Společnost Topigs Norsvin disponuje velmi podrobným a efektivním systémem pro sběr dat z CT vyšetření. Tato data jsou nesmírně užitečná pro šlechtění prasat, mohou však být přínosná i pro vývoj diagnostických zobrazovacích metod v humánní medicíně.
Autor: Øyvind Nordbø, PhD, Výzkumný pracovník Topigs Norsvin.
Prasata a lidé mají relativně podobnou fyziologii, proto se prasata často využívají jako zvířecí modely při chirurgickém výcviku a v biomedicínském výzkumu. Na rozdíl od lidí mají prasata relativně krátkou délku života, takže u nich nenarážíme na stejné zdravotní riziko, jako je například možné poškození způsobené zářením při CT vyšetření.
V tomto článku se dozvíte, jak Topigs Norsvin díky sdílení svých znalostí a inovativních řešení přispívá k pokroku v humánní medicíně.
Obsah
Rozsáhlé CT skenování prováděné společností Topigs Norsvin generuje jedinečné datové soubory, které přispívají k pokroku v oblasti diagnostického zobrazování v humánní medicíně. Díky skenování s různými úrovněmi záření a pomocí protokolů dvojitého skenování (s kontrastní látkou i bez ní) poskytuje naše firma testovací data pro systémy umělé inteligence, která nelze získat od lidských subjektů. Tyto datové soubory pomáhají vyvíjet bezpečnější zobrazovací techniky s nižší radiační zátěží a umožňují využívat CT vyšetření srdce bez kontrastních látek. Společnost Topigs Norsvin nyní sdílí tato data s celosvětovými výzkumnými společnostmi a propojuje tak výzkum v oblasti zemědělství s inovacemi v medicíně.
Velkokapacitní CT skenování ve společnosti Topigs Norsvin
Na testačních stanicích kanců společnosti Topigs Norsvin, Delta Norway a Delta Canada, se každoročně provádí CT vyšetření u několika tisíc prasat. V našich šlechtitelských programech se CT vyšetření využívá k získání přesných měření různých vlastností jatečně upravených těl a zdravotních parametrů. Každý kanec je před vyšetřením podroben sedaci a tento zákrok nemá žádné prokazatelné vedlejší účinky.
V CT skeneru je kanec vystaven rentgenovému záření z různých úhlů. Tkáně s odlišnou hustotou, jako jsou kosti, svaly a tuk, pohlcují rentgenové záření v různé míře a odstíny šedé na CT snímku odrážejí hustotu skenovaného objektu. Skener vytváří 3D snímky ve vysokém rozlišení a abychom ze snímků skenovaných kanců získali přesné naměřené hodnoty, využíváme pokročilé počítačové modely.
PRŮBĚH: CT vyšetření probíhá na výzkumné stanici Delta Norway společnosti Topigs Norsvin. Společně s Delta Canada provádějí tyto stanice každoročně CT vyšetření u několika tisíc kanců, čímž získávají data, která jsou přínosem jak pro chov prasat, tak pro humánní medicínu.
Překážky v humánní medicíně
Vytváření kvalitních lékařských datových souborů o lidech naráží na dvě hlavní překážky. Zaprvé musí být zdroje dat zcela anonymní, aby byla chráněna soukromí pacientů. Anonymizace však brání vědcům propojovat jednotlivá měření u stejné osoby v průběhu času, což ztěžuje analýzu toho, jak genetické a environmentální faktory a životní styl vzájemně působí a ovlivňují zdravotní parametry. Toto omezení neexistuje v chovu prasat, kde lze po celou dobu života každého zvířete vést kompletní individuální záznamy, což vědcům umožňuje zohlednit environmentální faktory při výpočtu genetického potenciálu.
Za druhé, významným problémem je vystavení radiaci. Při CT vyšetření se využívá rentgenové záření. U plemenných kanců, kteří se dožívají maximálně dvou až tří let, nepředstavuje dávka záření z jednoho vyšetření žádné zdravotní riziko, protože není dostatek času na to, aby došlo ke kumulativnímu poškození. V humánní medicíně však pacienti často podstupují opakovaná vyšetření v průběhu mnoha let či desetiletí, což činí z vystavení radiaci závažný problém. Velká kumulativní dávka rentgenového záření zvyšuje riziko rakoviny, proto je minimalizace radiační expozice v humánní zdravotní péči prioritou.
Vysoce kvalitní zobrazování s nižší radiační zátěží
Aby se snížila dlouhodobá rizika spojená s CT vyšetřením, lze snížit dávku záření, což však má negativní dopad na kvalitu snímků. Jedním z možných řešení je naučit umělou inteligenci vylepšovat snímky tak, aby snímky pořízené při nízkých dávkách záření dosahovaly stejné kvality jako snímky pořízené při standardní dávce. Trénování takových modelů umělé inteligence vyžaduje velké množství dat, jejichž shromáždění je obtížné, protože by to lidské testované subjekty vystavovalo zbytečnému záření.
Ve spolupráci s Norskou univerzitou vědy a technologie (NTNU) a Univerzitou Sorbonne v Paříži provedla společnost Topigs Norsvin opakovaná CT vyšetření u 50 prasat při normální, nízké (25 %) a extrémně nízké (5 %) dávce záření (viz obrázek 1). Tato opakovaná měření prodlužují dobu každého prasete strávenou v CT přístroji pouze o několik minut, takže dodatečné náklady jsou relativně nízké. Na oplátku Topigs Norsvin získává od svých výzkumných partnerů podrobné a okomentované údaje o vnitřních orgánech, díky nimž může vylepšovat a rozšiřovat vlastní modely umělé inteligence, aby poskytovaly podrobnější zobrazení anatomie prasat.
Obrázek 1: CT snímky pořízené při normální (a), nízké (b), and extrémně nízké (c) dávce záření.
Vývoj CT vyšetření srdce bez kontrastní látky
Snímky z CT vyšetření se dobře hodí k rozlišení tkání různé hustoty. Krev a svalová tkáň však mají velmi podobnou hustotu, a proto se pro snímkování srdce často do krve přidávají kontrastní látky. Kontrastní látky obvykle obsahují jód, díky čemuž krev vypadá bělejší než srdeční sval. Použití kontrastních látek není vždy žádoucí. Například u pacientů se srdečním onemocněním, u nichž často bývá snížená funkce ledvin, může být použití kontrastních látek nebezpečné. U těchto pacientů se místo toho často používá magnetická rezonance (MRI). MRI je však mnohem dražší a časově náročnější než CT vyšetření, což způsobuje přetížení nemocnic.
Alternativou k MRI a CT vyšetření srdce s kontrastní látkou je vývoj umělé inteligence, která dokáže rozlišit krev a srdeční tkáň na CT snímcích pořízených bez kontrastních látek. Ve společnosti Topigs Norsvin se vědci zabývají podobným úkolem v rámci projektu s názvem „With Heart for the Pig“. Ačkoli kontrastní látky nepředstavují pro prasata žádné zdravotní riziko, nejsou schváleny pro použití v oblasti produkce potravin.
Ve spolupráci s partnery z Norské univerzity přírodních věd (NMBU) společnost shromáždila rozsáhlý soubor dat z CT vyšetření srdce prasat za účelem vývoje nových znaků relevantních pro srdeční funkci. Každé prase bylo vyšetřeno dvakrát: nejprve bez kontrastní látky a o několik sekund později s kontrastní látkou. Tento přístup založený na dvojím skenování vytváří soubor referenčních dat, který rozlišuje svalovou tkáň od krve, což umožňuje trénovat modely umělé inteligence na CT snímcích bez kontrastní látky.
Obrázek 2: CT snímek srdce s kontrastní látkou (vlevo) a bez ní (vpravo).
Iniciativa sdílet data
Tyto soubory referenčních dat jsou jedinečné a mají významný potenciál pro vývoj diagnostiky založené na umělé inteligenci v humánní medicíně. Společnost Topigs Norsvin si uvědomuje tento širší dopad a rozhodla se je proto sdílet s různými výzkumnými týmy zabývajícími se umělou inteligencí.
Naše firma dosud poskytla přístup k těmto údajům výzkumným pracovníkům z NTNU a pařížské univerzity Sorbonne. Topigs Norsvin se nyní chystá zpřístupnit část datového souboru vědcům z celého světa. Tato iniciativa, která překlenuje propast mezi zemědělským výzkumem a inovacemi v medicíně, dokazuje, jak mohou údaje z chovu hospodářských zvířat přispět k řešení zásadních překážek v oblasti lidského zdravotnictví.