Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Tema 3/3: AI i sundhedens tjeneste

Danske læger og forskere er med helt fremme, når det gælder ny digital sundhedsteknologi.

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Ny dansk udvikling inden for scanning, mikroskopi og analyse giver indsigt, som det ikke var muligt at opnå for bare få år siden, og er en glimrende repræsentant for moderne international sundhedsteknologi eller health-tech.

I to artikler har vi fortalt om de allerseneste internationale fremskridt og it-landvindinger i sundhedens tjeneste. Men vi kan sandelig også godt være med herhjemme. I denne tredje og sidste temaartikel går vi tæt på danske forskeres nye banebrydende opdagelser og de store muligheder, der dermed tegner sig forude.

Ny 3D-hjertescanner kan spotte enkelte celler

Aarhus Universitetshospital står i spidsen for ny forskning, der ved hjælp af Micro-CT kan scanne et hjerte på celleniveau og kortlægge hjertemuskelcellerne på baggrund af deres egenskaber. Projektet er sat i søen i samarbejde med universiteter i Manchester og Auckland.

AI Dr. Robert Stephen-son fra Aarhus Uni-versitetshospital har været med til at udvikle teknologien fra dansk side.

Micro-CT benytter principielt samme teknologi som de kliniske CT-scannere (Computed Tomography), men kan producere billeder i meget højere opløsning. Dette giver mulighed for at skabe temmelig nøjagtige digitale 3D-gengivelser, som kan printes ud som rumlige modeller i 3D og eksempelvis anvendes af kirurger under oplæring.

Ny viden i 3D

Micro-CT-billederne i 3D giver en lang række nye fordele. 3D-billeder består nemlig ikke af pixels, men af ”voxels”. Ved hjælp af matematiske modeller kan forskerne tilføje celle-egenskaber til hver af disse voxels og få dem til at opføre sig som cellerne i et normalt hjerte og endog til at virke realistisk sammen.

”Med den nye teknologi er det muligt at undersøge hjertets mikroanatomi, ligesom vi nu for første gang kan lave en fuld 3D-repræsentation af hjertets elektriske system,” forklarer dr. Robert Stephenson. ”Hjertets elektriske system er meget specialiseret væv, som det er ekstremt vigtigt ikke at beskadige under eksempelvis operationer.

AI En Micro-CT-scanner kan tage billeder på celleniveau med en opløsning ned til tusindedele af en millimeter.

Den mulige 3D-gengivelse er derfor meget værdifuld, ligesom 3D-scanninger også kan give hjertelæger ny og vigtig viden om, hvordan hjertesygdomme og misdannelser kan påvirke hjertets elektriske system,” konstaterer hjerteforskeren.

Ny analyse giver bedre behandlingsmuligheder til barnløse par

Forskere fra Rigshospitalets Klinik for Vækst og Reproduktion har udviklet en ny analysemetode, der gør det nemt og hurtigt ud fra en sædprøve at vurdere en mands frugtbarhed ved at undersøge, hvor mange af hans sædceller, der har potentiale til at befrugte et æg.

AI Billedet viser en sædcelle, hvor akrosomet er farvet grønt, og selve sædcellens hoved er farvet med en blå farve. Denne sædcelle vil ikke være i stand til at befrugte et æg.

I projektet, som er støttet af Innovationsfonden og ledet af seniorforsker Kristian Almstrup, har forskerne ved at inddrage dybe neurale netværk og andet analyseudstyr desuden udviklet en tracking-algoritme, der kan følge sædcellernes svømmemønster for at vurdere, om de pågældende sædceller også er gode svømmere.

På hat med ægget

Når det kommer til at hjælpe barnløse par, har forskningen traditionelt haft fokus på kvinden. Det aktuelle projekt sætter imidlertid fokus på mænds generelt faldende sædkvalitet.

Analysen kan nemlig ret hurtigt vise, hvor mange sædceller, der har et intakt såkaldt akrosom. Det er en slags spydspids, der sidder som en ”hat” på sædcellens hoved. Området kan udskille enzymer, der har den evne, at de kan nedbryde ægcellens seje ”skal” og trænge ind og befrugte ægcellen.

Tidligere har lægerne primært brugt mikroskop, når de skulle vurdere, hvor mange sædceller, der har været i en given sædprøve, hvor godt de svømmer, og om de er misdannede eller ej. Problemet er blot, at disse forhold ikke i sig selv kan forudsige, hvor fertil en mand er, for selv om en sædprøve viser et stort antal sædceller, nytter det ikke noget, hvis de har mistet akrosomet.

Til den nye hurtige og automatiske analyse af sædprøver anvender fertilitetslægerne et såkaldt image cytometer, der er en form for analysemikroskop udviklet af specialfirmaet Chemometech og netop sendt på markedet.

Analysemaskinen, der bærer modelbetegnelsen XCyto 10 gør det muligt i en enkelt arbejdsgang at bl.a. konstatere antallet af funktionsdygtige sædceller og foretage statistisk analyse.

Ifølge Kristian Almstup kan metoden potentielt bruges til at forudsige, hvilken type fertilitetsbehandling et barnløst par vil have mest gavn af, så lægerne bedre bliver i stand til at målrette deres behandling.

Samtidig vil de danske fertilitetsforskere også udnytte højopløste billeder af sædcelleprøver som grundlag for udvikling af avancerede algoritmer i samarbejde med bl.a. datalog Malte Stær Nissen fra Datalogisk Institut på Københavns Universitet.

Billederne vil omfatte såvel normale som anomale sædceller, og det er målet at udvikle et billedgenkendelsesprogram, der ved hjælp af intelligente algoritmer og neurale netværk afviklet på kraftige gpu’er, skal kunne opnå samme genkendelsessikkerhed som de professionelle laboranter, der i dag foretager de manuelle sædcelleanalyser på Rigshospitalet.

Billedgenkendelsesprogrammet skal derpå kobles til et ChemoMetec analyseapparat, der vil kunne tælle antallet af sædceller i en prøve, bedømme sædcellernes form, og om sædcellerne er gode svømmere i en enkelt hurtig arbejdsgang, så både patienter og fertilitetslæger fremover kan få resultatet med det samme frem for som hidtil typisk at skulle vente fra 2 til 14 dage på et svar.

Danske fysikere påviser kræft med kvantevidenskab

Fysikere på DTU er meget tæt på at have udviklet en slags kvantemekanisk diamantsensor, der kan tælle kræftceller i kroppen. Den nye sensor giver mulighed for med 100 % sikkerhed at fastslå, om en given igangsat behandling virker, og hvor virksom den er.

Selv en lille usikkerhed kan have store konsekvenser, fordi selv ganske få kræftceller kan sprede sig i kroppen. Sensoren er udviklet på baggrund af det faktum, at diamanter kan bruges som magnetfeltsensorer, og at kræftceller kan gøres magnetiske med biomagnetiske markører.

Tilmed vil styrken af magnetfeltet med stor sikkerhed indikere, hvor mange kræftceller, der er til stede. Problemet er bare, at det resulterende magnetfelt er så utrolig svagt, at det i praksis er stort set umuligt at måle.

AI På DTU foregår der mange kvantemekaniske forsøg, der både involverer diamanter og prismer, når fotoners vej og styrke skal måles.

Diamonds are forever

De danske DTU-forskere har imidlertid fremstillet diamanter, hvor enkelte kulstof-atomer er erstattet af nitrogenatomer, hvilket giver diamanten den egenskab, at den kun tilbagekaster rødt lys.

Styrken af det røde lys afhænger dog af det bestemte elektronspin, der er til stede i centret af diamanten, men DTU-forskerne har skabt et kvantemekanisk elektronspin med superposition, der så at sige er til stede to steder på én gang, og dette elektronspin kan udnyttes som højfølsom magnetfeltsensor.

Forskerne kan dermed måle antallet af magnetiserede kræftceller blot ved at se på ændringerne i det røde lys, som diamanten udsender, og metoden er derfor oplagt til medicinske scanninger.

Samtidig er der en række fordele ved diamanter i medicinsk sammenhæng. Der er tale om et meget robust materiale, og der er ingen sundhedsmæssig risiko ved at bringe dem i kontakt med kroppen.

Forskerne erkender dog, at der endnu er et stykke vej til et markedsklart apparat. Næste skridt er at forsøge at finde den rigtige udformning af udstyret i samarbejde med kolleger på DTU Nanotech. DTU-fysikerne forventer, at en første version af udstyret vil være klar om to år.

Tusind gange mere følsom end et almindeligt kompas

Et almindeligt kompas reagerer på et magnetfelt i størrelsesordenen 30-40 mikro-tesla. Den magnetfeltstyrke, der skal måles i forbindelse med cancerdiagnostik, er i størrelsesordenen et par snese nanotesla. Med andre ord skal de nye sensorer som minimum have tusind gange så høj følsomhed som et almindeligt kompas.

Nu kan læger få trådløst overblik i katastrofesituationer

Ved enhver større katastrofe eller ulykke er det afgørende at prioritere de værst tilskadekomne. Hidtil har de første redningsfolk på stedet anvendt farvede sedler med korte oplysninger om hver enkelt tilskade-komnes tilstand, hvorpå lægeholdene har måttet gå rundt fra patient til patient og læse sedlerne og samtidig danne sig overblik over omfang af ulykken og katastrofestedets beskaffenhed.

Nu har forskere ved Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland udviklet Rescue Wave. Det drejer sig om en lille stænktæt elektronisk enhed, der placeres på hver tilskadekomne, idet redderne samtidig indikerer den tilskadekomnes tilstand på en lille drejeskive.

AI RescueWave er en lille enhed, der fæstnes på patienten og trådløst sender gps-koordinater og andre vigtige oplysninger til et centralt website, så lægeholdet kan opnå langt bedre overblik.

Enheden overfører trådløst disse oplysninger sammen med de aktuelle gps-koordinater til en portal, hvor lægepersonalet kan se et kort over katastrofestedet med angivelse af ofrenes placering og kan straks aflæse deres tilstand med en farvekode efter drejeskivernes indstilling.

I fremtiden kan din læge ordinere en app fra app-oteket

For nylig er SIRI-kommissionen, der er et bredt samarbejde mellem en række fagtekniske eksperter, der bl.a. kortlægger, hvordan Danmark bedst kan drage fordel af udviklingen inden for kunstig intelligens og digital teknologi, kommet med en spændende udmelding: ”Danmark bør have en central, samlet og sikker opbevaringsplatform, der også omfatter et app-otek.”

Det betyder, at alle danskernes sensitive og dyrebare sundhedsdata efter kommissionens mening bør samles på en sikret portal til glæde for både borgere, forskere, sundhedssektoren og virksomheder.

Et websted, hvortil enhver borger trygt og eventuelt anonymt kan angive sine personlige sundhedsdata, og hvor læger altid kan tilgå disse oplysninger uden at frygte misbrug eller hacking.

Ny central sundhedsportal

I Danmark har vi i forvejen tradition for digitale sundhedsplatforme og registre som eksempelvis Sundhed.dk og CPR-registret, og Danmark vil derfor være en oplagt testnation for denne nye form for digital sundhedsteknologi.

Samtidig tilbeder vi danskere jo i stigende grad sundhedselektronik som smartphones og wearables til at følge med i vores helbred, og der bliver hvert år udviklet bunker af apps. Men der findes ikke nogen autoriseret rettesnor for, om alle disse apps reelt opfylder deres formål.

Derfor mener SIRI-kommissionen, at en vigtig del af den nye portal må være et såkaldt ”app-otek”, hvorfra borgerne kan hente godkendte og velegnede kvalitets-apps, som det ydermere skal være muligt at kunne få tilskud til.

Apps vil simpelt hen kunne være en aktiv del af en praktiserende læges medicinskab på linje med receptmedicin og indgå i hans app-otek, og din læge vil kunne råde dig og anbefale dig en godkendt app, hvad enten du skal huske din medicin, spise bedre eller motionere mere. Og det er tanken, at selve Sundhedsstyrelsen skal stå bag som garant for funktion og kvalitet.

Nyt dansk supermikroskop kikker på mange nye opdagelser

Novo Nordisk Fonden har bevilliget 60 mio. kroner til at sikre Københavns Universitet et avanceret cryo-elektron-mikroskop til analyse af proteinstrukturer og dermed sikre et forskningsprogram, der skal kortlægge proteiners tredimensionelle opbygning. Proteiner er biologiske byggesten og af afgørende betydning for sundhed og sygdom i alle levende organismer.

AI Udover selve Cryo-EM-mikroskopet skal der også oprettes en særlig forskergruppe inden for strukturel biologi, der skal koncentrere sin forskning omkring den nye teknologi.

Ikke kun til rådighed for universitetet

Et Cryo-EM-mikroskop anses for at være en revolution inden for strukturbiologi, idet mikroskopet gør det muligt med stor tydelighed at se biomolekylers strukturer og vurdere, hvordan proteiner, protein-DNA eller multiprotein-komplekser, der er involveret i sygdomme, kan angribes med både eksisterende og nye lægemidler.

Mikroskopet skal opstilles på Cryo-EM-afdelingen for Integrated Microscopy, men vil være tilgængeligt for hele Københavns Universitet, ligesom alle danske forskere og an-satte i industrien kan få adgang til det nye udstyr.

Dansk-svensk forskningssamarbejde

Novo Fonden har også afsat et millionbeløb til etablering af en forskningsplatform, der skal indgå i forbindelse med det nationale forskningslaboratorium i Lund. Dette center anvendes hovedsageligt til forskning i stråling og huser bl.a. partikelacceleratoren MAX IV, der blev indviet i 2017.

Støtten er på 255 mio. kroner, og når centret er fuldt udbygget i 2026, vil forskere kunne udnytte 25 specialiserede strålerør, som anvender forskellige teknikker inden for billeddannelse, spektroskopi og diffraktion.

Bevillingen giver mulighed for at udbygge acceleratoren med et nyt højteknologisk strålerør (betegnet MicroMAX), der bliver verdens mest avancerede af sin type. MicroMAX kan fokusere røntgenstrålerne i en meget stærk mikrostråle med en diameter, som svarer til blot cirka 1/50 af diameteren på et menneskehår.

Teknologien vil give forskerne helt nye muligheder for at forstå centrale biologiske og sundhedsrelevante spørgsmål og skabe grundlag for helt ny medicin. MicroMax vil desuden indgå i Copenhagen Bioscience Cluster, der er en klynge af forskningscentre og infrastruktur inden for biomedicin og bioteknologi fælles for Region Hovedstaden og Sydsverige.

AI Partikelacceleratoren MAX IV, der er placeret i det nationale forskningslaboratorium i Lund.

Vejen beredt for store dansk-svenske fællesprojekter

Med de store bevillinger til Cryo-EM og MicroMAX er vejen til omfattende fællesprojekter mellem Danmark og Sverige for alvor åbnet.

Godt nok er selve forskningsplatformen placeret i Sverige, men faciliteten vil også styrke danske forskeres position inden for ”livsvidenskabelig” forskning, og MicroMAX vil gøre centret til verdens absolut førende forskningsfacilitet inden for røntgenkrystallografiske studier af biomolekylers struktur, hvilket vil flytte grænserne for kompleksiteten af de biosystemer, forskerne vil kunne undersøge.

Og det vil igen tiltrække både nordiske talenter og international ekspertise inden for biovidenskab, medicin og bioteknologi. I alt skal forskerbyen i Lund rumme 250.000 m2 laboratorier, besøgscenter, kontorer og boliger. Byen er etableret af Lunds kommune, Lunds Universitet og Region Skåne.

Også Greater Copenhagen, der samarbejder med kommuner og regioner i Østdanmark og Sydsverige, har investeret i forskerbyen. 

Danske forskere har udviklet nyt målesystem til renvandsmåling

Forskere fra Danmarks Nationale Metrologi (DFM), der er et institut under DTU, har udviklet verdens første målesystem, der er internationalt godkendt til at måle den absolutte renhed af vand.

Rent vand og ultrarent vand anvendes først og fremmest i medicinalindustrien, men også inden for elektronik- og fødevareindustrien. Også turbineanlæg i kraftværker anvender særlig rent vand for at minimere uønsket kemisk nedbrydning af metaller og legeringer.

Rent vand er renset for både partikler, biologisk materiale og størstedelen af ioner, så der kun er en lille mængde opløste salte og gasser tilbage.

En vandprøves elektriske ledningsevne er primært afhængig af koncentrationen af opløste salte, og derfor er måling af ledningsevnen umiddelbart den mest simple metode til at bestemme renheden. Jo dårligere ledningsevne, jo renere vand. Men der skal kun meget små mængder forurening til for at ændre ledningsevnen.

AI Carsten Thirstrup fra DFM har lagt et stort arbejde i at udvikle den nye målecelle.

”Eksempelvis kan jeg nævne havvand, som vi opfatter som meget salt,” fortæller Carsten Thirstrup, der er tilknyttet DFM og har været med i udviklingen af målesystemet. ”Fjerner du 99 % af saltet fra havvand, får du drikkevand, og fjerner du 99 % af dette tilbageværende salt fra drikkevand, får du demineraliseret (destilleret) vand.

Men fjerner du nu 99,99 % af det tilbageværende salt igen, kan vi med den nye metode stadig måle et indhold af opløste salte, og at der altså ikke er tale om ultrarent vand”, forklarer han.

Til sammenligning nævner Carsten Thirstrup, at blot en kvart teskefuld køkkensalt (natriumklorid) opløst i et svømmebassin med olympiske mål (med 2,5 mio. liter) vil – hvis bassinet er fyldt med ultrarent vand – ændre ledningsevnen med 4 %.

Indtil nu har producenter, der anvender industrielt renvand, måttet klarlægge vandets renhed indirekte, fordi der ikke har eksisteret brugbare kalibreringsmetoder til renhedsmåling.

Det nye danske målesystem vil derfor give både forskningen og industri verden over bedre muligheder for både at dokumentere, at myndighedskrav er opfyldt, men kan også på sigt spare industrierne for mange penge, da det bliver simplere både at kvalificere og kalibrere udstyr til at måle vandets renhed.

Et spørgsmål om referencer

Det nye målesystem omfatter bl.a. en referencemålecelle, der kan måle ultralav ledningsevne. Det sker ved at bestemme modstanden ud fra impedans-spektroskopi og tillader direkte måling af selv meget ringe ledningsevne.

Ved at anvende denne målecelle som reference, kan andre måleceller kalibreres med stor nøjagtighed. DFM-forskerne har endvidere påvist fin overensstemmelse (inden for 0,1 %) mellem måling af prøver med det nye målesystem og et af instituttets andre målesystemer, der er specialiseret til måling af høj ledningsevne.