Smart Engines создала носимый томограф весом менее 5 кг

Томограф весом менее 5 кг: Smart Engines пытается отделить 3D-диагностику от тяжелой механики

От сотен килограммов к чемодану

Компьютерная томография давно перестала быть исключительно стационарной технологией. Существуют мобильные КТ, которые можно перемещать между операционными, отделениями интенсивной терапии и другими помещениями. Но слово «мобильный» здесь обычно означает не устройство, которое можно нести в руках.

Один из известных примеров — CereTom, мобильный компьютерный томограф для исследования прежде всего головы и шеи. Его масса составляет около 362 кг. Более современный SOMATOM On.site компании Siemens Healthineers весит около 890 кг. Такие системы решают важную задачу: не пациента перевозят в рентгенологическое отделение, а томограф доставляют к его кровати. Однако они по-прежнему остаются крупным медицинским оборудованием.

Smart Engines предлагает существенно иной подход. Представленный компанией прототип весит менее 5 кг и помещается в чемодан. Разработчики называют его первым в мире носимым томографом свободного позиционирования.

Именно эту формулировку важно понимать точно. Утверждение о мировом первенстве принадлежит Smart Engines и пока не должно восприниматься как независимо установленный факт. Портативные и мобильные системы компьютерной томографии существуют давно; заявленная новизна российского проекта заключается в сочетании крайне малой массы, свободного ручного позиционирования источника и алгоритмической трехмерной реконструкции без традиционной механической траектории сканирования.

X-SLAM заменяет известную траекторию вычислением положения источника

В обычной компьютерной томографии геометрия получения данных жестко контролируется. Рентгеновская трубка и детекторы движутся по известной траектории вокруг пациента, а компьютер получает множество проекций под точно определенными углами. Зная положение источника и детекторов для каждого измерения, алгоритм может математически восстановить внутреннюю структуру объекта.

У Smart Engines принцип другой. Оператор может свободно перемещать источник вокруг исследуемой области. Возникает фундаментальная проблема: для реконструкции недостаточно самих рентгеновских изображений — необходимо точно знать, откуда и под каким углом был сделан каждый снимок.

Для решения этой задачи компания разработала технологию X-SLAM, объединяющую методы компьютерного зрения, рентгеновской томографии и искусственного интеллекта. Система оценивает пространственное положение источника во время съемки, после чего использует полученную геометрию для построения трехмерной реконструкции.

Программно-аппаратный комплекс при этом построен не полностью на специально созданном оборудовании. По данным Smart Engines, используется серийная сертифицированная рентгеновская аппаратная база петербургской компании «ЭЛТЕХ-МЕД». Собственная разработка Smart Engines сосредоточена прежде всего на алгоритмах позиционирования и трехмерной реконструкции.

10–15 проекций — одновременно преимущество и главный вопрос технологии

Smart Engines утверждает, что для получения трехмерной реконструкции системе достаточно 10–15 рентгеновских кадров — примерно в 100 раз меньше, чем требуется при классической компьютерной томографии.

Это принципиально важное заявление. В томографии количество и геометрия проекций определяют, сколько информации система получает об исследуемом объекте. Чем меньше измерений, тем сложнее восстановить трехмерную структуру без потери деталей и появления артефактов.

Поэтому реконструкция из малого числа проекций представляет собой не просто ускоренную версию обычного КТ, а значительно более сложную обратную математическую задачу: по ограниченному набору измерений требуется определить внутреннюю структуру объекта, которая могла породить эти изображения.

Компания связывает малое число снимков еще с одним потенциальным преимуществом — снижением лучевой нагрузки. Smart Engines заявляет, что доза может быть в сотни раз ниже, чем при стандартном КТ, и сопоставляет ее с естественной радиационной нагрузкой примерно за один день пребывания в Москве.

Однако именно здесь необходима особая осторожность. Количество проекций само по себе не позволяет автоматически вычислить эффективную дозу пациенту. Она зависит от энергии и интенсивности рентгеновского излучения, экспозиции каждого кадра, исследуемой области, геометрии системы и протокола исследования.

Поэтому утверждение о снижении дозы в сотни раз следует пока рассматривать как характеристику, заявленную разработчиком. Для медицинского применения потребуются количественные дозиметрические исследования и сопоставление не только дозы, но и диагностического качества изображения при конкретных клинических задачах.

Это пока не пятикилограммовая замена больничному КТ

Наиболее привлекательная интерпретация новости — полноценный компьютерный томограф удалось уменьшить с тонн до размеров чемодана. Но имеющиеся данные пока не позволяют делать такой вывод.

Современный клинический КТ должен различать структуры с небольшими отличиями по плотности, обеспечивать требуемое пространственное разрешение, контролировать артефакты и стабильно воспроизводить результат у пациентов разного телосложения и при различных заболеваниях. Для многих исследований важны скорость сканирования и способность получать диагностические изображения органов, которые движутся при дыхании или работе сердца.

Smart Engines сообщает о первых результатах, при которых качество изображения оказалось достаточным для обнаружения крупных осколков и определения их положения относительно костей и других анатомических структур. Это уже потенциально полезная задача, особенно вне крупных медицинских центров, но она существенно уже полного набора диагностических возможностей современного многосрезового КТ.

Неизвестными остаются пространственное и контрастное разрешение системы, максимальный размер исследуемой области, чувствительность к движениям пациента и ошибкам оператора, время получения и реконструкции данных, воспроизводимость результатов и диагностическая точность при различных заболеваниях.

По данным компании, прототип сейчас проходит апробацию в медицинских и ветеринарных учреждениях. Следовательно, речь идет о технологии на стадии проверки, а не о готовой альтернативе клиническим КТ.

Мировой тренд уже направлен на диагностику у постели пациента

Само направление, в котором движется Smart Engines, хорошо вписывается в более широкий международный процесс: медицинская визуализация постепенно перемещается туда, где находится пациент.

Мобильные КТ уже позволяют обследовать тяжелых пациентов непосредственно в отделениях интенсивной терапии. Исследования современных мобильных систем показывают, что по отдельным задачам качество изображения может приближаться к стационарным аппаратам, хотя сами устройства остаются тяжелыми.

Похожий процесс происходит и в магнитно-резонансной томографии. В 2020 году FDA разрешило к применению систему Hyperfine для МРТ непосредственно у постели пациента. Она использует низкое магнитное поле и по возможностям отличается от традиционных высокопольных МР-томографов, но демонстрирует ту же стратегическую идею: диагностическое оборудование постепенно перестает быть обязательно привязанным к специально оборудованному помещению.

Smart Engines пытается продвинуть эту логику значительно дальше — сделать рентгеновскую трехмерную визуализацию действительно переносимой человеком.

Чемоданный формат меняет не только размер аппарата, но и место диагностики

Если характеристики технологии подтвердятся, наиболее перспективными могут оказаться не те ситуации, где уже доступен полноценный КТ, а те, где компьютерной томографии сегодня вообще нет.

Это санитарный транспорт, небольшие медицинские пункты, удаленные территории, зоны чрезвычайных ситуаций и выездная хирургия. Возможна и более узкая клиническая ниша: быстрая трехмерная локализация инородных тел или оценка костных структур, когда транспортировка пациента к стационарному томографу затруднена.

В ветеринарии преимущество портативности может оказаться еще заметнее: крупное животное зачастую значительно проще обследовать на месте, чем доставить к томографу.

Есть и применения вне медицины. Разработчики рассматривают исследование произведений искусства, реставрацию, судебную экспертизу, таможенный контроль и промышленную дефектоскопию. Во всех этих областях возможность доставить трехмерную рентгеновскую визуализацию к объекту вместо транспортировки объекта к томографу может иметь самостоятельную ценность.

При этом медицинский путь будет наиболее требовательным. Для перехода от экспериментального прототипа к клиническому прибору недостаточно продемонстрировать красивую трехмерную реконструкцию. Потребуются стандартизованные испытания качества изображения и дозы, клиническая валидация для конкретных показаний, оценка безопасности, воспроизводимости и зависимости результата от действий оператора, а затем соответствующие регуляторные процедуры.

$5 млн инвестиций показывают необычную экономику разработки

Smart Engines сообщает, что вложила в проект около $5 млн собственных средств и не привлекала внешнего финансирования. Разработка заняла несколько лет и велась коллективом под руководством основателей компании Владимира Арлазарова и Дмитрия Николаева.

Экономически особенно интересен выбор архитектуры. Вместо создания полностью новой рентгеновской аппаратной платформы компания использовала существующее серийное оборудование и сосредоточила ресурсы на математике и программном обеспечении.

Такой подход потенциально сокращает капиталоемкость разработки. В традиционной медицинской визуализации значительная часть сложности заключена в прецизионной механике, детекторах, источнике излучения и инфраструктуре. Если часть требований к механической точности действительно удается перенести в алгоритмы, это может изменить не только массу прибора, но и стоимость производства и обслуживания.

Однако экономический эффект пока остается гипотезой. Smart Engines не раскрыла будущую цену системы, стоимость исследования, ресурс оборудования или сроки возможного коммерческого выпуска.

Следующий этап решит, является ли X-SLAM новой диагностической платформой

Самая важная проверка для проекта теперь происходит не на уровне идеи, а на уровне измеримых характеристик.

Нужно установить, при каких анатомических областях и клинических задачах 10–15 проекций действительно дают достаточную информацию. Не менее важно выяснить, насколько результат зависит от траектории движения руки оператора, движения пациента и различий между исследуемыми объектами.

Если технология окажется пригодной лишь для сравнительно простых задач — например, поиска крупных металлических инородных тел, — она все равно может получить практическую нишу. Если же удастся надежно визуализировать более сложные структуры и различия мягких тканей при низкой дозе, потенциальная область применения станет значительно шире.

Поэтому главный вопрос сейчас не в том, действительно ли томограф помещается в чемодан. Это уже инженерный факт, заявленный и продемонстрированный разработчиком. Гораздо важнее другое: сколько диагностической информации можно надежно извлечь из тех 10–15 рентгеновских проекций, которые этот чемодан способен получить.