Jeden snímek oka odhalí víc než různá vyšetření. AI mění způsob, jakým chodíme k lékaři
Ze snímku oka dokáže umělá inteligence odhalit nejen počínající onemocnění zraku, ale časem i onemocnění srdce nebo mozku. Český startup Aireen už takto pomohl zachránit zrak více než pěti tisícům pacientů.
Když šel člověk kdysi na screening znamének, lékař přejel dermatoskopem přes kůži, porovnal poznámky z minulé návštěvy zapsané v papírové kartě a řekl, ať přijdete za rok. Dnes přístroj naskenuje celé tělo včetně nejmenší pihy, porovná každou změnu s předchozím snímkem a označí podezřelá místa.
Právě v diagnostice a ve vyhodnocování snímků je dnes AI v medicíně nejdále. Algoritmy trénované na milionech fotografií dokážou rozpoznat nálezy v mamografii, na snímku plic nebo kůže. Postupně se naučí rozeznávat vzorce, které jsou pro onemocnění typické.
Oko je nejen brána do duše, ale i k našemu zdraví. Sítnice dokáže prozradit mnohé.
Lékař se pak může soustředit na to, co skutečně vyžaduje jeho úsudek. AI tak nepřebírá rozhodování ani stanovení diagnózy. „Čas lékaře by měl patřit nemocnému. Lékař má léčit. Diagnostika, administrativa, to jsou jednoznačně dvě oblasti, kde může AI převzít velkou část jeho dnešní práce. A upřímně – nejen že může, ale musí. Podívejme se na demografické křivky a posuňme je o deset let dopředu. Podívejme se ve stejném období na odhadované počty lékařů, jejich průměrný věk. Teď to musíme změnit, aby systém za 10 let nezkolaboval. Nechme lékařům léčbu,“ říká Jiří Kuchyňa, CEO Aireen.
S tím ale přichází otázka, která v odborné komunitě dnes silně rezonuje: kdo nese odpovědnost za to, když algoritmus něco přehlédne? „I lékař je omylný. Žádný lékař nemůže zachytit 100 procent případů. Pravděpodobnost chyby dobrého AI modelu je ale výrazně nižší než pravděpodobnost chyby lékaře,“ doplňuje Kuchyňa. „Jsem přesvědčen, že časem tuto oblast svěříme AI v naprosté většině diagnostických úkonů,“ popisuje.
Aby ale mohl jakýkoliv AI nástroj vstoupit do klinické praxe a opravdu se podílet na práci lékaře, musí úspěšně projít certifikací jako zdravotnický prostředek podle evropského nařízení. Nejde jen o razítko na papíře, certifikace vyžaduje klinické zkoušky, průběžné sledování výsledků v reálném provozu a aktivní zpětnou vazbu od lékařů. Ne každý algoritmus, který někdo označí za AI diagnostiku, se dostane k pacientům.
„Certifikace je pro startupy ve zdravotnictví velký strašák. Samozřejmě hlavním problémem je čas. I při sebelepším nastavení to prostě stojí čas, máte hotový produkt a nemůžete jej prodávat. Oproti jiným oblastem se váš go to market posouvá minimálně o rok,“ říká Kuchyňa.
Podle něj ale ještě větší nejistotu přináší nová evropská regulace umělé inteligence, takzvaný AI Act. „Pokud jsme certifikováni podle MDR, což znamená, že splňujeme nejpřísnější evropské bezpečnostní normy pro zdravotnické prostředky, proč máme mít nad sebou další dozorový orgán, který zdravotnictví nerozumí? Obrovsky si to v Evropě komplikujeme,“ říká Kuchyňa. Paradoxem podle něj je, že nemocnice už dnes vyžadují potvrzení souladu s AI Actem, přestože prováděcí předpisy k němu zatím neexistují.
AI trénovaná na milionech snímků oční sítnice
Tak jako pracuje AI se snímky plic či mamografem, dokáže to i se snímkem oka. Obor, kterému vědci říkají oculomics, zkoumá to, co oko prozrazuje o celkovém zdraví těla.
Stav cév v oku, jejich průměr, tvar a větvení jsou signály, které o zdraví člověka leccos vypovídají. Nyní probíhají výzkumy v oblasti srdce a cév a prevence kardiovaskulárních onemocnění, slibné výsledky přináší i neurologie – výzkumy ukazují, že změny na sítnici předcházejí projevům Alzheimerovy choroby nebo Parkinsonovy nemoci. Aireen ze snímku oka diagnostikuje dvě onemocnění a další jsou ve vývoji.
Diabetická retinopatie
Komplikace cukrovky, při které vysoká hladina cukru v krvi poškozuje cévy v sítnici. Postupně dochází k růstu nových, křehkých cév, které sítnici dále poškozují. Pokud se nezachytí včas, může to vést až k úplné ztrátě zraku.
Věkem podmíněná makulární degenerace (VPMD)
Onemocnění, které poškozuje centrální část sítnice, takzvanou žlutou skvrnu, která je hlavní pro ostré vidění. Projevuje se rozmazaným nebo deformovaným viděním a postihuje každého šestého člověka nad 65 let a je v této věkové kategorii nejčastější příčinou ztráty zraku.
Ve vývoji: Kardiovaskulární choroby
Aireen pracuje na modulu, který ze snímku sítnice rozpozná poškození cév způsobené vysokým krevním tlakem. V další fázi bude možné ze sítnice vyhodnocovat i riziko mozkové mrtvice nebo ischemické choroby srdeční.
Fotografie sítnice, takzvaný fundus snímek, zachytí oční pozadí ve vysokém rozlišení. Tradičně sítnici vyšetřoval oční lékař po rozkapání zorničky ve specializované ambulanci. Dnes existují přenosné kamery velikosti většího dalekohledu, které totéž zvládnou bez rozkapání a do jedné či dvou minut.
Algoritmus rozpozná jemné změny, které by lidské oko přehlédlo nebo vyhodnotilo příliš pomalu, výsledek je dostupný během několika sekund. „Z praxe víme o konkrétních vyšetřeních, kdy nám oftalmolog potvrdil pozitivitu našeho nálezu spolu s tím, že uznává, že tento nález by přehlédl při běžném vyšetření,“ upřesňuje Kuchyňa. „Dle našich lékařů se díky AI screeningu zvýšil počet vyšetřených pacientů až na dvojnásobek, bavíme se o polovině zachycených pozitivních případů jako o těch, které by jinak unikly,“ dodává.
Nechte do svého oka nahlédnout neuronové sítě
Ve startupu Aireen používají k diagnostice digitálního snímku sítnice neuronovou síť, tedy systém AI inspirovaný fungováním lidského mozku. Neuronové sítě zkontrolují nejprve kvalitu snímku a ověří, že jde skutečně o fotografii očního pozadí. Teprve pak nastupuje diagnostický model postavený na architektuře EfficientNet V2, jedné z nejefektivnějších konvolučních sítí pro analýzu obrazu. Screening diabetické retinopatie od Aireen je od května 2023 certifikovaným zdravotnickým prostředkem v EU.
Jak fungují neuronové sítě?
Neuronová síť je počítačový systém složený z tisíců matematických jednotek uspořádaných do vrstev, které si předávají a postupně zpřesňují informace. Trénuje se na obrovském množství dat, v nichž se postupně naučí rozpoznávat vzorce.
„Ve vývoji jsou další moduly pro screening kardiovaskulárního rizika. Chceme přinést synergii v rámci skupiny Channel Lab, kde jsou například jasné přesahy s projektem Neurona, který se věnuje lidskému mozku, či s projektem Genome X, věnujícím se lidské DNA a jejím dopadům na zdraví člověka, včetně právě dědičnosti a závažnosti očních onemocnění,“ říká Kuchyňa.
Aireen bude multidiagnostický nástroj, abychom pro pacienty řešili maximum možného z hlediska chronických nemocí.
Aireen natrénovala model pro detekci diabetické retinopatie na 1,2 milionu snímků sítnice v různých stádiích onemocnění, model pro kontrolu kvality prošel stovkami tisíc fotografií.
Snímky sítnice je možné pořídit prostřednictvím běžné stacionární fundus kamery nebo přenosnou kamerou například od finského výrobce Optomed, s nímž Aireen uzavřela partnerství. „Přinášíme do screeningu absolutní mobilitu. Můžeme se starat o pacienty, kteří nemohou za lékařem,“ říká Kuchyňa.
„Vyšetření může proběhnout třeba u diabetologa nebo praktického lékaře. Žádné další termíny, žádné cestování. Z pohledu pacienta ve srovnání se standardní metodou šetříme celý jeden pracovní den a mnoho stresu se získáváním termínu. Zároveň včasným záchytem zabraňujeme fatálním stavům, které mohou pacienty připravit o kvalitní život v podobě ztráty zraku,“ říká Jiří Kuchyňa, CEO Aireen.
Dosavadní poměry pacientů zachycených screeningem diabetické retinopatie podle stupně závažnosti nemoci:
„Mě osobně se nejvíce dotkl příběh jednoho relativně mladého pacienta s pokročilou formou diabetické retinopatie. Přišel za námi na jednom eventu, nechal se vyšetřit, i když výsledek znal. Pak se na mě smutně podíval a řekl: ‚Škoda, že tohle nebylo k dispozici před třemi lety,‘“ říká Kuchyňa.
Tato nemoc i VPMD (věkem podmíněná makulární degenerace) mají jedno společné: rozvíjejí se bez příznaků, a pokud se zachytí včas, lze jejich průběh výrazně zpomalit nebo jim předejít. Aireen dosud pomohl zachytit diabetickou retinopatii u více než 5 000 českých pacientů.
„Pro ostré vidění je nejdůležitější centrální část sítnice, takzvaná žlutá skvrna. VPMD právě tuto část poškozuje. Potíže se projevují převážně při pohledu zblízka, kdy pacient ztrácí schopnost rozeznat jednotlivé detaily. Uskakují mu písmenka v textu, křiví se linie obkladů v koupelně nebo plaňky v plotu. Důležité je, že onemocnění často začíná asymetricky – tedy postihuje pouze jedno oko. Pokud má pacient druhé oko zdravé, nemusí si změn hned všimnout,“ vysvětluje David Honner, primář očního oddělení Nemocnice České Budějovice.
Věkem podmíněná makulární degenerace má cílovou skupinu nad padesát let. My ji vidíme už u pacientů nad 40 let.
Že systém funguje i mimo laboratorní podmínky, potvrdila nezávislá studie provedená ve finské Oulu University Hospital, algoritmus dosáhl diagnostické přesnosti 92,7 procenta, čímž překonal doporučené benchmarky.
Technologie sama o sobě ale mnohdy nestačí, bez úhrady od pojišťoven se inovace dostane jen k těm, kteří si ji mohou zaplatit sami. „To, že si jedna skupina může čas ekonomicky vykoupit, by nemělo znamenat, že ostatní pacienti nemohou dostávat nejlepší péči,“ uzavírá Kuchyňa a dodává, že cesta zdravotnického startupu systémem není v Česku snadná.
Při integraci s novou kamerou Optomed LUMO musel tým Aireen model znovu validovat. Právě proto Aireen nejprve nasadil diagnostiku diabetické retinopatie a až nyní přidává VPMD: „Dokud si nejsme jisti reálným výsledkem, nepustíme to na trh.“
Prozatím si lékař pořídí fundus kameru a platí Aireen za vyšetřeného pacienta, nutnost investice do zařízení ale mění partnerství s Optomedem. „Screening jako služba bez vstupních nákladů, bez starostí. Objednáte, vybalíte a jedete. Snažíme se identifikovat jakékoliv bariéry vstupu a ty odstraňovat,“ dodává Kuchyňa.
A co je dnes největší brzdou rozšíření AI v nemocnicích a ordinacích? Podle Kuchyni je to kombinace mnoha drobných faktorů, od důvěry pacientů a lékařů až po otázku úhrad. „Pokud bude ze strany lékařů a pacientů poptávka, tedy budou mít důvěru a budou rozumět přidané hodnotě, vše ostatní se začne dít velmi rychle,“ říká Kuchyňa.
Screening diabetické retinopatie pomocí Aireen je v Česku dostupný ve vybraných ordinacích diabetologů a praktických lékařů, u diabetologů ho jednou ročně hradí pojišťovna. Screening věkem podmíněné makulární degenerace prostřednictvím tohoto screeningu zatím hrazen není. Aireen je součástí skupiny Channel Lab inovátora a zakladatele Davida Navrátila.
