Mateusz Michalak, hardware design leader z firmy Biocam, opowiada o meandrach technicznych i wyzwaniach związanych z opracowaniem innowacyjnej kapsułki endoskopowej, która ma być wsparciem w nieprzyjemnych dotychczas badaniach przesiewowych układu pokarmowego.
Z czego się składa kapsułka i jak działa wasz system?
Kapsułka składa się z otoczki zamykającej całą elektronikę, która musi być bezpieczna dla naszego układu pokarmowego i jednocześnie odporna na kwasy żołądkowe. We wnętrzu mamy matrycę, na której rejestrowane są zdjęcia. Matryca jest zintegrowana z obiektywem – czyli z optyką – który odpowiada za to, żebyśmy mieli odpowiedni kąt widzenia i ostrość na bliskim polu, potrzebnym do takiego badania. Kolejnym dużym elementem kapsułki jest system zasilania, a więc baterie, które muszą wytrzymać odpowiednio długo; rozmawiamy tu bowiem o badaniach, które mają trwać kilkanaście godzin. Oprócz tego prosty mikrokontroler, który odbiera zdjęcia, przetwarza je i przygotowuje do przesłania na bieżąco – dzięki układowi radiowemu – do urządzenia odbiorczego zamocowanego na ciele pacjenta. Odbiornik wyposażony jest w układ odbierający te zdjęcia, mikrokontroler, który je przetwarza, pamięć, do której są one zapisywane w trakcie badania oraz baterię potrzebną do jego działania. Po zakończonym badaniu urządzenie przesyła zdjęcia do platformy, na której zdjęcia są przechowywane i obrabiane – lekarz je może oglądać, opisywać czy też oznaczać zmiany, które go niepokoją.
Jak mu w tym pomagacie?
Jednym z elementów platformy są moduły związane ze sztuczną inteligencją (AI), które analizują zdjęcia po badaniu. Robią to pod kątem wyszukiwania różnych typów patologii, które możemy napotkać w układzie pokarmowym i sugerują lekarzowi, że w danym miejscu wystąpiły zmiany, którym powinien się przyjrzeć i poddać ocenie.
Ponieważ z jednego badania otrzymujemy ok. 60 tys. zdjęć, bardzo ciężko byłoby je obejrzeć w pełnym skupieniu, aby się nie rozproszyć nawet na sekundę. Sztuczna inteligencja ma wspomóc lekarza, zaznaczając ewentualne anomalie, natomiast nie podejmie decyzji za niego; zresztą najprostszą tego przyczyną są kwestie prawne.
Dużym plusem naszego rozwiązania jest to, że jedna patologia występuje na naprawdę dużej ilości zdjęć, często jest ich np. 20. Kapsułka porusza się bowiem stosunkowo wolno, fotografując z różnych odległości, co podnosi skuteczność modeli AI.
Lekarz dostaje zatem tylko te wybrane zdjęcia?
Nie, lekarz dostaje wszystkie zdjęcia. Z reguły przegląda je na zasadzie włączenia filmu, z zadanym klatkarzem. Może je przewijać w przód i w tył, a nasza platforma wskazuje niezależnie propozycje miejsc, na które lekarz powinien zwrócić szczególną uwagę.
Jakie wyzwania rodzi opracowanie kapsułki?
Największe wyzwanie, jakie stoi przy budowie takiego urządzenia, to znalezienie złotego środka, optymalizacji wszystkich parametrów. Bo każdy parametr wpływa na pozostałe. Musimy mieć relatywnie długie badanie i stosunkowo często robić zdjęcia, bo rozmawiamy tu o robieniu jednego/dwóch zdjęć na sekundę. Musimy mieć możliwość przesłania ich z kapsułki na zewnątrz, czyli mieć jak najmniej zakłóceń w torze radiowym i jak najmniej przekłamań w przesłanych danych. Ważny jest stosunkowo dobrej jakości obraz, ale – jak wiadomo – im większa rozdzielczość zrobionego zdjęcia, tym więcej danych do przesłania, tym więcej danych do przetworzenia, tym krótszy czas działania kapsułki. Więc największy problem przy takich projektach zawsze związany jest z tym, żeby rozdzielczość obrazka była taka, żeby przesłać go w jak najkrótszym czasie, żeby móc kapsułkę „wysłać do spania” na chwilę pomiędzy kolejnymi zdjęciami, aby oszczędzić jak najwięcej energii. No i dużym wyzwaniem w tym przypadku jest fakt, że urządzenie jest bardzo małe. Część układów, których moglibyśmy użyć, odpada automatycznie, bo nie mamy na nie miejsca. Taka kapsułka ma 11 mm średnicy, elektronika wewnątrz ma ok. 9 mm. To taki malutki krążek, w którym muszą się zmieścić układy potrzebne do działania. Kapsułka w teorii mogła być trochę większa, nie byłoby np. problemu z czasem jej działania, bo wystarczyłoby dołożyć kolejną baterię. Ale gdyby była większa, to trudno byłoby jej przejść przez niektóre obszary naszego układu pokarmowego, a poza tym użyteczność badania z punktu widzenia medycznego i wygoda dla pacjenta są kluczowe. Więc to taki system naczyń połączonych. Musimy więc znaleźć ten punkt, w którym wszystkie parametry będą optymalne, a równocześnie wystarczające, żeby urządzenie miało wartość diagnostyczną z punktu widzenia medycznego.
W jakim miejscu jesteście na tej drodze i co pozostało do zrobienia?
Stworzyliśmy do tej pory kilka prototypów. Na bazie ostatniego przeprowadzony został eksperyment medyczny, który pozwolił nam zwalidować użyte przez nas rozwiązania i aktualnie rozwijamy kolejną wersję kapsułki. Mieliśmy dobrany pewien tor radiowy, pewną matrycę, pewne baterie – wiemy, które elementy sprawdzają się dobrze, a które można trochę poprawić i w którą stronę, co doprowadzi do udoskonalenia kapsułki.
Pracujemy nad takimi zagadnieniami jak np. poprawienie długości działania naszego rozwiązania, nad częstotliwością robienia zdjęć, trochę nad jakością tych zdjęć, aby były jeszcze lepsze w stosunku do tego, co mamy. Kolejny czekający nas element to dostosowanie naszego produktu do produkcji masowej. Jest sporym zadaniem, żeby przygotować wszystko w sposób optymalny, żeby koszty produkcji były jak najniższe, co przełoży się na jak najniższą finalną cenę dla pacjenta.
Rozmawiał Jacek Bies
