«Цифровой макет» пациента: новосибирский хирург учит ИИ планировать операции

Идея проекта возникла не в научной среде, а в операционной — там, где цена неточного решения измеряется не абстрактными показателями, а временем, рисками и состоянием конкретного пациента. Работая с тяжелыми клиническими случаями, Павел Таранов столкнулся с ограничениями традиционного планирования, которое все чаще не отвечало запросам современной онкологической хирургии. Поиск более точного инструмента вывел врача за рамки привычной медицинской логики и привел к сотрудничеству с IT-специалистами. Так появилась технология, позволяющая врачу «увидеть» будущую операцию еще до первого разреза. Насколько это меняет саму логику хирургического мышления и может ли цифровой макет пациента стать новым стандартом в медицине — вопрос, который сегодня обсуждают уже не только врачи. 

В интервью «Деловому кварталу» лауреат премии «Человек года» Павел Таранов рассказал, почему хирург решил пойти в сторону технологий, какие вызовы стоят за внедрением инноваций в медицине и где проходит граница между врачебной интуицией и расчетом.

Вы более 20 лет работаете в сфере хирургической и онкологической помощи. Помните ли момент, когда окончательно поняли: медицина — это призвание, а не просто профессия? С чего начался ваш путь?

— В медицинский институт попал случайно. На последних годах школы я сильно увлекался спортом, из-за чего были сложности с учебой. Это оказался один из немногих, а может, и единственный вуз, куда не требовалось сдавать математику. Если откровенно, какой фактор сыграл роль — сейчас уже не все детали помню. Наверное, тогда мной двигала некая романтика, я еще совершенно не разбирался в профессии.

Учился не сразу в военно-медицинском институте: последние курсы я закончил в Томском военно-медицинском институте, а до этого — в Новосибирском государственном медицинском институте, как он тогда назывался. Перевелся после четвертого курса, и это был скорее организационный шаг. Поступал я на педиатрический факультет, потому что в то время выпускник-педиатр мог работать и с детьми, и со взрослыми. Но позже вышел приказ, ограничивший эту возможность, и чтобы сохранить право лечить взрослых, мне пришлось сменить специальность на «лечебное дело». Поэтому я и перевелся в Томск.

После института я остался там же на первичной специализации, а затем был распределен в войска.

А что для меня значит эта профессия? В определенный момент я просто подумал: раз уж я оказался в медицине, то стоит заниматься чем-то серьезным, например, хирургией. А раз хирургия, то она должна быть предельно сложной — иначе зачем все это? Вот таким, довольно логичным путем, я и оказался в сфере онкологической помощи.

У вас все же не получилось избежать математики? Раз вы стали «Инноватором года». 

— Это с математикой связано мало, честно говоря. Я в первую очередь — хирург-практик. К разработке мы пришли от сугубо практических потребностей, а не из теории или желания создать коммерческий продукт. Это даже не был изначально научный проект. Главная цель — улучшить качество работы хирурга и помочь пациенту.

Все началось с того, что лапароскопическая хирургия стала рутиной, в том числе в онкологии. По онкологическим результатам — выживаемости — она не уступает открытой, но дает меньше травмы и быстрое восстановление. При этом сегодня часто используется комбинированное лечение: химиотерапия до и после операции. Хирургический этап стал звеном в цепочке, и он должен быть безупречным, чтобы пациент не «выпал» из процесса.

Особенно остро этот вопрос встал, когда я работал с пациентами, у которых, помимо онкологии, была серьезная сердечная патология. Они «хрупкие», плохо переносят вмешательства, к тому же часто принимают препараты, разжижающие кровь, что повышает риск кровотечений. Нужно было любыми способами сокращать время операции и снижать травматичность.

Кроме того, в лапароскопии широко используются сшивающие аппараты — «степлеры». Но, например, при соединении пищевода с кишкой после удаления желудка они часто дают осложнения. А сделать это вручную, через проколы, — задача высочайшей сложности. Мало кто из хирургов на это идет.

Вот тогда и появилась идея: а что, если заранее, до разреза, смоделировать весь ход операции? «Заглянуть» в пациента, оптимально расставить инструменты, чтобы было удобно, быстро и безопасно. Каждый хирург после лапароскопии думает: «Вот если бы я поставил троакар* на пять сантиметров левее…». Но как это просчитать до того, как начал?

 *хирургический инструмент, предназначенный для проникновения в полости человеческого организма через покровные ткани с сохранением их герметичности.

Расскажите о сути вашей разработки — ИИ-методологии 3D-моделирования. Как она технически помогает хирургу подготовиться к операции?

— Идея была в том, чтобы создать инструмент для такого предоперационного «просчета». Мы начали с того, что стали мысленно «расставлять» инструменты на обычных компьютерных томограммах пациентов. Потом пришло понимание, что нужна специальная программа.

Мы объединились с IT-специалистами — компанией Smart Control. Вместе сделали первый прототип. Сегодня у нас есть рабочая компьютерная программа. Она берет рутинную КТ пациента и строит на ее основе точную трехмерную модель его анатомии. Эту модель можно сделать полупрозрачной.

Вот в этой прозрачной цифровой копии хирург может виртуально разместить все инструменты — троакары, манипуляторы — и посмотреть, как они будут располагаться относительно сосудов, органов, опухоли. Система затем проецирует оптимальные точки входа инструментов на 3D-модель, а потом — на тело реального пациента в виде разметки.

Мы стали действовать по этому плану: смоделировали операцию на экране, затем в операционной расставили инструменты так, как предложила программа. И сразу получили значительное сокращение времени операции. Есть и субъективное, но важное ощущение: работаешь с большей уверенностью, меньше устаешь.

Сейчас мы накапливаем данные, чтобы оценить не только время, но и объективные показатели: как метод влияет на частность интра- и послеоперационных осложнений, кровопотерю. Прогнозы у нас оптимистичные — технология должна сделать сложные лапароскопические вмешательства не только быстрее, но и безопаснее.

Вы упомянули работу с данными пациентов — своего рода датасет. Расскажите подробнее, как вы его формировали? Это были пациенты вашей клиники, и как вы получали их согласие на использование данных?

— Нет, здесь не требовалось формировать отдельный датасет или получать какое-то специальное согласие. Я продолжаю оперировать, и это планирование — часть моей рутинной клинической работы. Просто теперь оно стало другим.

Раньше любая операция планировалась «на глазок», на основе опыта: «Попробую поставить троакар вот здесь, и, думаю, мне будет удобно». Это было субъективно, почти «из воздуха». Сейчас же, с помощью программы, планирование стало объективным. Я вижу пациента насквозь еще до операции — в этом главное преимущество. Я сам расставляю инструменты в трехмерной модели, но делаю это, имея полную картину анатомии.

Второе ключевое преимущество — программа стала диалоговой. Изначально мы думали создать IT-продукт, который сам будет рассчитывать идеальные точки входа. Возможно, мы к этому еще придем. Но в процессе мы пришли к другому решению. Мы стали фотографировать брюшную стенку пациента 3D-камерой до и после нагнетания воздуха, строили математические модели и в итоге поняли: нужно просто дать хирургу объемную, «искусственную» копию пациента до операции. Чтобы он сам мог в ней попробовать расставить инструменты и получить тот самый эффект — «если бы я поставил вот так, было бы удобнее» — но еще до того, как сделал первый разрез.

И программа способна это запоминать. Хирурги все разные: у кого-то руки больше, кто-то выше ростом, кому-то удобно по-своему. Мы видим будущее этой разработки как индивидуальный программный продукт — личный кабинет хирурга, где система, обучаясь на его предыдущих действиях, сможет предлагать: «В прошлый раз вам было удобно вот так, посмотрите, попробуйте». Это наша история и наша цель.

На каких условиях вы взаимодействовали с IT-командой? 

— Smart Control занимается созданием различного программного обеспечения и имеют опыт реализации IT-проектов. Именно они откликнулись на мое предложение о сотрудничестве, и мы вместе пошли в эту историю.

Сейчас мы находимся в поиске инвестиций для дальнейшего развития программы. Потребуются не только текущие специалисты, но и новые: математики, графические дизайнеры и другие IT-профи. Мы уже убедились, что метод работает и приносит пользу, и теперь нужно его углублять и улучшать. Планируем привлекать инвестиции или гранты, чтобы оплачивать работу расширенной команды внешних сотрудников. Но конечный продукт останется нашим совместным творением.

Все сотрудничество строилось на безвозмездной основе и энтузиазме, на общей идее и вере в перспективы. Они такие же полноправные участники и совладельцы этого продукта, как и я. Это наше совместное детище, и мы верим, что в будущем оно принесет плоды всем, кто в него вложился. Разработка уже подана на патент, и в ближайшее время, я думаю, он будет оформлен.

Сталкивались ли вы с барьерами внедрения этой технологии? Может, с непониманием со стороны пациентов или с какими-то нормативными аспектами, которые вас сейчас беспокоят?

— Нормативных препятствий здесь изначально быть не может. Я уже говорил, что мы не противоречим никаким клиническим рекомендациям. Мы просто по-новому планируем хирургическое вмешательство, которое и так было бы выполнено — никаких проблем с этим нет.

Что касается пациентов, то в 100% случаев, если я вижу, что человек настроен на диалог, и объясняю ему суть технологии, — он рад, что к его лечению применяется такой подход. Реакция всегда позитивная, никаких сложностей здесь не было.

Основные барьеры, с которыми мы сталкиваемся, — это технические моменты, связанные с доработкой самой программы. Например, не все компьютерные томограммы корректно подгружаются в систему — это исправляется. Хотелось бы иметь возможность моделировать расстановку не двух, а большего числа инструментов. Есть вопросы к интерфейсу, к удобству управления — это такие приятные хлопоты.

Я уверен, что на основе этой программы будет написан не один научный труд. Сейчас, например, стартует исследование по безопасности метода. Мы возьмем две группы пациентов: одна будет прооперирована стандартным проверенным способом (а рекомендаций, как именно проводить вмешательство, кстати, почти нет), а вторая — с применением 3D-планирования. Мы уже видим разницу во времени операции, и, на мой взгляд, осложнений становится меньше.

Какие осложнения могут быть?

— В российской практике к ним обычно относят события, которые привели к повторной операции, реанимации или интенсивной терапии — например, серьезное послеоперационное кровотечение. Таких случаев немного, порядка 3-5%. Но если взять все нежелательные события после операции — подъем температуры, временное нарушение работы кишечника, гематомы, усиленный болевой синдром, — то за рубежом их тоже учитывают как осложнения. При операциях по поводу рака толстой кишки, например, их суммарно набирается около 40%. И мы уже видим, что у пациентов, для которых применялось 3D-планирование, таких проблем объективно меньше — они лучше себя чувствуют.

Я связываю этот эффект с меньшей травматизацией тканей. Мы не тянемся и не давим инструментами, чтобы дотянуться до нужной точки, потому что все рассчитано заранее. И, наконец, достигнута главная цель, с которой все начиналось: стало технически проще выполнить реконструктивный этап. Например, при раке желудка соединить пищевод с кишкой вручную, швами, а не сшивающим аппаратом. И здесь — колоссальная разница. Пациенты с ручным анастомозом чувствуют себя значительно лучше, и проблем, связанных именно с этим этапом, мы практически не видим.

Что дальше будет с проектом? 

В дальнейшем у проекта появляется еще одно важное направление — обучение. На базе этой программы можно создать учебный модуль для хирургов. Есть такое понятие, как «кривая обучения»: сколько операций должен выполнить хирург, чтобы уверенно сказать: «Я это умею». Согласно опубликованным данным, чтобы освоить, например, резекцию желудка с использованием сшивающих аппаратов, нужно около 50 пациентов. А чтобы научиться делать то же самое с ручным швом — уже около 100. Это в два раза дольше, а на практике — очень длительный срок, учитывая дефицит специалистов в этой области. Так что с точки зрения обучения технология тоже дает положительный эффект.

Планируете ли вы масштабировать проект или сейчас сфокусированы на доработке?

— Процессы будут идти параллельно. Во-первых, нам нужно окончательно получить патент — он уже на стадии оформления. Затем мы будем продолжать улучшать программу до комфортного, «рабочего» состояния и пользоваться ей сами.

Но одновременно с этим мы планируем начать ее внедрение и масштабирование. Мы уже представляли проект в прошлом году на Всероссийской конференции с международным участием. Коллеги отреагировали с очень большим интересом. Дальше мы будем двигаться точечно: устанавливать программу в заинтересованных клиниках, собирать отзывы, проводить обучение и на основе этой обратной связи продолжать ее совершенствовать.

В конечном итоге, я вижу этот инструмент чем-то вроде сотового телефона для каждого хирурга — необходимым и повседневным. Моя мечта и цель — чтобы у каждого специалиста была своя программа, в которую он мог бы загрузить данные пациента и за несколько минут спланировать идеальную операцию. Чтобы в результате было хорошо всем: и хирургам, и пациентам.