Projekti / Programi
Avtomatska analiza angiografskih slik za zgodnjo diagnostiko, spremljanje in zdravljenje intrakranialnih anevrizem
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.07 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Biomedicinska tehnika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T111 |
Tehnološke vede |
Upodabljanje, obdelava podob |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
intrakranialna anevrizma, računalniško podprta diagnostika, analiza slik, strojno učenje, kvantifikacija morfologije, izbira optimalne terapije
Raziskovalci (30)
Organizacije (2)
Povzetek
Bolezni srca in žilja so vodilni vzrok smrti in invalidnosti na svetu, ki sta na ta račun v zadnjem desetletju poskočili za zaskrbljujočih 22,6%. Statistika svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2008 kaže, da je možgansko žilje med bolj prizadetimi s 30% smrti vseh smrti zaradi možganskožilnih patologij. Primer je intrakranialna anevrizma (IA), kjer del stene žilja oslabi in se posledično napihne v izbočeno mehurčkasto strukturo. Ta lahko rupturira in tako povzroči možgansko krvavitev, ki je v 40% usodna, med preživelimi pa jih 66% trpi za trajno nevrološko okvaro. Ruptura je sicer redka, pri čemer med 50 do 80% vseh IA nikoli ne rupturira, vendar pa presentljivo visoka prevalenca 3.2% nerupturiranih IA (1 od 30 ljudi) vodi do 500.000 smrti po celem svetu letno zaradi rupture in polovica prizadetih je mlajša od 50. Ocenjeni direktni in indirektni stroški zdravljenja so 138 milijonov dolarjev letno. Iz teh razlogov je očitna potreba po stalnih izboljšavah orodij in postopkov za klinično upravljanje z IA.
Čeprav sta načina zdravljenja s kiruškim odstranjevanjem in znotrajžilnim žičkanjem precej uveljavljena za večje (kupola ) 10 mm) in simptomatske IA, pa je izrazita potreba po boljšem kliničnem upravljanju manjših IA. Te so velikokrat asimptomatske in odkrite povsem naključno s 3D-DSA, CTA ali MRA slikanjem, pri čemer je razmerje tveganje/korist precej nenaklonjeno kakršnemu koli zdravljenju, saj male IA veliko pogosteje rupturirajo med zdravljenjem kot večje. Podobni pomisleki so pri upravljanju IA po zdravljenju ne glede na njeno velikost, kjer napovedni dejavniki in klinične smernice za zaznavo in ukrepanje ob potencialno usodnem razraščanju ali rupturi še niso vzpostavljene.
Nedavne študije kažejo, da in-vivo 3D-DSA, CTA in MRA morfološke meritve IA kot so velikost, razmerje stranic (višina kupole/širina vratu), razmerje velikosti anevrizme in okoliškega žilja in drugi indeksi oblike predstavljajo pomembne neodvisne dejavnike tveganja rupture. V primerjavi s hemodinamskimi indeksi kot so stresna sila na steno žilja ali indeks pulzacije so se morfološki indeksi izkazali za bolj zanesljive pri oceni tveganja rupture pri večjih anevrizmah. Omenjeni morfološki indeksi se osredotočajo na velike vrečaste anevrizme, medtem ko so precej nespecifični za male anevrizme zaradi površnega opisa oblike IA. Nedavna študija je pokazala, da je tveganje rupture mnogo višje za IA, ki s časom rastejo, in neodvisno od začetne velikosti. Nove in boljše dejavnike tveganja rupture lahko določimo iz longitudinalnih 3D-DSA, CTA in MRA slik s kvantifikacijo drobnih morfoloških sprememb posamezne opazovane IA.
Glavni cilji predlaganega projekta predstavljajo razvoj inovativnih postopkov in sistemov na osnovi in-vivo slikanja IA, z namenom njihovega odkrivanja in diagnoze ter pred- in po-operativnega vrednotenja in sledenja s kvantitativnimi morfološkimi meritvami. Vse teoretične, računske in translacijske aktivnosti bodo usmerjene okoli naslednjih tem: 1) razvoj natančnega in zanesljivega ter od modalitete slik (3D-DSA, CTA, MRA) neodvisnega detektorja z uporabo naprednih konvolucijskih nevronskih omrežij za namen čim bolj zgodnjega zaznavanja IA; 2) razvoj novih postopkov za razgradnjo in izolacijo IA od okoliškega žilja in novih morfoloških mer opisa oblike IA; 3) razvoj nove večmodalne poravnave slik z normalizacijo slik v zaporednih preiskavah in novih morfoloških mer opisa sprememb oz. rasti IA; 4) razvoj standardiziranih validacijskih zbirk na osnovi realnih 3D-DSA, CTA in MRA slik in njihova uporaba za temeljito in objektivno vrednotenje novih postopkov ter prospektivno vrednotenje v kliničnih presejalnih študijah; 5) translacija razvitih postopkov in sistemov v klinično okolje in objava rezultatov v relevantnih znanstvenih publikacijah in skupnostih. Uspeh tega projekta bo nedvomno imel velik vpliv na klinično upravljanje intrakranialnih anevrizem.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani interdisciplinarni projekt obravnava ključne izzive na področju analize medinskih slik, računalniško-podprte diagnostike, nevrologije, nevroradiologije in nevrološkega slikanja, klinične radiologije in kliničnega upravljanja bolezni v povezavi z morebitnimi tveganji.
Pomembni prispevki na področju avtomatske analize medicinskih slik, ki izhajajo predvsem iz Aktivnosti 1-7:
- povečano razumevanje preizkušenih postopkov za analizo slik, ter poznavanje njihovih zmožnosti ter potencialnih pomanjkljivosti, kar nameravamo doseči z natančno in objektivno znanstveno validacijo trenutno uveljavljenih in novih postopkov analize slik
- spodbujanje nadaljnjih raziskav in razvoja postopkov analize slik in objektivnega ocenjevanja ter primerjalnih raziskav z objavo standardne validacijske zbirke slik z referenčnimi rezultati, ki bo javno dostopna raziskovalni skupnosti
- oblikovanje smernic za kvantitativna merjenja v presečnih in longitudinalnih raziskavah
Pomembni prispevki na področju nevrologije, nevroradiologije, nevrološkega slikanja in klinične radiologije, ki izhajajo predvsem iz Aktivnosti 8-12:
- zgodnja zaznava in diagnostika malih intrakranialnih anevrizem na podlagi slikovnih preiskav za pravočasno klinično obravnavo
- napredek pri razumevanju in spremljanju razvoja in rasti intrakranialnih anevrizem, ki je eden od glavnih napovednih dejavnikov za rupturo, preko objektivnih in ponovljivih in-vivo merjenj iz 3D-DSA, CTA and MRA slik bolnika
- nadaljnji razvoj in izboljšanje kliničnih smernic in načrtov zdravljenja s spodbujanjem uporabe objektivnih in kvantitativnih merjenj poleg že uveljavljene subjektivne ocene nevrološkega stanja
- bolj zanesljiva opredelitev lastnosti posameznih bolnikov za prilagojeno osebno zdravljenje
Pomembni prispevki na področju translacijskih in multidisciplinarnih raziskav, ki izhajajo predvsem iz Aktivnosti 13-15:
- uvajanje inovativnih parakliničnih metod v klinično prakso
- odmevne znanstvene publikacije v mednarodnih interdisciplinarnih revijah z visokim faktorjem vpliva
Pričakujemo, da bo izvedba načrtovanih aktivnosti in multidisciplinarno sodelovanje med akademsko stroko, izvajalci zdravstvenih storitev in industrijskimi podjetji, doma in po svetu, ustvarilo kritično maso novih znanj, ugotovitev in potreb po inovativnih rešitvah, ki bodo vodila do novih odkritij in novih raziskovalnih izzivov.
Pomen za razvoj Slovenije
Družbeni učinki bodo vidni preko izboljšanih procesov medicinske obravnave in zdravljenja in zdravja nasploh. Inovativni postopki, pristopi, tehnologije in sistemi za kvantitativno analizo medicinskih slik, ki bodo razviti v okviru predlaganega projekta bodo pomagali udeležencem pri raziskavah in zdravljenju resnih bolezni, s čimer bo omogočena boljša, predvsem pa hitrejša pomoč bolnikom. Klinična implementacija in validacija kvantitativnih meritev na osnovi avtomatske analize slik bo klinikom omogočala dodaten vpogled v stanje in napredovanje možganskožilnih bolezni, možnost neodvisnega ustvarjanja kliničnih smernic obravnave in zdravljenja, ki bodo objektivne in kot take dobra podlaga za pomembne odločitve glede diagnoze in terapije. Izsledki teh raziskav bodo povečali tudi kakovost izobraževalnega procesa in vodili k novim in inovativnim raziskovalnim metodologijam.
Interventni radiolog pri zdravljenju intrakranialne anevrizme lahko s pomočjo kvantifikacije doseže naslednje pomembne preboje glede na trenutno prakso:
- zgodnje odkrivanje in diagnostika malih anevrizem predno te rupturirajo, kar je lahko tudi usodno za bolnika
- zmožnost ocene tveganja rupture in izbira optimalne terapije na podlagi natančnega opisa 3D morfologije anevrizme v primerjavi z današnjo kvalitativno oceno, pogosto na podlagi 2D-DSA projekcijske slike
- zmožnost kvantitativne ocene rasti anevrizme in napovedovanje rupture vsaj dve leti vnaprej
Uporaba kvantitivnih slikovnih preiskav lahko potencialno zmanjša čas in stroške zdravljenja anevrizem. Če anevrizmo zdravimo po rupturi se strošek kirurške odstranitve anevrizme se podvoji, v primeru manj invazivnega znotrajžilnega zdravljenja preko katetra pa se poveča za okoli 70%. Zato ima zgodnje odkrivanje in diagnoza anevrizem neposreden učinek na zdravljenje rupturiranih anevrizem, poleg tega pa se tako izognemo sicer visokim socialno-ekonomskim stroškom zaradi zmanjšane produktivnosti in po-operativne nege bolnika.
Gospodarski učinki projekta se bodo odražali v morebitnih novih produktih in storitvah. Kvantitativna analiza angiografskih slik je nova inovativna paraklinična metoda za klinično upravljanje možganskožilnih bolezni. Povpraševanje po tovrstnih metodah v kliniki je vedno večje, saj omogočajo objektivno in na dokazih temelječe odločanje. Veliki proizvajalci medicinskih sistemov niso ozko specializirani za tako nišne in novonastale trge, zato so se pojavila nekatera zagonska podjetja, ki tržijo tovrstne nišne tehnologije (npr. HeartFlow, www.heartflow.com).
Ker imamo že kar nekaj izkušenj z uvajanjem kvantitativnih merjenj v klinično prakso (https://ms.quantim.eu) in z ustanavljanjem in razvojem visokotehnoloških podjetij, kot je Sensum d.o.o. (www.sensum.eu) bomo vsekakor poskušali izkoristiti vsako priložnost za preseganje akademskih okvirov in za pisanje nove uspešne zgodbe.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
