В середине июня 2019 года консалтинговая компания Accenture выпустила исследование Digital Health Tech Vision, посвящённое использованию технологий в здравоохранении. По мнению экспертов, больницы и другие медицинские учреждения должны готовить себя к использованию блокчейна , искусственного интеллекта , дополненной реальности и квантовых вычислений .

К середине 2019 года эти технологии, которые в Accenture объединяют аббревиатурой DARQ (с англ. distributed ledger technology, AI, augmented reality и quantum computing), находятся на ранней стадии развития в медицинском секторе, однако в дальнейшем они смогут трансформировать здравоохранение .

2018: Как изменится здравоохранение к 2030 году: 5 технотрендов

В отчете компании Aruba (входит в HPE), вышедшем в апреле 2018 года, утверждается, что в течение 10 лет, по мере того как организации здравоохранения будут менять подход к оказанию услуг пациентам, внедряя технологии Интернета вещей , процедура медицинского осмотра изменится таким образом, что пациенты будут больше взаимодействовать с датчиками, камерами и роботизированным оборудованием, а не с врачами и медсестрами.

Отчет «Создание больницы 2030 года» (`Building the Hospital of 2030`) содержит результаты опроса высшего руководства организаций здравоохранения и футурологов. Он демонстрирует высокую вероятность и необходимость создания интеллектуальных рабочих пространств в области здравоохранения, которые будут включать в себя мобильные устройства, облачные технологии и технологии Интернета вещей. Кроме того, в отчете описывается, как эти изменения отразятся на обслуживании пациентов и повышении уровня клинической медицины.

В исследовании высказываются пять основных предположений по поводу того, как изменится здравоохранение к 2030 году.

1. Самодиагностика. Специальные мобильные приложения, носимые устройства и инструменты позволят видеть результат диагностики, следить за состоянием своего здоровья и даже самостоятельно делать снимки. Таким образом, пациенты получат возможность проводить диагностику широкого спектра заболеваний в домашних условиях без посещения больниц или поликлиник.

2. Автоматизированная больница. В приемных отделениях будут использоваться технологии обработки изображений и датчики, определяющие частоту сердечных сокращений, температуру тела и частоту дыхания, когда пациент входит в учреждение, а также устройства, которые смогут измерить кровяное давление и сделать ЭКГ в течение 10 секунд. Благодаря этому можно будет автоматически определять очередность оказания медицинской помощи и даже в тот же момент ставить диагноз.

3. Увеличение свободного времени медицинских работников вдвое. Врачи и медсестры, которым сейчас приходится тратить до 70% времени на административные процессы, смогут быстро анализировать снимки и истории болезни на мобильных устройствах. Благодаря этому у них появится значительно больше времени, которое они смогут уделять уходу за пациентами.

4. Хранилища цифровых данных. Цифровые карты пациентов будут интегрированы в устройства, что позволит автоматически обновлять информацию о состоянии здоровья и плане лечения. Таким образом медицинский персонал, сможет оперативно получать более полные данные в реальном времени для принятия оптимальных решений.

5. Принятие искусственного интеллекта. Искусственный интеллект (ИИ) будет играть все более важную роль в диагностике и лечении, а поддержка новых технологий со стороны общества вырастет. Люди будут охотнее соглашаться на автоматизированное обследование, при условии, что услуги будут разрабатываться и внедряться с учетом интересов пациентов, им разъяснят преимущества, а согласие на процедуру будет предварительно запрошено.

Профессор Университетского колледжа Лондона д-р Хью Монтгомери (Hugh Montgomery) рассказывает о возможностях повышения уровня медицинского обслуживания с помощью искусственного интеллекта:

Маниш Джунеджа (Maneesh Juneja), футуролог, занимающийся прогнозами в области цифровой медицины, делится мнением о перспективах самостоятельного медицинского ухода:

«Предположим, через 10 лет у вас будет выявлен диабет или повышенное артериальное давление. После этого вы сможете контролировать прием лекарств, и вам не нужно будет так часто посещать медицинские учреждения для корректировки плана лечения. Система будет удаленно анализировать ваше состояние в реальном времени, определять отклонения от режима питания или курса лечения и отправлять вам цифровые уведомления на умные часы или очки дополненной реальности ».

Согласно отчету Aruba, такие возможности совсем не относятся к научной фантастике. Подобное развитие технологий сможет сыграть решающую роль в улучшении ухода за населением преклонного возраста (по данным ООН, к 2030 году количество людей в мире в возрасте от 60 лет вырастет на 56%) и существенно повысить потребность в более качественных медицинских услугах.

Создатели отчета отмечают, что организации здравоохранения уже делают первые шаги по внедрению цифровых технологий, осознавая потребность в модернизации. Согласно исследованию Aruba, около двух третей медучреждений (64%) начали подключать приборы для контроля за состоянием пациентов к своей сети, а 41% организаций - устройства диагностической визуализации и рентгеновские аппараты. Эти активности являются этапами реализации стратегии Интернета вещей, которая предполагает объединение в сеть миллионов медицинских, носимых и мобильных устройств, эффективно обменивающихся актуальной информацией и обеспечивающих более качественное медицинское обслуживание.

Однако этот подход по состоянию на 2018 год сопряжен с определенными рисками. 89% организаций здравоохранения, которые реализуют стратегию Интернета вещей, столкнулись с утечками данных. В связи с распространением огромного количества новых устройств в ближайшие 10 лет основной проблемой для организаций станет сохранение пристального внимания ко всем устройствам, подключенным к сети и обменивающимся медицинскими данными, для контроля за выполнением строгих правил безопасности.

Фантасты описывают будущее как мир без докторов. Писатели уверены, что благодаря новейшим технологиям удастся победить все существующие сегодня болезни - от банального насморка до рака и вируса иммунодефицита человека.

Медицинская наука действительно развивается быстро. И не исключено, что когда-нибудь человечество доживёт до прекрасного времени, когда сможет забыть о болячках, вирусах и эпидемиях. А врачи станут ещё ближе к пациенту и будут предотвращать даже не начавшиеся болезни. Практически каждый из нижеприведённых 10 впечатляющих примеров медицины будущего - свидетельство такого максимально персонализированного подхода к каждому человеку.

В медицине будущего основное внимание будут уделять не лечению, а профилактике

Пройдёт совсем немного времени, и у медиков откроется чудесный дар предвидения. Они будут безошибочно предсказывать появление у человека болезней, которых пока что нет, и ничто их не предвещает. Зная уникальные особенности каждого конкретного индивидуума (включая его склонности и патологии), доктора смогут в полной мере взяться за профилактику. В первую очередь это коснётся сердечно-сосудистых и онкологических патологий.

Кроме того, обыденным явлением - как сейчас процедура УЗИ для будущих мам - может стать дородовая генетическая диагностика, которая расскажет всё о будущем младенце и о том, что его ждёт в жизни.

Результатом исследования будет преобразование ДНК таким образом, чтобы изменить дальнейшую судьбу человека и оградить его от определённых проблем со здоровьем. Добиться этого помогут специальные генетические зонды. Также на опережение будут использоваться вакцины и новейшие препараты, которые помогут «отремонтировать» повреждённые участки ДНК.

Каждый пациент получит свой генетический паспорт, что позволит врачам лечить болезни адресно, а продолжительность жизни увеличить как минимум на 10–20 лет.

Кстати, присутствие пациента при постановке диагноза очень скоро может стать необязательным. О текущем состоянии больного и будущих болезнях поведает его фотография. Компьютер, проведя анализ снимка, подготовит полную информацию о хронических и генетических болезнях человека по его физиогномике. Данную технологию (пока что требующую доработки) в примерном виде уже представили медики из Оксфорда.

Суставы будут печатать на 3D-принтере

Организм считает металлические и пластиковые протезы чужеродными, поэтому они не слишком эффективны

Для производства искусственных костей и суставов будут применять 3D-печать с использованием биоматериалов. В результате протезы смогут органично слиться с телом человека. Не исключено, что в некоторых случаях качество жизни пациента окажется даже выше, чем у здоровых людей: искусственные суставы, кости и мышцы будут более совершенными, а по своей силе превзойдут «настоящие».

Предпосылки для такого новшества начали появляться давно. Уже больше десяти лет протезы выпускают не из металла, а из более подходящих для этого материалов - пластика и керамики. Теперь на помощь медикам приходят 3D-сканирование и 3D-печать.

На словах технология выглядит довольно просто. Человеку делают рентген, на его основе создают цифровую модель повреждённого сустава и печатают его на 3D-принтере из биоразлагаемого материала. Затем с помощью стволовых клеток пациента наращивают реальные ткани. Постепенно они остаются, а биоматериал разрушается. В результате остаётся сустав, идентичный настоящему.

Революционную технологию опробовали в Великобритании. В госпитале Саутгемптона провели пробную установку импланта пожилому пациенту. При этом для закрепления были использованы стволовые клетки больного.

Аналогичные разработки активно ведутся и в Стране восходящего солнца. Причём японским медикам удалось создать искусственные суставы даже без использования биоматериала пациента. Для получения результата оказалось достаточно скомбинировать:

• стволовые клетки;
• белки, отвечающие за рост тканей;
• близкие к коллагену синтетические вещества.

Важно, что 3D-печать не просто предоставляет большое количество интересных возможностей для развития медицины, но и позволяет врачам стать более мобильными. Напечатать компоненты тазобедренного сустава можно будет прямо у больничной койки. Врачу понадобятся только персональные замеры и снимки больного.

Освоение 3D в медицине - дело уже ближайшего будущего. При этом самым непростым моментом в разработке, судя по всему, окажется тестирование суставов из биоматериалов, ведь обычно испытания проводятся на животных, а придётся опробовать всё на реальных людях. Кроме того, на исследования медикам потребуется получить официальное разрешение, а пока что право на подобное «конструирование людей» законодательно не прописано нигде в мире.

Печать таблеток на дому

Таблетка формируется путём печати слоёв полимера, смешанного с лекарственным веществом

Судя по всему, 3D-технологии найдут широкое применение и при производстве лекарств. Причём необходимое средство в нужной дозировке пациент сможет напечатать сам, не выходя из своей квартиры.

Конечно, для того чтобы это стало реальностью, технологию придётся отточить до совершенства. Ведь производство таблеток дома несёт риски, связанные с контролем качества.

Первый опыт подобной печати, кстати, уже есть. В Соединённых Штатах Америки этим способом была произведена пробная партия препарата Спритам, который используется для предупреждения припадков при эпилепсии. В России данное лекарство (известное также как Леветирацетам) включено в перечень препаратов, которые Правительство РФ утвердило в качестве жизненно важных.

Интересно, что Спритам по 3D-технологии получился несколько иным по сравнению с оригиналом. Структура напечатанного лекарства оказалась более пористой, что скорее плюс, поскольку это помогает лучшей всасываемости препарата.

3D-печать позволяет делать таблетки любой формы, оттенка и вкуса, то есть привлекательными для пациента. Это особенно важно в случае с детьми и пожилыми людьми. Также появляется возможность варьировать дозировку в широком диапазоне.

О здоровье больного расскажет тату

Тату наносят с помощью электропроводящих красок, при этом вместе с ними на кожу помещается микроконтроллер с несколькими чипами

Важным источником информации о здоровье человека могут стать микродатчики, помещённые в организм. Они будут производить круглосуточный мониторинг самочувствия пациента, в режиме реального времени фиксировать полную карту состояния и передавать её лечащему врачу.

Вариантов микродатчика может быть несколько:

• небольшая таблетка;
• нанесённая на участок тела биометрическая татуировка;
• микрочип под кожей.

Помимо измерения температуры, пульса и артериального давления, микрочип сможет проанализировать уровень насыщения кислородом. Анализ показателей будет доступен и самому человеку, что позволит вовремя заметить начало негативных изменений.

Устройство будет работать по принципу «умных» часов и фитнес-браслетов, только изнутри организма, а не снаружи.

Один из подобных микрочипов был недавно представлен американскими учёными. Специалисты Стэндфордского университета продемонстрировали серию датчиков, которые можно внедрить в организм человека, собрать с их помощью интересующую информацию, а затем в течение некоторого времени (до саморазложения прибора) использовать для отслеживания хода лечения и последующего состояния.

«Умные» линзы

«Умные» линзы не только вернут зрение, но и смогут собирать данные о состоянии здоровья, заменят паспорт и фотоаппарат

В ближайшем будущем о здоровье человека будут рассказывать практически все окружающие его предметы и гаджеты. В первую очередь - наручные часы, которые сообщат о состоянии пульса, пройденных за день шагах и уровне сахара в крови.

Процесс создания такой техники уже запущен. Например, всемирно известная компания Google представила контактные линзы, которые помогают скорректировать стремительно ухудшающееся зрение. Они имеют сразу несколько полезных в медицинском плане компетенций:

• считывают кровяное давление у пациентов, страдающих от глаукомы;
• проверяют уровень сахара в крови при диабете;
• передают данные о здоровье человека на беспроводной приёмник, а оттуда - как самому пациенту, так и его лечащему врачу.

Линзы от Google внешне ничем не отличаются от обычных, но, по своей сути, это заявка на создание искусственного глаза или же вмонтированной в него камеры.

Конкуренцию Google собирается составить корейская компания Samsung.

Искусственная кожа сможет восстанавливаться

Принцип заживления искусственной кожи состоит в том, что молекулы материала легко разъединяются, а затем восстанавливают изначальный порядок

Искусственная кожа будет использоваться в процессе лечения пациентов всё чаще. И уверенность в этом дают прорывные открытия, сделанные недавно американскими учёными. Роберт Лангер из технологического института штата Массачусетс представил открытую им «вторую кожу» - очень тонкий материал, структура которого в момент создания совпадает с характеристиками реальной ткани. При этом таких свойств хватает всего на сутки: через день разработка теряет свою упругость и силу.

Ещё дальше пошёл другой американский исследователь - Чао Вонг. Он вместе со своими коллегами по Калифорнийскому университету замахнулся на создание кожи, которая обладает способностью к самовосстановлению. Профессор объявил, что его задача - создать «покрытие» для супергероев, наподобие того, что можно увидеть в голливудских фантастических картинах.

По словам Вонга, его самый любимый киногерой - это Росомаха, которого не брали ни пули, ни колюще-режущее оружие.

Некоторые материалы, обладающие способностью к самовосстановлению, уже можно найти на рынке. Подобным свойством, например, обладает покрытие телефона LG Flex - своего рода предшественник будущих подобных технологий для человека.

Кардиостимуляторы будут размером с витаминку

Исследования показали, что мини-кардиостимулятор гораздо эффективнее и безопаснее обычного

Самый первый в мире кардиостимулятор был создан 60 лет назад. С тех пор технология претерпела серьёзные изменения. Впрочем, пределов для совершенства не существует: компания Medtronic некоторое время назад представила крошечный «кардиостимулятор будущего». Достоинств у ноу-хау несколько:

• размер не больше витаминки;
• для введения в организм не требуется хирургического вмешательства;
• не вызывает осложнений у большинства пациентов.

Технология от Medtronic не только произвела фурор в медицинских кругах, но и послужила толчком к дальнейшим разработкам мини-кардиостимуляторов, которые также не потребуют сложных хирургических процедур для внедрения в организм человека. Более того, можно прогнозировать и дальнейшее уменьшение технологии в размерах.

Кардиостимулятор Micra от Medtronic был представлен в 2013 году, но получил одобрение Управления продуктами питания и лекарствами США только в середине 2016 года.

Санитарами будут работать роботы

Уже сегодня существуют действующие прототипы роботов-санитаров, например, японский ROBEAR, который ухаживает за пожилыми людьми

Полностью отказаться от живых врачей и доверить процесс лечения пациентов роботам в обозримом будущем вряд ли получится. А вот возложить на разумные автоматы обязанности по уходу за больными - вполне реально. Например, весьма вероятно, что уже скоро роботов всё активнее будут привлекать к оказанию помощи лежачим больным. Электронные санитары смогут:

• поднимать и аккуратно перемещать пациентов в постели;
• помогать приподняться на кровати или встать с неё;
• пересаживать с кровати на инвалидную коляску;
• брать анализы;
• доставлять лекарства в определённой доктором дозировке.

Ещё большее значение приобретут роботы при исследовании информации из полученных анализов. Всего за несколько секунд умные машины смогут смоделировать варианты развития заболевания с учётом возможных побочных эффектов. При этом устройство предложит и варианты лечения, которые затем будут рассматриваться наравне с предложениями медика-человека. И пока что сложно сказать, чей прогноз и вариант лечения окажется точнее. Ведь даже созданные на сегодняшний день компьютеры помнят до 40 миллионов медицинских документов, касающихся всех существующих болезней, вариантов их протекания и борьбы с ними.

Первые роботы-санитары уже прошли проверку в рядах американской армии. Умные машины способны выносить раненых с поля боя, но пока не наделены необходимым набором медицинской информации.

Лекарства не придётся тестировать на живых существах

Каждый год в лабораторных исследованиях задействуют более 100 млн животных

Сейчас перед началом клинического использования все препараты проходят испытания на живых существах - животных или людях. Этичность таких экспериментов нередко подвергается сомнениям. Кроме того, испытания занимают немало времени и дорого обходятся разработчикам.

Уже скоро лекарственная индустрия сможет отойти от этого. Для проверки свойств новых препаратов будут использовать технологию современных микрочипов с находящимися в них клеточными культурами, полностью повторяющими работу отдельных органов и даже целых систем пациента. При этом результат будет понятен практически сразу, в отличие от долгих испытаний с участием большого числа добровольцев.

Эксперты полагают, что подобный способ доклинических исследований будет способствовать созданию лекарств от болезней, которые пока не поддаются лечению. В частности, это касается рака.

Новое сердце можно будет вырастить

Технология развивается медленно из-за нехватки финансирования - первые опыты были проведены в 2005 году

Американская учёная Дорис Тейлор из Техасского института сердца придумала технологию, которая в будущем может свести на нет очереди из пациентов, ожидающих трансплантацию. На помощь придёт «призрак сердца». Так Тейлор назвала свой метод, уже продемонстрированный на животных. Суть его в следующем:

• медики берут сердце животного, например, свиньи;
• погружают орган в химическую ванную;
• при замачивании очищают сердце от всех клеток, за исключением белка;
• заполняют получившийся «призрак» стволовыми клетками конкретного пациента, которому требуется операция.

Далее данный биоматериал подключают к специальному устройству, которое помогает органу начать функционирование в полной мере - за счёт искусственной системы кровообращения и лёгких. Следующими шагом должна стать пересадка органа человеку.

Подобный опыт профессор с успехом осуществила на животных - подопытных свиньях и крысах. И достигла успеха. Кроме того, технологию удалось применить к другим органам - трахее и мочевому пузырю. Пока что метод требует серьёзной доработки. Но момент, когда его можно будет использовать в полной мере, не за горами.

Во многом авторы фантастических произведений правы: в будущем человечеству удастся победить многие заболевания. Но наверняка появятся и новые вызовы, которые потребуют новых подходов и технологий, ещё более удивительных.

Революционные изменения происходят сегодня в различных сферах. Медицина в этом плане также старается не отставать, не смотря на свою традиционную консервативность. Новые препараты, новые методы лечения, новые технологии внедряются в медицину. Большинство устаревших методов лечения не обходятся без радикальных изменений.

То, что мы могли увидеть пару лет назад только в книгах фантастики, сегодня бурно обсуждается на медицинских конференциях, посвященных инновациям. Большой упор делается в последнее время на компьютерные технологии, которые внедряются в хирургию, используются для терапевтических и диагностических целей.

В медицине будущего важную роль отводят не лечению заболеваний, а их профилактике и раннему прогнозированию . Большое развитие получает внедрение диагностических приборов. Прогнозирование заболевания дает возможность экономить на лечении больного.

Благодаря интернету можно проводить консультации дистанционно, что экономит время не только пациента, но и врача.

Персональная электронная медицинская карта

Одним из этапов совершенствования современной медицины является персонализация данных и повышение коммуникации между врачами. Легкий доступ к истории болезни, позволяет назначать своевременное эффективное лечение.

Ведение медицинских карт постепенно может перейти в сеть. «Облачный» софт используется для хранения больших объемов информации в интернете. Благодаря интернету врачи разных клиник получают доступ к данным пациента. Электронные медицинские карты дают возможность своевременно узнавать о здоровье больного, назначать эффективное лечение. Связывание оборудования медицинского учреждения в единую сеть позволит получать данные обследования на портативные устройства врачей. В Соединенных Штатах Америки некоторые клиники уже работают по такому принципу. У врачей имеются планшеты, на которые поступает информация о пациенте: какие лекарства прописаны, результаты анализов и т.д.

Внедрение интернет-технологий экономит время пациента и врача. Не надо добираться до поликлиники, стоит только включить компьютер и можно связаться с медицинским учреждением. Некоторые врачи в России уже сейчас практикуют консультации по Skype . Видеозвонки дают возможность не только произвести опрос, но и сделать общий осмотр, что часто достаточно для общего представление о здоровье человека. Если все-таки необходима встреча с врачом, то записаться на прием можно также через интернет. Такой сервис можно уже сегодня встретить в некоторых клиниках, в том числе и в Москве.

Как будет проводиться диагностика заболеваний в будущем

Развитие медицинских технологий идет к тому, чтобы люди могли бы следить за своим здоровьем самостоятельно. Сегодня в каждом доме можно увидеть тонометры . Больные сахарным диабетом используют портативные глюкометры .

Аппараты для измерения давления, весы и другое портативное оборудование оснащается беспроводными передатчиками, которые позволяют данные сразу переносить на компьютер и вести учет за своим здоровьем.

К списку публикаций

Словно паук из пластика и стали робот нависает над верхней частью туловища пациента: длинные иглы проникают сквозь кожу и через них вводятся камеры, зажимы и скальпели. С их помощью на экране монитора хирург может удалить простату, прооперировать сердечные клапаны или отсечь фаллопиеву трубу. Даже раны он может зашить с помощью специального джойстика и ножных педалей.

Интерфейс «человек-машина»

Сцена из рекламного ролика производителя медицинских роботов кажется захватывающей и устрашающей. Но к этому пора бы уже привыкнуть. Подобные устройства уже около 15 лет применяются в операционных - только в Германии, по данным производителя, их установлено более 60 штук. Поэтому больший интерес представляет другой участник процесса: врач-хирург. На видео ему достаётся лишь второстепенная роль. И даже если пока он управляет набором инструментов на мониторе с помощью специальных манипуляторов и ножных педалей, послание в целом ясно: и операционные залы не обходятся без автоматизации. Рано или поздно машина заменит человека, которой ей сейчас управляет.

Разумеется, уже довольно давно существуют прототипы, которые могут выполнять определенные хирургические действия без вмешательства человека. Они используют фотоснимки и рентгенограммы, ультразвук и множество других сенсорных данных, чтобы на основании трёхмерной функциональной модели пациента разрабатывать и реализовывать стратегии операций. Первые исследовательские группы уже работают над разработкой нанороботов, которые перемещаются по кровеносной системе, охотятся на раковые клетки или поддерживают иммунную систему.

В последние годы медицина показала поразительное количество подобных сенсационных достижений. Тем не менее, самые большие успехи ещё впереди. Ведь процессы, начавшиеся 200 лет назад как ответ на вызовы промышленной революции, достигли своего расцвета в информационном веке. После того, как медицина объявила человека «ремонтируемым устройством», благодаря новейшим технологиям человек становится информацией и тем самым - частью алгоритмической революции. Если техника и медицина станут единым целым, это может расширить границы человеческого существования. Медицина, если угодно, обещает нам светлое будущее.

Индивидуальные человеческие «запчасти»

Браслет Ava собирает данные о менструальном цикле женщины, чтобы на их основании определить дни, благоприятные для зачатия

Совместное развитие высоких технологий и медицины можно свести к пяти основным процессам: алгоритмическая диагностика и профилактика заболеваний, автоматизация медицинских услуг, миниатюризация и мобилизация лабораторий, индивидуализация медицины и массовое индивидуальное производство человеческих органов.

Объединяет все эти разработки то, что они становятся возможными благодаря достижениям в области алгоритмических данных и обработки сигналов, стабильному, быстрому и повсеместному подключению к Интернету, а также огромным успехам в сфере компьютеризированных медицинских исследований. Однако эти, не только медицинские вехи, не имели бы никакого значения без нового представления о человеке в цифровой форме, а именно - концепции организма как комплексной, принципиально поддающейся управлению системе.

Следствия этой новейшей разработки, как описывает медицинский футурист и писатель Берталан Меско, являются весьма практичными: инструменты диагностики становятся всё точнее и всё чаще пациенты применяют их вместо врачей. Лечение всё чаще может быть направлено на ситуации отдельных пациентов, иногда даже на уровне ДНК. В конце концов, всё больше крупных операций и большинство мелких «планируются» компьютерами и выполняются роботами.

Компоненты для них, а также персонализированные лекарства изготавливаются в лабораториях. В целом изменяются традиционные отношения между пациентом, врачом, лабораторией и машиной: медицина становится индивидуальной, более точной и более сложной. Этот принцип осуществляется вплоть до общественного уровня, где огромные массивы данных о состоянии здоровья большого числа индивидов объединяются в своего рода модель медицинского прогноза для всего населения.

Тренд № 1: алгоритмы лучше лечат

Искусственный интеллект распознаёт рак кожи
Система профилактики рака кожи с применением смартфона действует благодаря распознаванию изображений. Она обнаруживает хаотическое разрастание тканей на фото родимого пятна.

Человеческое тело слишком сложно, чтобы понимать его как целое. Гораздо легче определить неполадки в системе, например, с помощью алгоритмов для распознавания образов. Нарушение сердечного ритма, хаотический рост клеток кожи или изменение голоса могут свидетельствовать о возникшей проблеме. Путём обучения машины в медицине можно отличить норму от отклонения. Это обещает успех, прежде всего, в мобильной профилактике болезней благодаря самим пациентам.

Так, в настоящее время разрабатывается несколько приложений, которые с помощью алгоритмов распознавания изображений могут идентифицировать проблемные родимые пятна, и они уже выполняют это точнее, чем когда-либо мог делать человек. Для этого не требуется даже очень хорошая камера или дорогой смартфон.

Этот метод является универсальным, независимо от того, используются ли визуальные данные, тоны сердца, особенности речи или абстрактные наборы данных. Путём сбора данных алгоритм учится отличать желательные образцы от нежелательных и затем с поразительной точностью находит их в новых данных.

Благодаря тому, что этот подход настолько хорошо зарекомендовал себя, он в настоящее время также испытывается для раннего определения болезни Паркинсона и шизофрении на основании коротких записей речи. Тем не менее, он также может применяться для анализа существующих массивов данных с целью поиска ранее неизвестных закономерностей, независимо от того, идёт ли речь об нераспознанных симптомах, скрытых взаимодействиях или даже мошенничестве с рецептами.

Впрочем, у алгоритмов уже появляются противники: поскольку алгоритмы находят связи, не улавливаемые ни одним человеком, они становятся непонятными (см. блок Проблема «черного ящика»).

Тренд № 2: роботы-хирурги и наномедицина

Робот-«оригами», созданный в Массачусетском институте, разворачивается в желудке или кишечнике; управление и перемещение осуществляется с помощью внешнего магнитного поля

Компьютеры уже довольно давно оказывают помощь при планировании хирургических вмешательств, а запрограммированные роботы, такие, как хирургическая система da Vinci, ассистируют людям-хирургам, обеспечивая выверенное перемещение инструментов. Их потенциал увеличивается вместе с точностью конфигурации их моделей пациентов.

Благодаря новым методам распознавания изображений они теперь настолько точны и современны, что роботы могут проводить операции частично или полностью автоматически. Так, например, робот Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) под наблюдением сшивает мягкие ткани с миллиметровой точностью. Свои выходные данные он получает от системы флуоресценции и передачи изображений в 3D, а также датчика давления.

В будущем медицинские наноботы будут выглядеть следующим образом: действующие подобно рою устройства размером с клетку, которые самостоятельно выполняют «профилактические работы» в организме, например, помогают при наращивании костей или отмечают клетки опухоли для иммунной системы. При этом наномедицина будет использовать механизмы тела: наноботы плывут в жидкостях организма к своей цели, как мини-«бродяги» прикрепляются к аутогенным клеткам или располагаются и формируют ткань вокруг органов, нуждающихся в помощи.

Тренд № 3: Из приёмной - в гостиную

Роботы-сиделки оказывают помощь при уходе за пожилыми и больными людьми; их человекоподобный внешний вид создаёт доверительную атмосферу

Основой для медицины будущего представляются новые объёмы данных, в которые также вносят свою долю и сами пациенты, благодаря новым инструментам диагностики и своей инициативе к самостоятельным измерениям. В этом случае смартфон может внезапно сообщить: лучше сходи к врачу, твоё сердце вытворяет странные вещи! Традиционные места медицинского приёма и в самом деле меняются: диагностика производится рядом с пациентом или незаметно по его профилю данных в вычислительном центре.

Кроме того, существует также целый комплекс биодатчиков и мини-лабораторий, которые могут выполнять сложные исследования без профессиональных знаний своих пользователей. Так, например, пациенты с маниакально-депрессивным психозом, к примеру, должны измерять содержание лития в крови с помощью хемосенсоров, а мужчины, желающие иметь детей, - качество спермы.

В виде проглоченной нанопроволоки подобные микро-лаборатории могли бы исследовать весь кишечник на биомаркеры раковых опухолей и, при их наличии, отправить уведомление на смартфон (и согласовать дату посещения проктолога). Благодаря объединению устройств в единую сеть медицинский персонал может управлять всё большим числом операций дистанционно, в том числе с помощью хирургических роботов. Подобные массивы данных смещают фокус с лечения на профилактику. Но они влекут за собой новые требования к защите данных и риски конфиденциальности.

Из 3D-принтера появляются на свет не только «запчасти» для людей, но и «обновления»: более прочные, более эластичные

Проблема «черного ящика»

На машинное обучение возлагаются большие медицинские надежды: с помощью этого метода в массивах данных с высокой степенью надёжности могут определяться известные образцы, например, нетипичное разрастание тканей, изменения речи или неблагоприятные особенности. Однако этот метод рискован! Распознавание образцов, в отличие от традиционных методов, едва ли является убедительным для людей.

Статистически верные, но совершенно бессмысленные взаимосвязи возникают вследствие искаженных данных подготовки алгоритма или большого разнообразия данных. Таким образом, дело доходит до фатальных ошибочных диагнозов, причины которых остаются необъяснимыми. Поэтому исследователи данных (например, Рич Каруана) предостерегают от слепой уверенности в алгоритмических «черных ящиках». Вместо этого необходимо выбирать традиционные методы, даже если они являются менее точными. И ещё: компании оберегают «чёрные ящики» от независимого контроля и тем самым монополизируют знания. Здоровье не должно становиться тайной.

Тренд № 4: биологические имплантаты из 3D-принтера

Пластиковые протезы из 3D-принтера - это только начало: не только печатные оригиналы становятся более сложными и бионическими (например, модель ноги козы, смоделированная командой исследователей). Материалы также становятся более интеллектуальными: новые протезы экономят энергию, передают сигналы обратной связи усилий в нервную систему и даже могут перемещаться с помощью мускульных импульсов.

3D-печать также увеличивает производство биоматериалов. Так, некоторые исследовательские группы представили методы изготовления полностью совместимой человеческой кожи: с помощью одного из них кожу «печатают» непосредственно на рану, которая ранее была измерена с помощью лазера. Другие послойно наносят в кюветы кожные структуры, которые в дальнейшем могут свободно использоваться. Преимущества аддитивной печати: с помощью подобных методов могут также создаваться сложные 3D-структуры из различных материалов, например, целые органы.

Тренд № 5: Индивидуальное лечение

По массе
Сети фастфуда используют высокие технологии для того, чтобы тайком сделать свою еду более полезной. Это могло бы помочь людям, мало заботящимся о здоровье, питаться лучше

Эти четыре разработки встречаются в супер-тенденции персонализированной медицины: вместо диагностики и терапии, направленных на помощь как можно большему числу людей, развиваются методы индивидуального лечения и производятся медикаменты для отдельных пациентов.

Например, при лечении рака лёгких это уже осуществляется с помощью т. н. «таблеточной терапии»: при этом с помощью генетического исследования определяется, существует ли определённая мутация клеток в опухоли, а затем на неё воздействуют специально подобранными медикаментами с меньшим числом побочных эффектов.

Персонализированная медицина пока находится в начале своего пути. Однако на горизонте уже ждёт генетика. В конечном итоге, благодаря новейшему методу редактирования генома CRISPR/Cas, который отличается низкими затратами и пригодностью для использования в массовом порядке, будет применяться индивидуальное вмешательство в генетический материал пациентов и возбудителей болезней.

Актуальная тема дискуссии: фармацевтическая промышленность находится в лихорадочном поиске новых биомаркеров, в том числе молекулярных следов данных или даже таких, из которых могут развиваться опасные болезни, протекающие без симптомов.

Будущее для всех

Соединённые
проводами
Космонавты на борту
МКС постоянно соби-
рают собственные
медицинские данные
и испытывают опера-
ции с использовани-
ем электронных ме-
тодов для оказания
первой помощи в
космосе

Современная медицина всегда была и историей технического успеха. В наши дни, когда всё больше стираются границы между биологией и технологиями, это могло бы означать новый порядок вещей для человека: считаются ли в этом случае болезнями пороки, ранее оцениваемые как природные? Если машины «заболевают», можете ли вы подхватить от них вирусы?

При этом не стоит забывать: величайшие открытия медицины никогда не привлекали всеобщее внимание. Искусство врачевания всегда расцветало именно в тот момент, когда могло принести наибольшую пользу человечеству, то есть тогда, когда оно становилось дешевле, проще, доступнее и универсальнее. И, возможно, это является одной из главных задач медицины будущего: обеспечить возможность исцеления всем, а не только избранным, с огромными затратами и невероятными методами.

Медицина будущего должна оцениваться по результату, а не по внешнему воздействию, поскольку её задачей является лечение болезней, а не празднование сногсшибательных успехов или упование технологическими новациями.

ФОТО: Universidad Carlos III de Madrid; Thomas Splettstoesser/wwwscistylecom/Wikipedia/CC BY-SA 4.0; dpa/Picture Alliance/AP Photos/Eric Risberg; Northwestern University; NASA; Fraunhofer IPA; Melanie Gonick/MIT

Технологии замены суставов и костей прошли долгий путь за последние десятилетия, части на пластиковой и керамической основе взяли верх над металлическими частями, а новейшее поколение искусственных костей и суставов заходит еще дальше: их будут делать из биоматериалов, чтобы они практически слились с телом.

Это стало возможным, конечно же, благодаря 3D-печати (к этой теме мы будем возвращаться неоднократно). Хирурги главного госпиталя Саутгемптона в Великобритании изобрели технику, с помощью которой имплант бедра пожилого пациента удерживается на месте с помощью «клея», изготовленного из собственных стволовых клеток пациента. Кроме того, профессор Университета Торонто Боб Пиллиар вывел процесс на новый уровень, создав импланты нового поколения, которые на самом деле имитируют кость человека.

Используя процесс, который связывает компонент кости на замену (с применением ультрафиолетового света) в невероятно сложные структуры с чрезвычайной точностью, Пиллиар и его команда создает крошечную сеть каналов и траншеек, по которым перевозятся питательные вещества в самом импланте.

Выращенные костные клетки пациента затем распределяются по этой сети, замыкая кость с имплантом. Со временем компонент искусственной кости растворяется, а выросшие естественным образом клетки и ткани сохраняют форму импланта.

Крошечный кардиостимулятор

С момента имплантации первого кардиостимулятора в 1958 году, эта технология, конечно, значительно улучшилась. Впрочем, после гигантских скачков в развитии в 1970-х, в середине 80-х все как-то застопорилось. Компания Medtronic, которая создала первый кардиостимулятор, работающий на батарейке, выходит на рынок с устройством, которое может произвести такую же революцию в области кардиостимуляторов, как и ее первое устройство. Оно размером с витаминку и не требует хирургического вмешательства.

Эта новая модель вводится через катетер в паху (!), крепится к сердцу маленькими зубцами и поставляет необходимые регулярные электрические импульсы. В то время как обычные кардиостимуляторы, как правило, требуют сложного хирургического вмешательства, создания «кармашка» для устройства рядом с сердцем, крошечная версия существенно упрощает эту процедуру и снижает частоту осложнений на 50%: 96% пациентов не выявляли никаких признаков осложнений.

И хоть Medtronic вполне может быть первым на этом рынке (имея полученное одобрение FDA), другие крупные производители кардиостимуляторов разрабатывают конкурентные устройства и не собираются оставаться за пределами рынка, годовой объем которого составляет 3,6 миллиарда долларов. Medtronic начала разработку крошечных спасителей в 2009 году.

Глазной имплант от Google

Вездесущий провайдер поисковой системы и мировой гегемон Google, похоже, планирует интегрировать технологии в каждый аспект нашей жизни. Впрочем, стоит признать, что вместе с кучей хлама Google выдает на-гора и стоящие идеи. Одно из последних предложений Google может как изменить мир, так и превратить его в кошмар.

Проект, который известен как Google Contact Lens, представляет собой контактную линзу: имплантируясь в глаз, она заменяет естественный хрусталик глаза (который разрушается в этом процессе) и приспосабливается, исправляя плохое зрение. Линза крепится к глазу с помощью того же материала, который используется при производстве мягких контактных линз, и имеет множество практических медицинских применений - вроде считывания кровяного давления пациентов с глаукомой, уровней глюкозы у пациентов с диабетом или беспроводного обновления с учетом ухудшений зрения пациента.

В теории, искусственный глаз Google может полностью восстановить зрение. Конечно, это еще не камера, которая имплантируется прямо вам в глаза, но поговаривают, что к этому все идет. Кроме того, непонятно, когда линза появится на рынке. Но патент был получен, а клинические испытания подтвердили возможность процедуры.

За последние десятилетия достижения в области создания искусственной кожи явили нам существенный прогресс, но два недавних прорыва из совершенно разных областей могут открыть новые направления для исследований. Ученый Роберт Лангер из Массачусетского технологического института разработал «вторую кожу», которую назвал XPL («сшитый полимерный слой»). Невероятно тонкий материал имитирует упругую молодую кожу - этот эффект проявляется мгновенно при создании, но теряет силу примерно через день.

А вот профессор химии Чао Вонг из Калифорнийского университета в Риверсайде работает над еще более футуристическим полимерным материалом: который может самовосстанавливаться от повреждений при комнатной температуре и пронизан крошечными металлическими частицами, которые могут проводить электричество, для лучших измерений. Профессор уверяет, что не пытается создать кожу для супергеров, но признает, что является большим фанатом Росомахи и пытается привнести научную фантастику в настоящий мир.

Что примечательно, некоторые самовосстанавливающиеся материалы уже появились на рынке - например, самовосстанавливающееся покрытие телефона LG Flex, которое Вонг приводит в качестве примера возможного применения таких технологий в будущем. Короче говоря, этот чувак действительно пытается создать супергероев.

Импланты мозга, восстанавливающие двигательные способности

Двадцатичетырехлетний Ян Буркхарт пережил ужасную аварию в возрасте девятнадцати лет, которая парализовала его от груди до пальцев ног. В течение последних двух лет он работал с докторами, которые настраивали и экспериментировали с устройством, имплантированным в его мозг - микрочипом, который считывает электрические импульсы мозга и переводит их в движение. Хоть устройство и далеко от совершенства - его можно использовать только в лаборатории, когда имплант подключен к компьютеру с помощью рукава на руке - оно позволило пациенту свинтить крышку с бутылки и даже поиграть в видеоигру.

Ян признает, что может и не получить выгоду от этих технологий. Он делает это больше чтобы доказать возможность концепции и показать, что его конечности, разъединенные с мозгом, можно заново к нему подключить с помощью посторонних средств.

Впрочем, вполне вероятно, что его помощь хирургии головного мозга и эксперименты, которые проводят по три раза в неделю, окажут огромную поддержку в продвижении этой технологии для будущих поколений. Хотя подобные процедуры использовались для частичного восстановления движений обезьян, это первый пример успешного преодоления нервного разъединения, которое вызывает паралич у человека.

Биоабсорбируемые трансплантаты

Стенты - сетчатые полимерные трубки, которые вставляются хирургическим путем в артерии, препятствуя их блокированию - сущее зло, которое приводит к осложнениям у пациента и демонстрируют умеренную эффективность. Потенциал осложнений, особенно у молодых пациентов, делает результаты недавнего исследования с участием биоабсорбируемых сосудистых трансплантатов весьма перспективными.

Процедура называется эндогенное восстановление тканей. Давайте простыми словами: в случае с молодыми пациентами, которые родились без некоторых необходимых соединений в сердце, врачи смогли создать эти соединения, используя продвинутый материал, который выступает в качестве «лесов», позволяя телу копировать его структуру с помощью органических материалов, а сам имплант впоследствии растворяется. Исследование было ограниченным, с участием всего пятерых молодых пациентов. Но все пятеро выздоровели без каких-либо осложнений.

Хотя эта концепция не нова, новый материал (состоящий из «супрамолекулярных биоабсорбируемых полимеров, изготовленных с использованием проприетарной технологии электропрядения») представляет собой важный шаг вперед. Стенты предыдущего поколения состояли из других полимеров и даже металлических сплавов и выдавали смешанные результаты, что привело к медленному принятию этого метода лечения во всем мире.

Хрящ из биостекла

Еще одна 3D-печатная полимерная конструкция может произвести революцию в методах лечения весьма изнурительных заболеваний. Группа ученых из Имперского колледжа Лондона и Университета Милано-Бикокка создали материал, который назвали «биостеклом»: комбинацию кремний-полимера, имеющую прочные и гибкие свойства хряща.

Биостеклянные импланты напоминают стенты, о которых мы говорили выше, но делаются из совершенно другого материала для совершенно другого применения. Одним из предложенных использований таких имплантов является выстраивание лесов для поощрения естественного выращивания хряща. Также они обладают саморегенерацией и могут восстанавливаться, если связи будут разорваны.

Несмотря на то, что первым испытанием метода будет замена межпозвоночного диска, другая - постоянная - версия импланта находится в стадии разработки для лечения травм колена и других травм в районах, где хрящ уже не отрастить. делает импланты более дешевыми и доступными в производстве и еще более функциональными, чем другие импланты этого типа, которые доступны нам в настоящее время и, как правило, выращиваются в лаборатории.

Самовосстанавливающиеся полимерные мышцы

Чтобы не отставать от коллег, стэнфордский химик Ченг-Хи Ли в поте лица работает над материалом, который может быть строительным блоком для фактической искусственной мышцы, которая может превзойти в качествах наши хилые мускулы. Его соединение - подозрительно органическое соединение кремния, азота, кислорода и углерода - способно растягиваться до 40-кратной своей длины, а после возвращаться в нормальное положение.

Также оно может восстанавливаться от проколов за 72 часа и заново закрепляться после разрывов, вызванных железной «солью» в компоненте. Правда, для этого части мышцы нужно поместить рядом. Куски пока не ползут друг к другу. Пока.

На текущий момент единственным слабым местом этого прототипа является его ограниченной электропроводность: при воздействии электрического поля вещество увеличивается всего на 2%, в то время как настоящие мышцы - на 40%. Это должно быть преодолено в кратчайшие сроки - и тогда Ли, ученые с биостеклянными хрящами и доктор Росомаха смогут собраться вместе и обсудить, что делать дальше.

Этот метод, который изобрел Дорис Тейлор, директор регенеративной медицины в Техасском институте сердца, не сильно отличается от упомянутых выше 3D-печатных биополимеров и прочего. Метод, который доктор Тейлор уже продемонстрировал на животных - и готов продемонстрировать на людях - совершенно фантастический.

Если коротко, сердце животного - свиньи, например - замачивается в химической ванне, которая разрушает и высасывает все клетки, кроме белка. Остается пустой «призрак сердца», который затем можно наполнить собственными стволовыми клетками пациента.

Как только необходимый биологический материал оказывается на месте, сердце подключается к устройству, которое заменяет искусственную систему кровообращения и легкие («биореактор»), пока не станет функционировать как орган и его можно будет пересадить пациенту. Этот метод Тейлор успешно продемонстрировал на крысах и свиньях.

Этот же метод имел успех и с менее сложными органами вроде мочевого пузыря и трахеи. Впрочем, процесс далек от совершенства, но когда его достигнет, очереди пациентов, ожидающих сердца для пересадки, могут прекратиться полностью.

Инъекция мозговой сети

Наконец у нас есть передовая технология, способная быстро, просто и совершенно опутать мозг сетью с помощью одной инъекции. Исследователи из Гарвардского университета разработали электропроводящую полимерную сеть, которая буквально впрыскивается в мозг, где проникает в его закоулки и сливается с веществом мозга.

Пока что сеть, состоящая из 16 электрических элементов, была пересажена в мозг двух мышей на пять недель без иммунного отторжения. Исследователи предсказывают, что крупномасштабное устройство такого плана, состоящее из сотен подобных элементов, может активно контролировать мозг до каждого отдельного нейрона в ближайшем будущем и пригодится при лечении неврологических расстройств вроде болезни Паркинсона и инсульта.

В конце концов, это исследование может привести ученых к более глубокому пониманию высших когнитивных функций, эмоций и других функций мозга, которые в настоящее время остаются непонятными.