная на тысячах примеров, отсеивает сомнительные случаи.
Значение для России
Для системы здравоохранения -– это удешевление и ускорение диагностики. Биопсия требует расходных материалов, реактивов, работы лаборатории, содержания патологоанатомов. Лазерный эндоскоп – это одноразовое вложение в оборудование и многократное использование без дополнительных затрат.
Регионы, где не хватает квалифицированных морфологов, получат инструмент, который не зависит от человеческого фактора. Нейросеть работает одинаково хорошо и в Новосибирске, и в небольших городах, куда сложно привлечь узких специалистов.
Кроме того, разработка полностью российская, от физической оптики до программного обеспечения для ИИ.
Значение для мира
Сейчас в мировой практике есть похожие разработки – конфокальная лазерная эндоскопия. Но она требует внутривенного введения флуоресцентных красителей, которые могут вызывать аллергию. Новосибирский метод не требует дополнительных контрастов, в нем используется естественное свечение тканей.
Фемтосекундные лазеры уже применяют в офтальмологии для коррекции зрения. Но в эндоскопии ЖКТ это направление только развивается. Российские ученые находятся среди лидеров: они предлагают не просто лабораторный прототип, а портативное устройство, которое можно встроить в стандартный эндоскоп.
Странам, где нет разветвленной системы ранней диагностики рака, такой прибор дает возможность массово обследовать население без гигантских затрат на лаборатории и персонал.
Перспективы на будущее
Сейчас проект находится на стадии лабораторных исследований. Ученые работают с клеточными культурами, органоидами (искусственно выращенными мини-органами) и мышами. Параллельно идет обучение нейросети на уже известных примерах здоровой и больной ткани.
Следующий этап - это создание рабочего прототипа портативного лазерного микроскопа, который можно встроить в эндоскоп. Затем - клинические испытания на добровольцах. Это шанс ловить рак на стадии, когда он еще не дал метастазов и лечится без тяжелой химии и операций.
