Sztuczna inteligencja liczy uszkodzone chromosomy

Powstała aplikacja, która pozwoli szybko obliczyć dawkę promieniowania otrzymaną przez pacjenta. Program MaksChroms jest bezpłatny. Opracował go zespół naukowy z Warszawy i Kielc we współpracy m.in. z Federalnym Urzędem Ochrony przed Promieniowaniem (Niemcy) i Uniwersytetem Hirosaki (Japonia).

Biodozymetria to sposób oszacowania dawki promieniowania, jaką dostał człowiek, na podstawie pomiaru zmian w jego organizmie – najczęściej w komórkach krwi. Zamiast mierzyć promieniowanie „w powietrzu”, patrzymy, co zostawiło po sobie ślad w ciele – na przykład liczymy charakterystyczne uszkodzenia, którym podlegają chromosomy (tzw. dicentryki) albo badamy białka reagujące na napromienienie. To trochę jak oglądanie słojów drzewa po suszy – nie widzimy samej suszy, ale widzimy jej efekt i z niego wnioskujemy, jak silna była.

Technika ta jest używana po incydentach radiacyjnych (np. po kontakcie z kradzionymi lub uszkodzonymi źródłami promieniotwórczymi, po aktach terrorystycznych lub zdarzeniach w transporcie materiałów radioaktywnych), w medycynie (np. przy radioterapii) i w monitoringu pracowników narażonych na promieniowanie.

Po napromienieniu w komórkach organizmu częściej pojawiają się chromosomy z dwoma „zawiasami” (centromerami) zamiast jednego. Im więcej takich nietypowych chromosomów, tym większa dawka energii została pochłonięta przez tkanki. Do tej pory najpewniejszą metodą było ręczne ich liczenie na zdjęciach spod mikroskopu. To jednak praca żmudna i wrażliwa na różnice między ekspertami. Gdy ważny jest czas, potrzebne jest narzędzie, które policzy szybko, powtarzalnie i na wielu obrazach naraz.

Jak sztuczna inteligencja rozpoznaje napromieniowane komórki?

MaksChroms robi właśnie to. Wykorzystuje sieć neuronową, uczącą się na przykładach (to ten sam rodzaj algorytmów, które rozpoznają twarze czy znaki drogowe). Program działa w dwóch krokach, które nawzajem się kontrolują: najpierw wycina pojedyncze chromosomy z mikroskopowego zdjęcia matafazowego, czyli zdjęcia jednej komórki zatrzymanej w momencie pakowania DNA. Widać na nim pojedyncze chromosomy, które wyglądają jak krótkie pałeczki albo literki X. Program na początku wstępnie sprawdza, czy któryś z nich ma dwa centromery; potem inny moduł szuka centromerów niezależnie. Wynik uznaje się dopiero wtedy, gdy oba „spojrzenia” się zgadzają. Dzięki temu program mniej się myli na trudnych obrazach, gdzie elementy nakładają się na siebie lub są słabo widoczne. Można pracować w trybie w pełni automatycznym lub półautomatycznym – z szybkim podglądem i poprawkami operatora.

Żeby ocenić wiarygodność wyników zwracanych przez aplikację, autorzy badań skorzystali z dużej, międzynarodowej bazy zdjęć (projekt MULTIBIODOSE), zawierającej ponad 14 tysięcy obrazów, w tym – kilka tysięcy zdjęć ręcznie oznaczonych przez doświadczonych analityków. To ważne, bo algorytm uczy się na materiałach podobnych do tych, które potem zobaczy w praktyce. Efekt? Średni błąd wyliczenia dawki wyniósł ok. 0,42 grejów (Gy), czyli porównywalnie z rozrzutem między ocenami ludzi – ekspertów. Co więcej, autorzy uczciwie pokazują, gdzie program się myli: przy niskich dawkach ma on skłonność do zawyżania liczby uszkodzeń, a przy bardzo wysokich – do niedoszacowania. To jednak błąd systematyczny, który można skorygować własną krzywą kalibracyjną danego laboratorium. W praktyce jest to standard w tej dziedzinie – także ludzie liczą trochę „po swojemu”, więc każde laboratorium i tak wyznacza własne krzywe odniesienia.

Jak MaksChroms usprawnia pracę analityków?

Z perspektywy użytkownika najważniejsze są trzy rzeczy. Po pierwsze, tempo: program pozwala przerobić duże partie zdjęć w krótkim czasie, co jest kluczowe przy większej liczbie poszkodowanych. Drugim aspektem jest powtarzalność: ten sam obraz policzony dziś i jutro da bardzo zbliżony wynik, co ułatwia porównywanie serii badań i audyty jakości. Po trzecie, otwartoźródłowy kod – narzędzie jest darmowe i można je dostroić do własnej aparatury oraz warunków przygotowania próbek. To zwiększa szansę, że program przyjmie się w różnych laboratoriach, a jego rozwój będzie wspólną pracą społeczności.

Choć MaksChroms nie zastępuje specjalisty, odciąża go w najtrudniejszym etapie – żmudnym liczeniu. Ekspert może skupić się na kontroli obrazów, doboru danych i interpretacji. W sytuacjach kryzysowych przyspiesza segregację poszkodowanych według orientacyjnych przedziałów dawki (np. poniżej 1 Gy, 2–3 Gy, powyżej 4 Gy), co ma bezpośrednie znaczenie dla szybkiej pomocy. To przykład, jak sztuczna inteligencja może wspierać medycynę i bezpieczeństwo publiczne jako rzetelny automat do liczenia tego, co do tej pory liczył człowiek – tyle że szybciej i na większą skalę.

Kooperacyjny polski projekt

W projekcie uczestniczyło kilka polskich ośrodków. Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (Zakład Fizyki Biomedycznej) odpowiadał za koncepcję i rozwój narzędzia MaksChroms, przygotowanie oraz opracowanie danych, trening i walidację algorytmów, a także za przełożenie wyników na praktyczne procedury biodozymetryczne. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej (Warszawa) wnosiło wiedzę ekspercką w zakresie klasycznego testu dicentrycznego, kalibracjach dawek i ocenie jakości danych, współtworząc zaplecze do porównań algorytm-ekspert. Wydział Lekarski Uniwersytetu Warszawskiego zapewniał perspektywę kliniczną – od doboru protokołów po interpretację wyników w kontekście triażu i opieki nad poszkodowanymi. Robotec.ai (Warszawa) wsparło część inżynierską: optymalizację i integrację modeli sieciowych, automatyzację przetwarzania dużych partii obrazów oraz przygotowanie przyjaznego interfejsu użytkownika. Instytut Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach dołożył kompetencje biologiczne i cytogenetyczne, współuczestnicząc w opracowaniu procedur kontroli jakości i w analizie wyników. Prace nad opracowaniem narzędzia i jego testy opisano w czasopiśmie naukowym „Radiation Physics and Chemistry” (10.1016/j.radphyschem.2025.113329).

Przeczytaj także: AI i nowe technologie zmieniają funkcjonowanie placówek medycznych na coraz większą skalę. Korzystają na tym system i pacjenci

Źródło: naukawpolsce.pap.pl

Last Updated on 27 października, 2025 by Krzysztof Kotlarski