Ipari Innovációs Díjat nyert egy BME-s kutatók ötletén alapuló, részben általuk fejlesztett, alacsony sugárdózisú, rétegfelvétel készítésére alkalmas tüdődiagnosztikai eszköz.

Egy mérnök számára az egyik legnagyobb elismerés, amikor saját szemével láthatja elgondolásai, tervei megvalósulását. Különlegesen szerencsés helyzetben vagyunk, amiért kutatásainkkal emberi életek megmentéséhez járulhatunk hozzá” – vallotta a közelmúltban zárult fejlesztési projekt részleteit ecsetelve Horváth Gábor, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék címzetes egyetemi tanára. Tanszéki kutatócsapatával orvosok munkáját segítő, a digitális tomoszintézis elvén működő, alacsony röntgendózisú rétegfelvételi radiológiai képalkotó-diagnosztikai eszközt fejlesztett ki a Semmelweis Egyetem Pulmonológiai Klinikájával és a tanszék ipari partnerével, az Innomed Medical Zrt-vel együttműködésben.

„Ez egy röntgenfelvételi technikán és kvázi háromdimenziós képrekonstrukción alapuló képalkotás” – magyarázza Horváth Gábor, a kutatás témavezetője és műegyetemi koordinátora. A kifejlesztett diagnosztikai berendezés elnyerte a Nemzetgazdasági Minisztérium 2016. évi Ipari Innovációs Díját. A projekten  a tanszék 6-8 fős kutatócsapata dolgozott: a leghosszabb ideig a témavezetőn kívül Horváth Áron és Hadházi Dániel.

Horváth Áron, a BME VIK Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék korábbi doktorandusza, a röntgenrendszer speciális problémáival (például a röntgensugár-szóródás hatása az eszköz teljesítményére, e hatás kompenzálása és a jelenség matematikai modellezése) foglalkozott, és a képminőséget javító módszereket és eljárásokat kutatott.

Hadházi Dániel, a BME VIK Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék jelenlegi doktorandusza, pedig a (kvázi) háromdimenziós rekonstrukció előállításához és az eszköz által készített képek elemzéséhez alkalmazott matematikai algoritmusokat vizsgálta és fejlesztette tovább. A kutatócsapat többi tagja is jelentősen hozzájárult a sikerhez, hiszen itt nemcsak az algoritmusok kifejlesztése, hanem azok implementálása is kihívás a nagy számítási igény miatt. Ebben elsősorban Czétényi Benjáminnak és Varga Róbertnek, a tanszék korábbi kutatóinak volt meghatározó szerepük.

A hároméves projektben a kutatók egy már létező, eredetileg emlővizsgálathoz használt technológia tüdődiagnosztikai célú adaptálását és továbbfejlesztését célozták meg. Az ötlet nem teljesen új, hiszen néhány világcég (például General Electric) hasonló tüdődiagnosztikai célú tomoszintézis rendszert készít. Ám a díjazott berendezés, azaz, egy hazai fejlesztésű mellkas tomoszintézis eszköz ötlete a műegyetemi kutatóktól ered, akik egy klinikai és egy ipari partnert is megnyertek a projekthez. „Egy olyan digitális képalkotó rendszert szándékoztunk létrehozni, amellyel a tüdőszűréseken könnyebben felismerhetők a mellkas nehezen észlelhető, kóros, sok esetben rákos elváltozásai a diagnózist felállító szakorvos számára.  Fejlesztésünkkel jelentősen növeltük a tüdő korai stádiumú, daganatos megbetegedéseinek észlelési arányát” – árulta el Horváth Gábor.

A kóros elváltozások kimutatására számos orvosi képalkotó eljárás létezik (például CT, MRI, PET/CT stb.), ám ezeket az eszközöket nem alkalmazzák tömeges szűrővizsgálatokra. „A gépek és az eljárás költsége mellett például a CT-vizsgálattal együtt járó magas sugárdózis is indokolja, hogy a vizsgálatot csak meghatározott időközönként és komoly gyanú esetén végezzék el” – támasztotta alá kutatásaik szükségességét Horváth Gábor. Hozzátette, hogy létezik már ún. alacsony sugárdózisú CT-berendezés (LDCT) is, ám ennek hatékonysága még vitatott, és maga  az eljárás még mindig „túl drága”, így a kutató a magyar egészségügyben egyelőre elképzelhetetlennek tartja ilyen eszközök lakossági rákszűrés céljából történő alkalmazását. „Jelenleg az USA az egyetlen ország, ahol az LDCT-t korlátozott körben szűrővizsgálatokra javasolják” – jegyezte meg Horváth Gábor. A BME VIK kutatói és projektpartnerei a mellkasról készült röntgen és a computer tomográfiai (CT) felvétel közötti átmeneti megoldást fejlesztették ki.

Egy tomo mellkas szeletkép az automatikusan megtalált elváltozások zöld bekarikázásával

A tomoszintézis (másnéven lineáris CT) eljárást nagypontosságú mechanika és pontos röntgendózis-vezérlés jellemzi. Az eljárás összetett képrekonstrukciós algoritmusok kidolgozását és hatékony megvalósítását igényli, melynek során egy alacsony dózissal készült (ún. zajos) képsorozatból kell kiszámítani a vizsgált objektum (jelen esetben az emberi mellkas) ún. „koronális szeletképeit”. „Az eszköz mintegy 10 másodperc alatt körülbelül 40, az emberi test hossztengelyével párhuzamos, klasszikus röntgenképet készít a mellkasról különböző irányokból. Ezekből összetett algoritmusok alkalmazásával történik a hozzávetőleg 100 koronális szelet kiszámítása” – mutatott rá Horváth Gábor. „A CT-berendezéssel ellentétben egy jóval egyszerűbb, ám jelentős diagnosztikai értékű mellkasi röntgenkép-elemző rendszert készítettünk. Egyszerűségéből adódóan a mellkasról, azon belül is a tüdőről készít felvételeket, amelyek bizonyos pontokon, például az anatómiai árnyékok (bordák, szív elhelyezkedése stb.) miatt, hiányosak. Számításainkkal ’eltávolítjuk’ e felesleges árnyékokat vagy Áron és Dániel algoritmusával ’kipótoljuk’ a hiányzó adatokat, pontosabb diagnózist adva.”

Egy rekonstruált mellkas szeletkép és a tomoszintézis feldolgozási folyamatának blokkvázlata

A BME VIK csapata több sikeres egészségügyi projekten van túl: másfél évtizede kutatják a diagnosztikai képelemzés lehetőségeit (korábban például mammográf felvételeket értékeltek), és a gépi tanulás módszertanát. Tapasztalataikat legújabb kutatásuknál is felhasználták. Egy számítógéppel támogatott diagnosztikai eljárást (angolul Computer Aided Diagnosis, CAD) is kifejlesztettek, amelyben a gép (szoftver) előre megjelöli a felvételeken a lehetséges kóros területeket a diagnózist felállító orvos számára. „A mellkas tomoszintézis képek elemzésére szolgáló CAD rendszer talán valóban egyedülálló. Tudomásunk szerint ilyen rendszert eddig még sehol sem fejlesztettek ki. A CAD rendszer javítja a felismerés biztonságát, segíti az egészségügyi szakemberek munkáját, ám nem helyettesíti az emberi ítélőképességet” – figyelmeztetett Horváth Gábor.

Az egyetemi, klinikai és ipari együttműködés gyümölcseként létrejött berendezés prototípusait két magyar egészségügyi intézményben, a Semmelweis Egyetem Pulmonológiai Klinikáján és az Országos Korányi TBC és Pulmonológiai Intézetben alkalmazták, illetve jelenleg is alkalmazzák. A fejlesztési projekt lezárult, a közelmúltban piacra került terméket a projekt ipari partnere gondozza tovább. Az elméleti kutatások azonban természetesen folytatódnak a BME VIK tanszékén. Ennek egyik oka, hogy Hadházi Dániel éppen a készüléknél alkalmazott algoritmusok továbbfejlesztéséből készíti doktori disszertációját.

TZS - TJ

Fotó: Takács Ildikó