UK Biobank завершил крупнейший в мире проект по сканированию всего тела

В выдающемся достижении, которое уже влияет на то, как мы выявляем и диагностируем заболевания, UK Biobank завершил крупнейший в мире проект по сканированию всего тела, отсканировав мозг, сердце, брюшную полость, кровеносные сосуды, кости и суставы 100 000 добровольцев. Эти сканы, выполненные в таком масштабе, показывают нам, что происходит в телах людей по мере их старения, чтобы мы могли понять, как, почему и когда мы заболеваем.

С 2015 года данные визуализации UK Biobank выпускались партиями, и ученые по всему миру используют эти данные для разработки лучших диагностических тестов для жизнеугрожающих заболеваний, таких как болезни сердца, деменция и рак. Вскоре утвержденные исследователи получат доступ к более чем одному миллиарду обезличенных изображений от 100 000 добровольцев. Используя их вместе с уже существующей информацией UK Biobank о стиле жизни, медицинской истории, генетике и белках крови, собранной у этих же добровольцев за последние 15 лет, эти данные визуализации позволяют исследователям видеть, способами, ранее невозможными, как все аспекты нашей жизни влияют на здоровье.

На данный момент на основе данных визуализации UK Biobank опубликовано более 1 300 рецензируемых научных статей. Результаты этих исследований уже улучшают медицинскую помощь в NHS и за его пределами. Например:

• Мемориальные клиники NHS по всей Великобритании теперь используют процессы, разработанные на основе UK Biobank, для анализа МР-изображений мозга, что помогает более точно диагностировать деменцию.
• Сердечная помощь улучшена более чем в 90 странах, так как врачи используют инструмент ИИ, разработанный с использованием данных UK Biobank, для анализа сканов сердца менее чем за секунду – раньше это занимало почти четверть часа – что позволяет им сосредоточиться на тех случаях, которые требуют наибольшего внимания.

После 11 лет работы, 100 000 сеансов сканирования, каждый продолжительностью около 5 часов, и инвестиций более £60 миллионов UK Biobank достиг этой знаменательной вехи.

Беспрецедентный масштаб этого проекта по визуализации – более чем в 10 раз больше всего, что существовало ранее – делает возможным для ученых видеть закономерности болезней, которые иначе было бы невозможно обнаружить. Сбор сканов от 100 000 добровольцев казался несбыточной мечтой… некоторые эксперты даже спрашивали, не добавили ли мы лишний ноль по ошибке! Этот масштабный проект визуализации делает невидимое видимым. Более того, объединяя эти изображения различных частей тела со всей генетической и жизненной информацией от наших добровольцев, ученые получают гораздо лучшее понимание того, как работают наши тела».

Сэр Рори Коллинз, профессор, главный исследователь и генеральный директор UK Biobank

Во время каждого сеанса у каждого человека собирали более 12 000 МР-изображений мозга, сердца и брюшной полости, а также сканы всего тела для измерения плотности костей и количества жира в организме, и ультразвуковое исследование сонных артерий. Каждый доброволец также предоставил ту же подробную информацию, что и при первом участии в UK Biobank около 15 лет назад, включая данные о стиле жизни, физических параметрах (таких как рост, вес и сила захвата), и образец крови.

«Я записалась на сеанс сканирования, потому что хочу помочь создать более здоровое будущее для всех нас. Вот почему я впервые стала добровольцем UK Biobank более 15 лет назад – чтобы быть полезной ученым, которые усердно работают для будущих поколений», – сказала Элисон, член Консультативной группы участников UK Biobank.

Данные визуализации в таком масштабе предоставляют больше информации о редких заболеваниях и разных стадиях распространенных болезней. Ученые также могут лучше сравнивать здоровые тела с телами, имеющими множественные заболевания, что в конечном итоге позволяет находить более мощные маркеры болезней.

«Исследование визуализации UK Biobank навсегда изменило ландшафт биомедицинских исследований. Огромный объем данных способствовал крупным прорывам в компьютеризированном анализе изображений. Теперь исследователи могут измерять размер, форму и состав практически каждого органа и ткани в теле за секунды, а не за часы на человека», – сказала профессор Луиза Томас, профессор метаболической визуализации в Университете Вестминстера.

Наряду с преимуществами, которые уже приносят пользу пациентам сегодня, эти данные визуализации стимулируют фундаментальную науку, что должно привести к созданию новых диагностических тестов и методов лечения. Среди таких достижений:

• Разработка ИИ-модели, которая создает персонализированную версию здорового сердца (на основе возраста, пола, веса и роста человека), что может использоваться для выявления различий между реальным сердцем пациента и моделью здорового сердца и раннего обнаружения признаков заболеваний сердца.
• Выявление того, что наши органы могут быть биологически старше нашего хронологического возраста, что позволит врачам видеть по сканированию тела и клиническим данным, какие органы подвержены риску развития болезней, и находить способы предотвратить это, в конечном итоге продлевая жизнь.
• Открытие новых связей между сердцем и мозгом. Например, как структурные изменения в сердце повышают риск психических расстройств, включая депрессию. Это важно для понимания заболеваний мозга.
• Демонстрация того, как инвазивная хирургическая процедура может быть заменена МРТ для диагностики и контроля распространенного заболевания – жировой болезни печени.
• Прогнозирование раннего начала 38 заболеваний путем объединения МР-изображений с другими данными о здоровье и использования ИИ, что показывает силу передовых технологий в прогнозировании рисков для здоровья задолго до появления симптомов.
• Выявление того, что потребление одного-двух единиц алкоголя в день связано с потенциально вредным уменьшением размеров мозга и его структуры, что, вероятно, приводит к повышенному риску потери памяти и деменции.
• Демонстрация того, что люди с одинаковым ИМТ могут хранить жир совершенно по-разному из-за генетики – у одних это повышает риск заболеваний, таких как диабет и болезни сердца, а у других – защищает.
• Использование DEXA-сканирования для выявления того, что у 1 из 10 людей среднего возраста без других симптомов есть кальцификация в брюшной аорте (основном кровеносном сосуде тела) – это широко недиагностированное, но смертельно опасное состояние.

Данные в таком масштабе открывают возможности использования машинного обучения для прогнозирования заболеваний за годы до появления симптомов.

«Прекрасно, что UK Biobank собрал такие обширные данные от щедрых добровольцев, а сканы добавляют еще один слой изысканных деталей. В одном недавнем исследовании использовались данные о сканировании мозга 20 000 участников, данные об активности и генетике для разработки ИИ-инструмента, который предсказывает, кто может заболеть болезнью Альцгеймера и Паркинсона. Я с нетерпением жду того, что покажут данные сканирования 100 000 человек!» – сказал профессор Пол Мэттьюс, председатель Рабочей группы UK Biobank по визуализации.

Этот проект также способствовал глобальной демократизации доступа к данным визуализации, превратив МР-изображения в данные, которые могут использовать исследователи за пределами области визуализации, включая ученых из менее обеспеченных стран.

«Мы получили невероятные отзывы о том, как исследователи по всему миру используют результаты проекта визуализации в тех областях науки, которые раньше даже не рассматривали возможность применения данных сканирования тела», – сказала профессор Наоми Аллен, главный научный сотрудник UK Biobank.

Проект UK Biobank по визуализации начался в пилотном режиме в 2014 году с участием более 7 000 добровольцев – что уже тогда стало рекордом. Основная фаза стартовала в 2016 году, приглашая 100 000 из 500 000 добровольцев UK Biobank на 5-часовые сеансы визуализации в одном из четырех специализированных центров по всей стране. Проект продолжает приглашать добровольцев на сеансы визуализации и после достижения цели в 100 000 участников.

Вторая фаза проекта началась в 2022 году и направлена на повторное сканирование 60 000 из этих 100 000 участников не ранее чем через два года после их первого сеанса визуализации. Этот проект продолжается и, как ожидается, будет завершен к 2029 году.

Данные UK Biobank предоставляются утвержденным исследователям партиями через безопасную облачную платформу UK Biobank Research Analysis Platform (UKB-RAP). Ожидается, что данные визуализации всех 100 000 участников станут доступны исследователям к концу 2025 года.