Skríning očnej sietnice treba robiť aj zdravým ľuďom
Mali by sme špeciálnu kameru, skenovali by sme očné pozadia a vyhodnocovali. Nemusel by to robiť lekár, nebolo by potrebné chodiť do ambulancie. Ideálna predstava by bol vlastný autobus. Môcť sa presunúť a pokračovať, hovorí riaditeľka Ústavu robotiky a kybernetiky FEI STU Jarmila Pavlovičová.
Pani profesorka, čo vás inšpirovalo pri výbere povolania?
Keď som šla na vysokú, nebola som presne rozhodnutá pre konkrétny odbor, ale matematika a fyzika sa mi zdali byť logickou voľbou. Išli mi dobre, bavili ma a mala som staršieho brata, ktorý študoval elektrotechniku. Šla som na ňu teda tiež. Ale musím sa priznať, že odbor telekomunikácie som si vybrala dosť náhodne (smiech).
V akom zmysle?
Nebolo to doslova naslepo, ale rozhodne som o ňom vtedy veľa nevedela. V študijnom programe však bolo uvedené, že je to odbor vhodný pre dievčatá. A tak som to skúsila.
Splnilo to vaše očakávania?
Áno, bola som spokojná. Štúdium bolo nielen zaujímavé, ale zároveň som počas neho stretávala mnoho ľudí, ktorí ma dokázali pozitívne motivovať. Oproti minulosti sa však obsah odboru veľmi rýchlo mení; informačno-komunikačné technológie idú dopredu šialeným tempom. Pamätám si na časy, keď sa objavili prvé mobily; bolo to ako malý zázrak. Dnes už poriadne nevieme, čo je pevná linka. Ak neberieme do úvahy klapky, cez ktoré si voláme do kancelárií (smiech). Celá táto oblasť je už niekde úplne inde.
A dal sa predpokladať takýto prudký vývoj?
Podľa mňa áno; teoreticky sme sa to vlastne všetko učili. Len to bolo v konečnom dôsledku o niečo rýchlejšie, ako sa predpokladalo.
Poďme k obdobiu po ukončení vášho štúdia. Zostali ste na fakulte?
Nie, odišla som pracovať do štátnej organizácie. Po roku ma však oslovili, aby som sa sem vrátila externe učiť. Začala som raz týždenne, časom sa tu uvoľnilo pracovné miesto, a tak som vtedajšie zamestnanie opustila. Bolo to obdobie, počas ktorého sme najmä učili; výskumu som sa začala intenzívnejšie venovať až po revolúcii, keď sa otvorili hranice. Prišli európske projekty, vycestovali sme do zahraničia na študijné pobyty, čo bol veľmi mocný stimul.
A čo ste pociťovali doma ako najvítanejšiu zmenu z hľadiska svojej profesie?
Najmä to, že odrazu bolo všetko dostupné. Predtým sme sa síce okrem učenia venovali aj nejakému zmluvnému výskumu, ale minimálne; niektoré články sa ani nedali zohnať. Museli ste ísť do technickej knižnice, dať si žiadanku, ten-ktorý časopis vám poslali, vy ste si ho skopírovali, vrátili... dnešní mladí ľudia už žijú úplne inak.
Akému výskumu sa v súčasnosti venujete na vašom ústave?
Vždy som sa prioritne venovala spracovaniu signálov, klasických, elektrických a podobne. Takisto spracovaniu obrazu a videa, nakoľko obraz je vlastne dvojrozmerný signál. Skúmame metódy spracovania digitálnych obrazov, metódy segmentácie a klasifikácie, venujeme sa aj využitiu metód spracovania obrazov v kompresii a kódovaní obrazov... všetko sú to veci, ktoré majú výrazný presah s mojím pôvodným smerovaním.
Ako by ste vysvetlili kompresiu obrazov bežnému čitateľovi?
Predstavte si klasický obrázok odfotený mobilom; dnes je už kvalitné rozlíšenie samozrejmosťou, čo znamená, že zaberie isté miesto. Keď si ho chcete stiahnuť z mobilu do počítača, prípadne ho niekomu poslať, treba si uvedomiť, že ide o obrovské množstvo dát. V skutočnosti však polovicu záznamu tvoria takzvané redundantné dáta, ktoré užívateľ vôbec nevníma. Výsledkom je, že keď ich nebudete prenášať, prijímateľ to vôbec nezaregistruje.
Akými metódami to dosahujete?
Musíte zahodiť, čo nepotrebujete, a to, čo potrebujete, pretransformovať na oveľa menšiu časť, teda vytvoriť skomprimovaný formát. U prijímateľa sa to znova následne rozbalí. Samostatnou kapitolou sú videá; ide o tridsať aj viac obrázkov za sekundu, čo je dosť náročné na prenos, a samozrejme aj drahé. A vy potrebujete prenášať ekonomicky, ale zároveň v dostatočnej kvalite. To sa dosahuje pomocou algoritmov, ktoré sa neustále vyvíjajú a zdokonaľujú.
Má toto zdokonaľovanie súvis s čoraz lacnejšou ponukou dát? Pred pár rokmi si užívateľ rozmyslel, čo a koľko pošle...
Tam by som skôr videla súvis s technickým vybavením; dnes sme už schopní prenášať pri iných frekvenciách, v iných pásmach, pomocou inej technológie. Všade je natiahnutá optika a internet... dávno to už nefunguje tak, že pripojenie ponúkali iba niekoľkí za neskutočné peniaze. Ale aj technológie spracovania signálov sú stále lepšie.
Poďme sa teraz pozrieť na projekt, ktorému sa v súčasnosti venujete na vašom ústave. Ak mám správne informácie, súvisí s biomedicínou. Prezradíte nám viac?
Ide o projekt, ktorý sa zameriava na výskum závažných ochorení a ich komplikácií, zameriavame sa na diabetes. Na Ústave robotiky a kybernetiky skúmame rôzne oblasti: modelovanie umelého pankreasu, správanie sa ľudí s touto chorobou a podobne. Pri cukrovke je narušený metabolizmus cukrov a následkom toho odumierajú jemné cievy a vlásočnice. A potom majú pacienti nedokrvené končatiny. Takýmto citlivým miestom je však aj očná sietnica, v ktorej je jemné krvné riečište, a cukrovkári ju veľmi často mávajú poškodenú (odborne sa tomu hovorí diabetická retinopatia). Keď sa podchytí zavčasu, dá sa veľmi dobre ošetriť a pacient môže žiť plnohodnotným životom.
Čiže sa vyhne oslepnutiu?
Áno. V civilizovaných krajinách je práve toto najčastejším dôvodom slepoty; diabetická retinopatia totiž nebolí a vy zistíte, že ju máte, až keď prestávate vidieť. Preto by diabetici mali pravidelne chodiť na skríning očného pozadia.
Ako vyzerá také vyšetrenie?
Ide o obrazy očnej sietnice, ktoré sa robia špeciálnou kamerou; vidieť na nich jasne aj prvé príznaky. Je to však náročné na čas; každý pacient musí ísť k lekárovi, ktorý mu rozkvapká oči, musí ho sledovať, značiť si výsledky... preto je tu snaha nájsť jednoduchší, „masový“ spôsob. Vedieť vyšetriť najmä diabetikov, ale ideálne celé obyvateľstvo. Mám na mysli hromadné vyšetrenie, kde by sa dalo s vysokou pravdepodobnosťou povedať, že táto skupina je v poriadku, táto má najvyšší čas a týchto ešte treba vyšetriť, lebo výsledok nie je jednoznačný. To je to, čomu sa v rámci spomínaného projektu venujeme.
Aký prístup využívate?
Veľmi populárne neurónové hlboké siete. Ide o veľmi moderný prístup rozpoznávania a klasifikácie príznakov diabetickej retinopatie.
Ako by hromadné vyšetrovanie očnej sietnice reálne vyzeralo? Chodiť pomedzi ľudí s prístrojom a zaradom skenovať?
Presne tak. Mali by sme špeciálnu kameru, zaznamenávali by sme očné pozadie a hneď by sme záznamy aj automaticky vyhodnocovali. Nemusel by to robiť lekár, nebolo by potrebné chodiť do ambulancie. Ideálna predstava by bola mobilné pracovisko, napríklad aj vlastný autobus. Môcť sa presunúť a pokračovať.
A je to v dohľadnej dobe reálne?
Máme celkom pekné výsledky. Ale pri tejto téme treba ešte zdôrazniť jednu vec: keď sa viacerí lekári pozrú na tú istú snímku, vyhodnotí ju s veľkou pravdepodobnosťou každý z nich trochu inak.
Presne na to sa chcem spýtať. Ako zaručíte, že pravdivosť vašich výsledkov bude stopercentná? Aby nestrácal chorý človek drahocenný čas s predstavou, že mu nič nie je...
My pracujeme pri vyhodnocovaní s databázami, ktoré sú voľne dostupné na internete. Je ich viacero a spravidla sa špecializujú na konkrétne oblasti oftalmoógie. Postup ich vzniku je spravidla nasledovný: nejaká výskumná inštitúcia, ktorá má k dispozícii snímky – univerzita alebo nemocnica –osloví viacerých oftalmológov, aby snímky ohodnotili. A potom príde na rad porovnávanie. Ako som už spomenula, nie vždy majú všetci jednotný názor na každú snímku. Tam, kde sa zhodnú aspoň na 80 percent, sa snímky považujú za správne zatriedené.
A v prípade, že by nastala vami opísaná ideálna situácia – mali by ste to mobilné pracovisko a chodili by ste robiť snímky – kto by niesol zodpovednosť v prípade zlej diagnostiky alebo nejakej chyby?
Takto. My nehovoríme o samotnom lekárskom vyšetrení; koniec koncov, ani odborník nenájde vždy všetko. My hovoríme o skríningu. Ten má pevné pravidlá, ktoré musia byť dodržané, aby sa výsledky dali považovať za relevantné. Na vyhodnocovanie úspešnosti používame medicínske kritériá, spomeniem senzitivitu a špecificitu.
Môžete tie pojmy bližšie vysvetliť?
Zjednodušene povedané, senzitivita hovorí, s akou presnosťou ste našli chorobné príznaky. Špecificita vyjadruje pravdepodobnosť, že ste zamietli zdravé oblasti, teda že sa im nebudete ďalej venovať. Samozrejme sú na to percentá; 80 musí byť senzitivita, 95 špecificita.
Ako je na poškodenej sietnici vidieť, že je poškodená? Sú na nej škvrny?
Áno. Žlté alebo červené evokujú začiatok ochorenia. Ak sa dá pozorovať zakrvácanie, ide už o vážny stav.
Ste veľký tím?
Ani nie, päť či šesť ľudí. A to som započítala aj svojich doktorandov (smiech). Treba ale dodať, že máme v tíme aj lekárku – oftalmologičku. Veľmi úzko spolupracujeme a významnou mierou sa podieľa na našich výsledkoch.
Ešte by som sa chcela spýtať na identifikáciu podľa očnej sietnice. Nakoľko je spoľahlivá?
Veľmi spoľahlivá. Ale ako stopercentná sa v tomto smere označuje dúhovka; aby som bola úplne presná, stopercentnú úspešnosť má v zamietnutí nesprávneho užívateľa. Falošne sa dostať do nejakého systému pomocou dúhovky je nemožné. Takáto kontrola má aj tú výhodu, že dúhovka je z pozície kontroly dobre dostupná; naopak sietnica nie je veľmi lákavá biometrika.
Prečo?
Lebo by ste museli mať špecifické zariadenie, byť veľmi blízko, veľmi presne sa pozerať, aby vám vôbec bolo možné sietnicu odfotiť. Ak sa niekde také čosi používa, musí ísť o niekoľkostupňové superzabezpečenie. Normálne je zaužívané overovať tvár a odtlačok prsta, ktorý má tiež dosť vysokú úspešnosť.
Párkrát som sa stretla s názorom, že nie je problém zobrať odtlačky danej osoby z pohára a použiť ich. Ide o reálne riziko?
No hlavne to nie je také triviálne, ako sem-tam vidieť vo filmoch (smiech). Tu si treba povedať, že máme dve možnosti využitia biometrík - jedinečných fyziologických a/alebo behaviorálnych znakov človeka: identifikáciu a verifikáciu. Identifikácia znamená, že vás zosníma kamera, pozrie sa do databázy a povie si, tomuto je najpodobnejší, tak to bude on. Verifikácia znamená, že sa prihlásite do banky, predstavíte sa jej a ona si vás ešte potrebuje overiť. Ale vyhodnocuje zhodu len s vašou šablónou uloženou v databáze.
Hlasová biometria je teda takisto verifikácia, však?
Samozrejme. Banky identifikáciu vôbec nerobia. To by bolo veľmi nebezpečné.
Prečo?
Pretože by vyberali z databázy na základe najvyššej podobnosti. Aj keď identifikácia má z tohto hľadiska tiež svoje medze; keby bola podobnosť povedzme päťdesiatpercentná, určite by ju systém zamietol. Ale deväťdesiat percent by mu zrejme stačilo. A tu už máme problém, lebo takú mieru zhody - dajme tomu v hlase - by sme napríklad u súrodencov asi našli. Preto je to dobré ako verifikačná metóda, ale nemôže sa používať ako identifikačná. A keď sa vrátime k dúhovke, tú nemajú identickú ani jednovaječné dvojičky.
Ešte sa vráťme k vášmu predchádzajúcemu výskumu na biomedicínske účely. Dal by sa ten istý využiť aj na bezpečnostné?
Sietnica samozrejme. Jej klasifikáciu pri určovaní príznakov ochorenia v podstate aj robíme; vieme ju rozpoznávať, čo by sa určite dalo aj takto využívať.
A dajú sa takéto poznatky aj zneužiť?
Vždy. Ten, kto má takéto údaje, ich musí mať veľmi dobre uložené. A je jedno, či ide o biomedicínsky, bezpečnostný, alebo aj iný výskum. Ide o citlivé údaje, na základe ktorých sa dá identifikovať užívateľ. A tie medicínske sú veľmi osobné; o svojom zdravotnom stave nikto verejne nehovorí.
Vy pracujete, predpokladám, s anonymnými dátami?
Pravdaže. Tam nič nehrozí. Ak bude výskum pokračovať podľa plánu, chceli by sme špeciálnu kameru, ktorou by sme si potom robili aj vlastné snímky. A tam už bude treba rozmýšľať aj o zabezpečení.
Opíšete tú kameru?
Vyzerá ako klasika u očného lekára; sadnete si pred ňu a priložíte oko. A ona umožňuje vytvorenie viacerých snímok a ich uloženie na ďalšie spracovanie.
A očakávate, že pri tvorbe databázy budú „objekty“ ochotné dať vám taký citlivý údaj, ako vlastná zrenica?
Samozrejme, museli by sme zaručiť, aby sa k dátam nedostali nepovolané osoby. Najbezpečnejšia je určite anonymizácia. Ale pokiaľ ide o výskumné účely, takto by som sa na to nepozerala; veď si predstavte, kde všade ste čo všetko počas života zadali. Či chceme alebo nie, nechávame po sebe stopu. Sú tu snahy o ochranu, napríklad v poslednom období GDPR, ale zoberte si, ako dnes „zúria“ už len sociálne siete. A čo všetko na ne ľudia dávajú. Tam je síce dobrá prezieravosť, ale v celkovom meradle sa v dnešnom svete nemôžeme úplne uzavrieť.
Text: Katarína Macková
Foto: Matej Kováč, archív respondentky, Messidor