Nad ciałem pacjenta, zawieszone w przestrzeni, unosi się jego wielkie, półprzezroczyste serce. Wizje rodem z filmów science fiction stają się na naszych oczach rzeczywistością medycyny XXI wieku
Zagłębieni w fotele na sali krakowskiego Centrum Konferencyjnego ICE czekamy na seans. Trwa konferencja New Frontiers in Interventional Cardiology workshops (NFIC). Za chwilę zacznie się transmisja na żywo operacji serca, którą przeprowadzać będą chirurdzy z krakowskiej kliniki kardiologii.
– Pacjent ma ubytek w przegrodzie międzyprzedsionkowej – tłumaczy zebranym kardiochirurgom prof. Dariusz Dudek, przewodniczący Rady Instytutu Kardiologii i ordynator II Kliniki Kardiologii oraz Interwencji Sercowo-Naczyniowych w Krakowie, który prowadzi dzisiejsze spotkanie. Zabieg zostanie wykonany bez otwierania klatki piersiowej. Lekarz wprowadzi cewnik do lewego przedsionka, potem do prawego, i zapnie zapinkę na nieszczelnej przegrodzie. Pokażemy zarówno zastosowanie w planowaniu procedury, dzięki wcześniej zrobionym obrazom z tomografii, rezonansu czy echa, jak i technologię śródoperacyjnego monitorowania zabiegu. Zobaczymy, jak przesuwa się cewnik, jak zapina struktury serca, jak dochodzi do naprawy – w czasie rzeczywistym.
Na ekranie pojawia się sala operacyjna. Na stole leży człowiek, nad nim pochylają się ubrani na zielono lekarze. Wokół, szykując się do operacji, krząta się jeszcze kilka osób z personelu medycznego. Wygląda to zupełnie jak na filmie, tyle że to wcale nie jest film. Właśnie w tym momencie kilometr od nas ten człowiek i jego serce rzeczywiście czekają na ratunek.
Serce na dłoni
Zaczyna się operacja. Główny chirurg zakłada na głowę specjalne gogle. To HoloLensy z oprogramowaniem przystosowanym do kardiochirurgii. I zaraz kamera przełącza się i pokazuje nam na ekranie to, co widzi w tej chwili lekarz.
Obraz jest naprawdę niesamowity. Nad ciałem pacjenta, zawieszone w przestrzeni, unosi się jego wielkie, półprzezroczyste serce. Jakby duch. To obraz przekonwertowany z echa serca. Nie zasłania rzeczywistości, lecz jest w nią jakby wmontowany. Lekarz wyciąga ku niemu rękę; jego palce mają przez chwilę problem z tym, żeby chwycić ten przedziwny, hologramowy obiekt, ale po chwili rzeczywiście ujmują go i obracają w przestrzeni, żeby lepiej zobaczyć miejsce w przegrodzie serca, gdzie jest ubytek.
A mnie przypominają się sceny z „Gwiezdnych wojen”. Wygląda na to, że wizje rodem z filmów science fiction stają się dosłownie na naszych oczach rzeczywistością medycyny XXI wieku.
HoloLensy to bezprzewodowe okulary do rzeczywistości mieszanej firmy Microsoft. Zawierają wyświetlacz holograficzny, generujący obraz 3D zawieszony w przestrzeni – tłumaczy mi Dariusz Żołna, programista krakowskiej firmy MedApp, która wprowadza do polskich szpitali tę technologię. – Jest to wyświetlacz przezierny. To znaczy, że hologramy nie przesłaniają realnego świata, tak jak to się dzieje w VR [wirtualnej rzeczywistości – red.], lecz widać je na jego tle. Podczas gdy w VR człowiek jest zupełnie odcięty od otoczenia, tu widzi dwie rzeczywistości jednocześnie – mówi.
Ale jak to jest możliwe?
– Dzięki systemowi rozpoznawania przestrzeni i śledzenia ruchów użytkownika możemy utrzymywać hologram w określonym miejscu w przestrzeni; użytkownik może poruszać się swobodnie po przestrzeni, chodzić wokół hologramu. Może go także skalować i obracać. Służą do tego specjalne algorytmy SLAM, laserowe czujniki i kamery. Jest też możliwa transmisja przez internet na inne urządzenia: tablet czy telefon komórkowy – opowiada Żołna.
Microsoft wypuścił pierwszą wersję HoloLensów w 2016 roku. Wydawało się wtedy, że przydadzą się przede wszystkim przy wszelkiego rodzaju projektowaniu i w grach.
– Kiedy tylko pojawiły się na rynku, od razu zrozumiałem, jaki potencjał w nich tkwi – mówi Mateusz Kierepka, informatyk, założyciel MedApp. – Tu de facto zmieniamy rzeczywistość – dodajemy coś do niej. Nasz narząd wzroku pokazuje nam przecież ledwie ułamek tego, co jest wokół nas. Ta technologia przezwycięża naszą ułomność i zwiększa zakres informacji, które jesteśmy w stanie zobaczyć. Poszerzamy nasze możliwości. Zrozumiałem, że możemy także poszerzyć możliwości lekarzy.
Poczta pantoflowa
Firma postawiła na tworzenie oprogramowania, które pozwoliłoby zastosować HoloLensy w medycynie. Jako pierwszy szpital w Polsce zaczęło je stosować Europejskie Centrum Zdrowia w Otwocku. Do tej pory HoloLensy zostały wykorzystane przy ponad 40 operacjach serca, z których część wykonywana była na otwartej klatce piersiowej, a inne były to zabiegi laparoskopowe, mało inwazyjne, wykonane za pomocą rurki z teleskopem i kamerą. Z użyciem HoloLensów odbyła się także pierwsza operacja przeprowadzona w Polsce, w której uczestniczyli na odległość kardiolodzy w Belgii.
– Wieści szybko się rozchodzą; lekarze rozmawiają między sobą, śledzą najnowsze pomysły. „Skoro w kardiologii się sprawdzają, to może i u nas dałoby się je zastosować?” – myślą i zgłaszają się do nas – mówi Dariusz Żołna. – Pracujemy więc teraz także nad rozwiązaniami dla onkologii, ortopedii i okulistyki. Nasz system może zwizualizować dowolną część ciała: serce, płuca, ząb, miednicę. Teoretycznie HoloLensy można więc zastosować w każdej dziedzinie, tylko wymaga to odpowiedniej aplikacji.
Już w 2007 mówiłem, że aplikacje wkrótce będą przepisywane przez lekarzy na receptę. Uważano, delikatnie mówiąc, że fantazjuję; nazywano mnie wtedy futurystą i wizjonerem, co było łagodnym określeniem wariata
Mateusz Kierepka, założyciel MedApp
– Czy to urządzenie na polską kieszeń? – pytam.
– Nowa wersja HoloLensów kosztuje 3,5 tysiąca dolarów – odpowiada Mateusz Kierepka. – W porównaniu z ceną wielu innych urządzeń medycznych to niedużo. Nasz system jest porównywalny cenowo z konkurencją – bo oczywiście już ją mamy: niemiecką, amerykańską i japońską – podczas gdy jakość mamy lepszą – chwali się. – Duże firmy, takie jak Philips czy Siemens, też pracują nad podobnymi rozwiązaniami. Rynek zaczyna rosnąć, ale to dobrze. Przez ostatnie trzy lata wypracowaliśmy unikalne techniki, więc szybko nas nie dogonią. Mamy certyfikowany medycznie system, przetestowany i zaopiniowany przez lekarzy. Nasz produkt już jest na rynku; zaczynamy sprzedaż – zapewnia.
Futurysta czy wariat
Kierepka cieszy się też, że udało mu się przewidzieć, w którym kierunku pójdzie medycyna, bo kiedy zaczynali, wcale nie było to takie pewne.
– Już w roku 2007 mówiłem, że aplikacje wkrótce będą przepisywane przez lekarzy na receptę. Uważano, delikatnie mówiąc, że fantazjuję; nazywano mnie wtedy futurystą i wizjonerem, co było łagodnym określeniem wariata – śmieje się.
– Pracowałem wtedy w firmie, która produkowała urządzenia chłodnicze. Niektóre z nich stosowane są także w medycynie do przechowywania leków. Wszystko zaczęło się od tego, że któraś z pielęgniarek w szpitalu zostawiła otwartą lodówkę pełną szczepionek. Szczepionki, warte kilka bardzo drogich samochodów, trzeba było wyrzucić do kosza. Wtedy dyrektor szpitala zwrócił się do nas z prośbą o zrobienie specjalnej lodówki, dedykowanej do leków, z zabezpieczeniami.
Wkrótce dostali kolejne medyczne zamówienie: elektrokardiograf.
– Wyposażyliśmy go w najnowsze wtedy zdobycze techniki: połączyliśmy z telefonem komórkowym, dodaliśmy bardzo jak na tamten czas zaawansowane, a dziś bardzo proste techniki uczenia maszynowego, czyli – szumnie mówiąc – sztuczną inteligencję.
Wtedy przejrzałem na oczy. Stwierdziłem, że to jest przyszłość medycyny. Zacząłem głosić, że wkrótce każdy będzie łączył się ze swoim lekarzem za pomocą telefonu komórkowego, co było odbierane jako totalne science fiction. Ale ja zrozumiałem, że przyszłość jest w urządzeniach mobilnych, i otworzyłem własną firmę. Robiliśmy gry komputerowe i aplikacje, między innymi proste aplikacje medyczne, a w 2011 zaczęliśmy tworzyć własny system telemedyczny – wspomina swoje początki Kierepka.
– W 2016 konsultowałem naszą aplikację z profesorem Dudkiem. Słuchaliśmy jego uwag, pytaliśmy, czego brakuje jeszcze w naszej aplikacji. Uważam, że komunikacja jest podstawą, tworzyliśmy przecież narzędzie dla lekarzy. Pierwsze wytyczne, jakie nam dał, to że dobrze byłoby zwizualizować trójwymiarowo na monitorze przesyłane obrazy. Zrobiliśmy to. Profesor pochwalił, ale chciał więcej. Zaczęliśmy druk 3D. Profesor chciał jeszcze więcej. Wtedy właśnie wpadłem na pomysł, że zastosujemy HoloLensy.
Przez cały 2017 i 2018 rok pracowaliśmy nad tym rozwiązaniem. To był nasz główny cel, nisza, którą zaczęliśmy eksplorować. Zaprezentowaliśmy je oficjalnie w piątek 9 grudnia 2016. W sobotę inny zespół zrobił to samo w Brazylii, a w poniedziałek – w Japonii. Byliśmy pionierami.
Rewolucja już tu jest
Korzystanie z HoloLensów jest łatwe. Chirurg jest w stanie się tego nauczyć w ciągu godziny. W pierwszej wersji HoloLensów, tej z 2016 roku, trzeba jeszcze w konkretny sposób ułożyć palce dłoni, ale w najnowszej wersji z 2019 roku ruchy są już w pełni intuicyjne – możemy operować jedną lub dwiema dłońmi, trzema, pięcioma palcami – jak nam wygodnie.
– Jakie to wrażenie – operować w HoloLensach? – pytam prof. Dariusza Dudka.
– Zupełnie niezwykłe – odpowiada profesor. – Przeprowadzam często zabiegi mało inwazyjne, bez otwierania klatki piersiowej. Operuję, posługując się cewnikami, najczęściej przy nadgarstku lub w pachwinie. Manipuluję cewnikiem, na którego drugim końcu jest urządzenie, którym naprawiam serce.
Kiedy operuję, używając klasycznych metod angiografii i echa, czuję, że muszę w moim mózgu przetworzyć te płaskie obrazy na trójwymiar. Naprawiam przecież struktury trójwymiarowe, jakimi są nasze organy, na podstawie dwuwymiarowych obrazów.
W momencie kiedy ubieram okulary hololensowe z rekonstrukcją holografii, mam poczucie, że nagle jestem w środku tego serca. To niesamowite wrażenie. Z jednej strony trzymam końcówkę cewnika, z drugiej w okularach widzę trójwymiarową przestrzeń serca. Jestem zintegrowany – po raz pierwszy moje ruchy są połączone z tym, co widzę. Mam poczucie, że jestem w tym sercu i że naprawiam je od wewnątrz.
Uważam, że w medycynie XXI wieku precyzyjne obrazowanie będzie coraz bardziej potrzebne. To oczywiste, że – zwłaszcza przy zamkniętej klatce piersiowej – powinniśmy operować przy zastosowaniu najwyższej jakości metod obrazowania. Stare metody są już po prostu zbyt słabe.
– Nadchodzi rewolucja w medycynie?
– Rewolucja już tu jest.
Lekarze jak górnicy
Dzisiaj, żeby wyszkolić chirurga, który zajmuje się zastawkami serca, zamykaniem ubytków w przegrodach, czyli działaniem na strukturach trójwymiarowych, potrzeba wielu lat. Technologia HoloLensów wydaje się świetną pomocą edukacyjną dla młodych operatorów.
– Dzisiaj młodzi chirurdzy czasem drukują sobie na kartce przebieg operacji – opowiada Mateusz Kierepka. – Kiedy mają jakąś wątpliwość podczas zabiegu, przerywają go na chwilę, podchodzą do kartki, żeby sprawdzić, czy wykonali wszystko zgodnie z planem. W HoloLensach mogą umieścić przed sobą w przestrzeni kilka obrazów naraz: serce przed zabiegiem, podczas zabiegu i symulację, jak powinno się ten zabieg wykonywać. Wystarczy rzut oka, żeby upewnić się, co należy w danym momencie robić. Jeden ze znajomych chirurgów mówił tak: „Ja poświęciłem kilkanaście lat, żeby osiągnąć ten poziom wykonywania zabiegów. Moi następcy dzięki tej technologii przeskoczą kilka lat takiego treningu”.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=C_cmew_I-Cw
– Ale technologia bywa zawodna.
– Wiadomo, zawsze może zdarzyć się awaria. Pamiętam, że kiedyś w jednym ze szpitali przez kilka dni nie było prądu i lekarze byli zdani sami na siebie. W takiej sytuacji chirurg, który zbyt mocno ufa technologii, będzie miał problem. Z drugiej strony pamiętajmy, że większość lekarzy to ludzie bardzo zdolni, obdarzeni świetną pamięcią. HoloLensy sprawią, że oni po prostu szybciej przejdą proces uczenia się, lecz pamiętać będą to później równie dobrze, jak ich starsi koledzy, którzy trenowali bez pomocy takich narzędzi.
– Uważam, że ta technologia będzie jednym z naturalnych elementów operacji – ocenia Zbigniew Nawrat, twórca polskich robotów chirurgicznych. – To kwestia kilku lat. Na rynek wejdą młodzi lekarze, dla których takie metody, dla nas dzisiaj eksperymentalne, będą czymś absolutnie naturalnym. My, w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu, poszukujemy każdej metody, która może pomóc lekarzowi. Stworzenie lekarzom komfortowych warunków pracy jest bardzo ważne. Niewiele osób wie, że lekarze żyją krócej niż górnicy; to zawód wysokiego ryzyka. Komfort pracy jest konieczny, żeby więcej osób zechciało ten zawód wykonywać i uprawiać go odpowiednio długo. Kiedyś chirurg pracował do sześćdziesiątki; musiał odejść akurat wtedy, kiedy zebrał olbrzymie doświadczenie i wiedzę. Dając mu wygodne narzędzia do teleoperacji i telediagnostyki, stwarzamy warunki, w których będzie mógł być aktywny zawodowo dłużej. Co więcej, jego kompetencje można rozmnożyć dzięki możliwości przenoszenia na odległość informacji i – dzięki robotom – działań. Im więcej takich innowacji, tym lepiej.
Bardzo się cieszę, że Mateusz zainteresował się sercem i że razem z profesorem Dudkiem robią takie fantastyczne rzeczy. Są pionierami; obserwuję, co się w tej dziedzinie dzieje na świecie – MedApp jest w czołówce.
Maszyna na treningu
W aplikacjach medycznych MedAppu działają algorytmy sztucznej inteligencji. W przypadku HoloLensów sztuczna inteligencja wykonuje segmentację automatyczną, czyli wybiera ten fragment, który interesować będzie lekarza. Algorytmy na podstawie obrazów z rezonansu magnetycznego, tomografii komputerowej czy angiografii rotacyjnej potrafią to zrobić ze skutecznością od 92 do 98 procent.
SI wykorzystywana jest także w innej aplikacji medycznej ich autorstwa. To aplikacja sprzedawana razem z ciśnieniomierzem i pulsoksymetrem. Zestaw czujników zbiera dane i przesyła do centrum telemedycznego. Dane: temperaturę, ciśnienie, wagę, masę ciała itd analizuje człowiek, ale system sztucznej inteligencji czuwa nad całym procesem i rekomenduje specjaliście pewne działania. „Jeżeli taki jest zapis EKG i taka waga, to oznacza, że istnieje takie prawdopodobieństwo takiego schorzenia”. To zarówno metody statystyczne, jak i sztuczna inteligencja. Dzięki temu pracownik centrum telemedycznego jest w stanie obsłużyć znacznie więcej osób. Ma szereg informacji przetrawionych już przez system.
– Sztuczna inteligencja jest lepsza i szybsza niż człowiek – mówi Mateusz Kierepka. – Owszem, czasem się myli, bo nie wie, czy pacjent, którego monitoruje, nie jest na przykład sportowcem. Personalizacji jeszcze nie ma, choć wkrótce będzie. Ostateczną decyzję zawsze podejmuje lekarz. Pewną barierą w rozwoju tych technik jest trudny dostęp do danych. Właśnie podpisaliśmy umowę z Johnson & Johnson – kilkanaście osób dzień w dzień będzie wysyłało nam zapis wykonany za pomocą takiego urządzenia; ich dane będą w pełni zanonimizowane. Sztuczna inteligencja zobaczy pacjenta nr 937 płci męskiej, lat 42, ale nie będzie wiedziała, że to Jan Kowalski. Dzięki temu będziemy mogli ją lepiej wytrenować.
Biżuteria dla pacjenta
– Pamiętam reakcje lekarzy, kiedy pokazywaliśmy im nasz pierwszy elektrokardiograf – wspomina Kierepka. – Większość mówiła, że to niemożliwe, żeby elektrokardiograf wielkości dwóch pudełek od zapałek dawał tak dobre wyniki jak elektrokardiogram, który jest wielkości lodówki. Problemem było też to, że wyniki są w wersji elektronicznej, a nie papierowej. A ile razy wchodziliśmy do placówek i nie było w nich komputerów… Przez te parę zaledwie lat tyle się zmieniło!
Zmiany w medycynie następują bowiem błyskawicznie.
– Kilka lat temu mówiłem, że wkrótce urządzenia do EKG będą ukryte w kolczykach. Jak zwykle potraktowano mnie jak futurystę. Pierwsze kolczyki z EKG i dużą liczbą sensorów są dostępne komercyjnie od tego roku. Kolczyk bada nam puls i wykonuje uproszczone EKG. Za dziesięć lat w gabinecie lekarza stać zapewne będą zupełnie nieznane nam dzisiaj urządzenia. Pewnie nawet ich nie zauważymy, tak będą małe – zapewnia Kierepka.
W momencie kiedy ubieram okulary hololensowe, mam poczucie, że jestem w tym sercu i że naprawiam je od wewnątrz
prof. Dariusz Dudek, kardiochirurg
– Co jest największym problemem w Polsce, jeśli chodzi o rozwój nowych technologii w medycynie? – pytam.
– Naszym największym problemem wcale nie jest brak technologii, tylko zanieczyszczone środowisko i brak lekarzy. Zanieczyszczone środowisko wpływa na nasze zdrowie, m.in. na problemy kardiologiczne, odpowiedzialne za połowę wszystkich śmierci. Musimy więc coraz lepiej monitorować nasz stan zdrowia. Co chwila powstają kolejne technologie ubieralne, są coraz tańsze. Zegarek, który robi EKG, ocenia, czy nie mam arytmii, i w razie czego alarmuje mojego lekarza, rok temu kosztował ponad 2 tysiące złotych. Dzisiaj podobne zegarki możemy kupić już za kilkaset złotych.
– Czy technologie będą remedium na brak lekarzy?
– Technologie mogą sprawić, że lekarze będą mogli obsłużyć więcej pacjentów, a pacjenci będą w stanie lepiej zarządzać swoim zdrowiem. Telemedycyna zwiększy dostępność tych lekarzy, którzy nie wyjadą z kraju. Będzie błogosławieństwem zwłaszcza dla ludzi mieszkających daleko od dużych miast.
– Jaka jest w tej chwili sytuacja telemedycyny w Polsce?
– Kierunek zmian jest dobry, tylko za wolny. Gdyby tak przyspieszyć z dziesięć razy, to bylibyśmy naprawdę w światowej czołówce. Mamy cyfrową receptę. Regulacje są poprawne, nawet RODO wcale nie utrudnia znacząco takiego rozwiązania. Potrzebujemy jeszcze decyzji dotyczących płatności za wykonywane usługi.
Rewolucję cyfrową trzeba robić z głową, tak jak Estonia. Tam wprowadzono najpierw ogólnokrajowy system bankowy, potem, bazując na nim, system cyfrowego dowodu osobistego, a dopiero potem system medyczny. Wszystko ze sobą współgra. Dziś Estonia to jedyny kraj na świecie, który ma gwarantowaną dostępność do badań genetycznych dla każdego. Każdy lekarz ma do nich dostęp. Proszę sobie wyobrazić, jak wygląda zarządzanie zdrowiem takiego społeczeństwa, o ile – z taką bazą danych – jest to prostsze. Są w stanie genetycznie sprawdzić całą populację – czy na przykład wprowadzenie leku X wpłynie na nią lepiej czy gorzej. My, bazując na ich doświadczeniach, możemy zrobić dokładnie to samo.