Zacznę od zaprezentowania wyzwania -
wyzwania zajmowania się danymi.
Danymi z którymi mamy do czynienia,
w sytuacjach medycznych.
Jest to dla nas naprawdę olbrzymie wyzwanie.
I jest to wielki problem.
To jest tomograf komputerowy
zwany potocznie tomografem.
Jest to fantastyczne urządzenie.
Wykorzystuje ono wiązki promieni rentgenowskich,
obracających się bardzo szybko wokół ludzkiego ciała.
Całkowity czas skanowania to około 30 sekund,
podczas których generowane są olbrzymie
ilości informacji.
Dlatego tej niesamowitej maszyny
możemy użyć
by polepszyć stan naszego zdrowia.
Ale jak już powiedziałem jest to także wyzwanie.
Wyzwanie to przedstawione zostało na ekranie.
Tej prawdziwej eksplozji danych medycznych,
doświadczamy obecnie.
Stajemy przed tym właśnie problemem.
Ale cofnijmy się w czasie.
Cofnijmy się o kilka lat i zobaczmy co działo się wtedy.
Maszyny te -
ich produkcję rozpoczęto w latach 70-tych -
skanując człowieka
generowały około 100 obrazów
ludzkiego ciała.
Pozwoliłem sobie, dla wyjaśnienia,
przetłumaczyć to na "plastry" danych.
Odpowiadało by to około 50 MB danych,
co jest niewielką ilością,
w porównaniu z tym ile obecnie przetworzyć może
zwykłe przenośne urządzenie.
Jeśli przełożymy to na książki telefoniczne,
będzie to około metra ułożonych na sobie książek.
Porównując to do tego
co potrafią tomografy w dzisiejszych czasach -
już w kilka sekund
generują 24 000 obrazów ludzkiego ciała.
Odpowiada to 20 GB danych
lub 800 książkom telefonicznym.
Układając je jedna na drugiej - byłby to 200-metrowy stos książek telefonicznych.
Żyjemy w czasach
początków
technologii pozwalającej
obserwować również zmiany jakie zachodzą w ciele podczas skanowania.
Dlatego możemy również śledzić dynamikę ciała.
I załóżmy
że zgromadzenie danych zajmie 5 sekund
a będzie to odpowiadało jednemu terabajtowi danych.
Jest to 800 000 książek
które ustawione na sobie stworzyłyby 16. kilometrowy stos.
A to tylko jeden pacjent i odpowiadający mu jeden zestaw danych.
Z tym właśnie musimy sobie poradzić.
Więc wyzwanie, przed którym jesteśmy stawiani jest olbrzymie.
A już dziś jest to 25 000 obrazów.
Wyobraźcie sobie czasy
gdy radiolodzy musieli działać w taki sposób.
Rozkładali po kolei tych 25 000 obrazów
i przyglądali się każdemu z nich:" na tym nic nie widać, ten w porządku,
o, tutaj widać problem."
Teraz byłoby to już niemożliwe.
Więc musimy zrobić coś inteligentniejszego, niż praca w ten sposób.
Więc składamy te wszystkie plastry razem.
Wyobraźcie sobie krojenie ciała na plasterki we wszystkich kierunkach
a później próbę poskładania tych plastrów z powrotem
w stos danych, w blok danych.
I właśnie tym się zajmujemy.
Więc te gigabajty lub terabajty danych składamy w blok.
Ale przecież ten blok danych
zawiera tylko ilości promieniowania rentgenowskiego
jakie wchłonął każdy punkt ludzkiego ciała.
Więc musimy znaleźć sposób
który pozwoli zobaczyć to na co chcemy patrzeć
podczas gdy reszta będzie przeźroczysta.
Chodzi tu o zamianę zestawu danych
na coś co wygląda tak.
I to właśnie jest wyzwanie.
Zrobienie tego jest dla nas ogromnym wyzwaniem.
Nawet używając komputerów, mimo że stają się one coraz szybsze i lepsze,
wielkim wyzwaniem jest zmierzenie się z gigabajtami
a nawet terabajtami danych
i wydobycie z nich istotnych informacji.
Chcę spojrzeć na serce,
chcę popatrzeć na naczynia krwionośne, chcę spojrzeć na wątrobę,
może nawet, w niektórych przypadkach,
znajdę guz.
Tu właśnie nasze maluchy wchodzą w grę.
To jest moja córka.
To zdjęcie z 9 rano dnia dzisiejszego.
Gra ona w grę komputerową.
Ma tylko 2 latka,
ale bawi się świetnie.
To właśnie ona jest siłą napędową
popychającą do przodu rozwój procesorów karty graficznej.
Jak długo dzieci będą grać w gry komputerowe,
tak długo grafika będzie stale ulepszana.
Więc jak wrócicie do domu, każcie dzieciom częściej grać w gry komputerowe,
ponieważ właśnie tego potrzebuję.
To co znajduje się wewnątrz tej maszyny
pozwala mi robić to co robię
z danymi medycznymi.
Tak naprawdę to używam tylko tych małych fantastycznych urządzeń.
Cofając się w czasie,
około 10. lat temu
otrzymałem fundusze
na zakup pierwszego komputera graficznego.
Była to olbrzymia maszyna.
Były to całe szafki procesorów, nośników przechowywania danych i tego typu rzeczy.
Zapłaciłem za tą maszynę około miliona dolarów.
Jest ona porównywalnej prędkości co dzisiejszy iPhone.
Każdego miesiąca ukazują się na rynku nowe karty graficzne.
Tu mamy kilka ostatnich -
NVIDIA, ATI, oraz Intel.
Jak wiecie już za kilkaset dolarów
możecie je nabyć i używać ich w swoim komputerze.
Można z nimi robić fantastyczne rzeczy.
Właśnie to umożliwia nam
poradzenie sobie z eksplozją danych w medycynie.
To oraz naprawdę świetna rzecz
z dziedziny algorytmów -
kompresja danych
wydobywająca istotne informacje na bazie których prowadzi się badania.
Pokażę wam kilka przykładów naszych możliwości.
To jest zestaw danych uzyskanych za pomocą tomografu komputerowego.
Jak widzicie jest to pełen zestaw danych.
Jest to kobieta. Można zobaczyć nawet jej włosy.
Widać wnętrze ciała i poszczególne organy tej kobiety.
Widoczne jest również rozproszenie promieni rentgenowskich
w okolicy zębów, z powodu metalu znajdującego się w zębach.
Stąd właśnie one się biorą.
Ale w pełni interaktywnie
na standardowej karcie graficznej na zwykłym komputerze
mogę po prostu zastosować płaszczyznę obcinającą.
Ponieważ w środku znajdują się wszystkie dane,
mogę obraz obrócić i patrzeć na niego pod różnymi kątami.
Stąd widzę że ta kobieta miała problem.
Nastąpiło krwawienie wewnątrzczaszkowe,
z którym poradzono sobie poprzez założenie stentu,
metalowej klamry uszczelniającej naczynie krwionośne.
A tylko poprzez zmianę funkcji,
mogę zdecydować co będzie przezroczyste
a co będzie widoczne.
Jestem w stanie zobaczyć budowę czaszki,
mogę stwierdzić że, w tym miejscu otworzyli czaszkę tej kobiety,
w tym miejscu weszli.
Są to fantastyczne obrazy,
wysokiej rozdzielczości,
pokazujące nam możliwości
współczesnych standardowych kart graficznych.
Robiąc z nich prawdziwy użytek
spróbowaliśmy wprowadzić do systemu
bardzo dużą ilość danych.
Jedną z aplikacji nad którą pracowaliśmy -
wzbudziła ona już zainteresowanie na całym świecie -
jest nią jest oprogramowanie do wirtualnej autopsji.
Po raz kolejny, patrząc na olbrzymi zestaw danych
widzimy tomografię całego ciała którą wykonaliśmy.
Przesuwając ciało człowieka przez tomograf komputerowy
już w kilka sekund otrzymujemy zestaw danych ze skanowania całego ciała.
To jest obraz otrzymany za pomocą wirtualnej autopsji.
Jak widzicie stopniowo zdejmuję kolejne warstwy.
Najpierw widzieliście worek na ciało w którym ono przybyło,
później zdejmuję skórę - widoczne są mięśnie -
w końcowym efekcie widoczna jest budowa szkieletu tej kobiety.
Na tym etapie chciałbym podkreślić
wielki szacunek jaki należy
okazać oglądanym osobom.
Pokażę wam teraz kilka przypadków wirtualnej autopsji -
więc z wielkim szacunkiem dla ludzi
którzy zmarli w gwałtownych okolicznościach
pokazuję wam te zdjęcia.
W przypadku medycyny sądowej,
około
400. przypadków do tej pory,
tylko w tej części Szwecji z której pochodzę -
poddano wirtualnej autopsji -
w ciągu ostatnich czterech lat.
Typowo praca przebiega tak.
Policja decyduje,
wieczorem, gdy dostają nową sprawę,
czy jest to przypadek, w którym potrzebna jest autopsja.
Wiec rano, między szóstą a siódmą,
ciało jest transportowane w specjalnym worku,
do naszego centrum
i poddawane jest tomografii.
Wtedy radiolog razem z patologiem
i naukowcami związanymi z medycyną sądową,
przyglądają się otrzymanym danym
na wspólnym spotkaniu.
I decydują co zrobić w przypadku prawdziwej, fizycznej autopsji.
Teraz zobaczymy kilka obrazów z autopsji.
To jest jeden z nich.
Tu dokładnie widać każdy szczegół,
jest to bardzo wysoka rozdzielczość.
To właśnie algorytmy pozwalają nam
dokładnie przyjrzeć się szczegółom.
I po raz kolejny, jest to w pełni interaktywne,
więc można to obrócić i patrzeć na wszystko w czasie rzeczywistym
przy użyciu tych systemów.
Nie powiem zbyt wiele o tym przypadku,
tyle tylko, że było to wypadek samochodowy,
w którym pijany kierowca potrącił tą kobietę.
Niezwykle łatwo zauważyć możemy uszkodzenia kości.
A przyczyną śmierci w tym przypadku jest złamany kręgosłup.
W wyniku wypadku kobieta ta znalazła się pod samochodem,
więc miała bardzo mocno uszkodzone ciało
z powodu tego urazu.
A to kolejny przypadek, śmierć w wyniku dźgnięcia nożem.
Po raz kolejny jesteście w stanie zobaczyć nasze możliwości.
Bardzo łatwo zaobserwować metalowe elementy
znajdujące się wewnątrz ciała.
Można również zobaczyć metal w zębach
jest to akurat wypełnienie w zębach.
Z powodu ustawień pozwalających widzieć metal
wszystko inne jest przeźroczyste.
Kolejny brutalny przypadek. To akurat nie zabiło tej osoby.
Uśmierciły ją dźgnięcia w serce,
tam jednak pozostał nóż
po ciosie w jedną z gałek ocznych.
A tutaj mamy kolejny przypadek.
Jest to dla nas bardzo interesujące,
mieć możliwość spojrzenia na urazy po dźgnięciu nożem.
Tutaj widzimy jak nóż przebił serce.
Bardzo łatwo można zaobserwować powietrze przedostające się
z jednej jego części do drugiej,
co jest niezwykle trudne podczas standardowej, fizycznej autopsji.
W przypadku śledztwa
bardzo pomocnym jest
ustalenie przyczyny śmierci,
w niektórych przypadkach kieruje to śledztwo na właściwe tory
i pomaga ustalić prawdziwą tożsamość mordercy.
A oto kolejny przypadek, który uznałem za interesujący.
Tutaj można zobaczyć kulę,
która utknęła tuż przy kręgosłupie tej osoby.
Za pomocą oprogramowania sprawiliśmy, że kula zmieniła się w źródło światła,
widać jak świeci
dzięki czemu bardzo łatwo odnaleźć można jej fragmenty.
Podczas rzeczywistej autopsji,
gdy naprawdę trzeba przeszukać ciało by znaleźć odłamki -
jest to niebywale trudne zadanie.
Jedną z rzeczy, z których jestem naprawdę zadowolony
jest fakt, że jestem w stanie wam dzisiaj pokazać
stół do wirtualnej autopsji.
Jest to urządzenie dotykowe stworzone przez nas
na bazie algorytmów, przy użyciu standardowych procesorów kart graficznych.
Żebyście mogli poczuć przedsmak tego urządzenia
- naprawdę wygląda ona tak.
Działa ono jak ogromny iPhone.
Wgraliśmy oprogramowanie
wszystkich gestów jakie można wykonywać na tym stole,
możecie o nim myśleć jak o olbrzymim interfejsie dotykowym.
Więc jeśli nosicie się z zamiarem kupna iPada
- zapomnijcie; to urządzenie jest właśnie tym czego chcecie.
Steve, mam nadzieje że tego słuchasz. Dobra.
Jest to bardzo przyjemne urządzonko.
Jak będziecie mieć kiedyś możliwość - to proszę wypróbujcie je.
Jest to bardzo praktyczne doświadczenie.
Urządzenie to wzbudziło spore poruszenie, próbujemy stopniowo wprowadzać je na rynek.
Używamy go również w celach edukacyjnych,
a w przyszłości możliwe że będziemy go używać
w przypadkach klinicznych.
Istnieje również video na YouTube, które możecie ściągnąć
jeśli chcecie pokazać i opowiedzieć komuś
o wirtualnych autopsjach.
Mówiliśmy o poruszeniu,
przejdźmy więc do bardziej poruszających danych.
A teraz zahaczymy trochę o science fiction,
zaglądniemy w przyszłość.
To nie jest sprzęt którego lekarze używają obecnie,
ale mam nadzieję że w przyszłości będą.
Po lewej widzimy urządzenie dotykowe.
Jest to malutki długopis
posiadający wewnątrz bardzo szybkie silniczki krokowe.
Dzięki temu wygenerować mogę siłowe sprzężenie zwrotne.
Gdy wirtualnie dotykam danych
stwarza to w długopisie siłę o przeciwnym zwrocie, więc otrzymuję reakcję zwrotną.
W tym przypadku,
jest to tomografia żywej osoby.
Dzięki temu długopisowi, mogę zbadać dane.
Zbliżam go do jego głowy
i czuję opór.
Wyczuwam skórę.
Zwiększając nacisk, przedostaję się przez skórę
i mogę "dotknąć" kości.
Jeśli jeszcze zwiększę nacisk, przedostanę się przez kości,
szczególnie łatwo można to zrobić w okolicy ucha gdzie kości są bardzo miękkie.
I jestem w stanie poczuć strukturę mózgu, będzie on jakby grząski.
Więc jest to świetna rzecz.
Posuwając się o krok dalej - to jest serce.
Dzięki tym nowy fantastycznym tomografom
już w 0,3 sekundy
mogę przeskanować całe serce,
wraz ze zmianami jakie zachodzą w czasie tomografii.
Obserwując to serce
mogę w ten sposób odtworzyć wideo.
A to jest Karljohan, jeden z moich studentów,
pracujących nad tym projektem.
Siedzi on przy urządzeniu dotykowym - systemie dotykowego sprzężenia zwrotnego,
i porusza długopisem dotykając serca.
Serce to bije tuż przed nim,
a on jest w stanie dokładnie obserwować ten proces.
Bierze długopis, i porusza nim w kierunku serca,
dotyka powierzchni serca,
czuje uderzenia serca prawdziwego żywego pacjenta.
Może on zbadać ruchy jakie wykonuje serce.
Może dostać się do środka jeśli zwiększy nacisk,
by naprawdę poczuć fale krwi płynące wewnątrz.
I sądzę, że właśnie to jest przyszłością kardiochirurgii.
Pewnie jest to zmaza nocna kardiochirurgów -
możliwość dostania się do wnętrza serca pacjenta
przed rzeczywistą operacją
i dodatkowo zobaczenie tego w wysokiej rozdzielczości.
Więc jest to naprawdę rewelacyjne.
A teraz przesuńmy się już całkowicie na skaj science fiction.
Doszły do nas informacje o funkcjonalnym magnetycznym rezonansie jądrowym.
To dopiero jest interesujący projekt.
Magnetyczny rezonans jądrowy za pomocą pól magnetycznych
i częstotliwości radiowych
skanuje mózg lub inną część ciała.
Zyskujemy dzięki temu
informacje o strukturze mózgu.
oraz możemy zmierzyć
między magnetycznymi własnościami krwi natlenionej
i krwi odtlenionej.
Oznacza to możliwość
mapowania aktywności funkcjonalnej mózgu.
A to jest coś nad czym pracowaliśmy.
Widzieliście właśnie Mottsa - inżyniera ds. badań
wjeżdżającego do urządzenia do rezonansu magnetycznego,
ma on na sobie specjalne okulary.
Za pomocą tych okularów będzie on mógł zobaczyć pewne rzeczy.
Będę mógł mu coś pokazać podczas badania rezonansem.
I jest to troszkę dziwne
to co Motts właściwie widzi to jest to.
Widzi on swój własny mózg.
Motts coś robi.
Najprawdopodobniej wykonuje on taki ruch prawą ręką
ponieważ widzimy aktywność lewej półkuli
w rejonie kory ruchowej.
A on w tym samym czasie może to zobaczyć.
Wizualizacje te są nowym produktem.
Zajmujemy się tym od niedawna.
A oto kolejne obrazy przedstawiające mózg Mottsa.
Poprosiliśmy go by liczył od 100 do 1.
Więc liczy: "100, 97, 94".
Wymienia coraz niższe liczby.
Widać jak jego "matematyczny procesor" pracuje
podświetlając cały mózg.
Jest to fantastyczna rzecz. Możemy to robić w czasie rzeczywistym.
Możemy badać różne rzeczy, kazać mu wykonywać polecenia.
Widać również, że jego kora wzrokowa
znajdująca się w tylnej części mózgu została aktywowana
ponieważ to co widzi, widzi za pomocą mózgu.
Poza tym słyszy polecenia,
które mu wydajemy.
Sygnał ten pochodzi głęboko z mózgu,
ale widać jak świeci przez wszystkie jego warstwy,
z powodu objętości jaką zajmuje.
A za kilka sekund zobaczycie,
o już widać. Motts porusza teraz lewą stopą.
Robi coś w tym stylu.
Przez 20 sekund wykonywał tą czynnosć
i nagle zapala się ta część mózgu.
Więc widzimy tu aktywizację kory ruchowej.
Jest to naprawdę świetna rzecz.
I uważam, że jest to wspaniałe urządzenie.
A łącząc to z poprzednim wykładem,
jest to coś co można użyć jako narzędzie
pozwalające naprawdę zrozumieć
jak działają neurony, jak działa mózg,
a to wszystko w bardzo bardzo wysokiej jakości wizji,
w wysokiej rozdzielczości.
A tutaj, trochę się rozerwaliśmy w naszym centrum.
To jest tomograf komputerowy(CAT scan - angielska nazwa CAT oznacza kota).
Jest to lwica z lokalnego zoo
znajdującego się tuż przy Norrkoping w Kolmarden, o imieniu Elsa.
Przybyła ona do naszego centrum,
została uśpiona,
po czym trafiła prosto do tomografu.
Wtedy uzyskaliśmy pełen zestaw danych dotyczących lwicy.
Mogę stworzyć takie fajne obrazy jak ten.
Mogę zdjąć z tej lwicy warstwę skóry.
Mogę zaglądnąć do środka.
I właśnie z tym eksperymentowaliśmy.
Sądzę że jest to wspaniała aplikacja,
przyszłość tej technologii.
Ponieważ niewiele wiadomo o zwierzęcej anatomii.
Weterynarze posiadają właściwie tylko podstawowe informacje tego typu.
Możemy przeskanować różne rzeczy,
różne rodzaje zwierząt.
Jedynym problemem jest zmieszczenie ich w tej maszynie.
Tutaj mamy niedźwiedzia.
Ciężko było go tam zmieścić.
Niedźwiedzie to przyjazne zwierzęta, przytulanki.
Tu mamy jego zdjęcie. Tu mamy nos.
Do tego pewnie chcielibyście się przytulić.
Ale gdy zmienimy funkcję i widać to - wtedy raczej zmienicie zdanie.
Więc raczej strzeżcie się niedźwiedzi.
W tym miejscu
chciałbym podziękować wszystkim
którzy pomogli mi w stworzeniu tych obrazów
Jest to bardzo duży wysiłek -
zebranie danych, stworzenie algorytmów,
napisanie oprogramowania.
Więc, są to bardzo utalentowani ludzie.
Moim mottem jest: zatrudniam tylko ludzi mądrzejszych ode mnie
i większość z nich jest mądrzejsza ode mnie.
Dziękuję bardzo.
Brawa