Eelmisel aastal tehtud analüüs näitab, et eesti inimene elab kauem kui kunagi varem, kuid terviseprobleemide küüsis võib ta veeta tervelt kolmandiku oma elust. Siin jääme selgelt Euroopa keskmisele alla. „Tervelt elatud aastad on Eestis valdkond, millega tuleb tegeleda,” on Fridolin veendunud. See puudutab nii inimese füüsilist kui ka vaimset tervist.

Tervisetehnoloogiasuunaliste uurimistööde üheks peamiseks eesmärgiks on leida meetodid, mis võimaldaksid tuvastada muutusi füsioloogilistes süsteemides ja nende töös varakult, enne haiguslike sümptomite ilmnemist, ning patoloogiliste muutuste teket.

„Infotehnoloogial, eriti signaalitöötlusel, on meie uurimistöös väga oluline roll ja need on vajalikud uute meetodite ja seadmete väljatöötamiseks,” selgitab Fridolin ning lisab, et massiline aktiivsusmonitoride ja spordikellade kasutamine näitab, et inimesed soovivad oma tervisliku seisundi kohta pidevalt teavet omada. Maailm liigub samal ajal aga personaalmeditsiini ja inimesekeskse lähenemise poole.

Võtmekoht – vaimne tervis

Depressiooni all kannatavate inimeste arv on viimase 10 aastaga kasvanud 40 korda ja moodustab üle 6 protsendi elanikkonnast. Depressioon on haigena elatud aastate üheks peamiseks põhjuseks. 

Tippkeskuse EXCITE koostöö raames on TalTechi tervisetehnoloogiate instituudi aju bioelektriliste signaalide uurimisrühma (prof Maie Bachmann, vanemteadurid Hiie Hinrikus, Jaanus Lass, teadur Laura Päeske, doktorandid Toomas Põld, Tuuli Uudeberg) eesmärgiks välja töötada objektiivne meetod aju mentaalse seisundi hindamiseks, mis võimaldaks avastada mentaalseid häired enne subjektiivsete sümptomite teket ja oleks kasutatav nii kõrge vastutusastmega töötajate (politseinikud, päästetöötajad, militaartöötajad) kui ka elanikkonna regulaarse tervisekontrolli puhul.

Aju bioelektrilisi signaale mõõdetakse peanahalt. See on justkui arvuti korpuselt tehtud mõõtmine, mille põhjal on vaja aru saada, kuidas arvuti töötab. Elektroentsefalograafia (EEG) kirjeldab ajus toimuvaid bioelektrilisi protsesse samal ajal neisse protsessidesse sekkumata, mis oleks võimatu invasiivse uuringu puhul. EEG puuduseks on madal ruumiline eraldusvõime, kuna signaal pindmistel elektroodidel kajastab paljude neuronite tekitatavaid välju. Samal ajal on EEG suureks eeliseks hea ajaline eristus, mis võimaldab toimuvaid bioelektrilisi protsesse jälgida enam kui millisekundilise täpsusega.

„Vaimseid häireid, sealhulgas depressiooni, diagnoositakse, kasutades subjektiivseid (testid, küsitlused) meetodeid. Professor Maie Bachmanni juhitava uurimisrühma üheks põhieesmärgiks on leida vaimsete häirete varajaseks ennustamiseks objektiivne ehk ajusignaalide mõõtmistel põhinev meetod,” kirjeldab Fridolin.
EEG võimsuste tasakaalu iseloomustamiseks tõi töögrupp sisse spektraalse asümmeetria indeksi SASI, mis iseloomustab EEG võimsuste tasakaalu ülal- ja allpool keskmisi sagedusi ning mida arvutatakse kui nende võimsuste suhtelist erinevust. 

„Huvitav oli prof Bachmanni uurimisrühma leid, et EEG võimsuste tasakaal sagedusribades, mis on valitud ülal- ja allpool maksimumsagedust, muutub, kui on tegemist depressiooni diagnoosiga patsientidega. Depressioonihaigete grupil oli SASI positiivne, enamikul tervetel uuritavatel negatiivne. 2021. aasta märtsis kaitses Laura Päeske sellesuunaliste teadusuuringute põhjal doktoritöö,” räägib Fridolin.

Laura Päeske doktoritöös, mis osaliselt põhines tippkeskuse EXCITE koostööl TalTechi aju bioelektriliste signaalide uurimisrühma ja arvutisüsteemide instituudi (prof Jaan Raik) vahel, järeldati muu hulgas, et juba ühe kanali EEG signaal annab võrreldava tulemuse mitme kanali kombineerimisega, ning pakuti välja, et aju kompenseerib kesise funktsionaalse võrgustiku tugevamate ühendustega. Lisaks eelnevale jätkub tippkeskuse EXCITE koostöö TalTechi tarkvarateaduse instituudiga (prof Juri Belikov), kus doktorant Tuuli Uudeberg seob tavapärased EEG signaalitöötlusmeetodid andmeteaduses kasutatavatega, arendamaks välja personaalseid aju seisundi markereid.

Väsimus ja vaimsed häired käivad käsikäes. Väsinud töötajatel on palju suurem risk sattuda depressiooni. Tippkeskuse EXCITE arvutisüsteemide instituudi (prof Gert Jervan, vanemteadur Mairo Leier) ja tervisetehnoloogiate instituudi (prof Ivo Fridolin, vanemteadur Kristjan Pilt, teadur Moonika Viigimäe, doktorant Ardo Allik) uurimisrühmade teaduskoostöö üheks väljundiks on töötajate füüsilise väsimuse ning stressi automaatne mõõtmine, mille jaoks esimesed sammud on astutud vastavate tehisintellektil (AI), masinõppemeetoditel põhinevate algoritmide arendusega. Esmalt keskendutakse füüsilise väsimuse hindamisele, kasutades reaalajas mitteinvasiivselt füsioloogiliste signaalide registreerimist. Valmimas on doktoritöö teemal „Kantavatel seadmetel põhinev inimese füüsilise väsimuse hindamine”. Tulevikus võiks tippkeskuse EXCITE teadustöö üheks väljundiks olla tööohutuse ja -mugavuse suurendamine tööriietesse peidetud süsteemide ning neis töötavate algoritmide arendamise kaudu. Selline tark töörõivas võib pakkuda töötajale võimalust olla teadlik oma töö- ja liikumisharjumustest, mida saaks kasutada lähteandmetena tõhusama ja ohutuma töökeskkonna ning ajakasutuse planeerimiseks või ohtlikes tingimustes olevate töötajate tööõnnetusi ennetavate mustrite automaatseks tuvastamiseks.

Suurt tapjat on võimalik vara tuvastada

Südame-veresoonkonnahaigused, näiteks ateroskleroos, on üheks peamiseks surma põhjuseks maailmas. Ateroskleroosi varajane avastamine ja selle tulemusena rakendatud õige ravi korral on võimalik edasine haiguse süvenemine ära hoida. Ateroskleroos ja naastude teke veresoone seinale on seotud arterite vananemisega. Erinevate haiguste, näiteks diabeedi puhul on arterite vananemise protsess kiirenenud. Arterite lupjumise tulemusena suureneb nende jäikus, mis põhjustab südame koormuse kasvu, sest veresoonte avaldatava suurema takistuse tõttu on verd raskem läbi soonte pumbata. See põhjustab omakorda veresoonkonnaga seotud haigusi, nagu hüpertensioon ja südame isheemiatõbi.

„Veresoonkonna seisundit on võimalik mitteinvasiivselt hinnata, kasutades pulsilaine analüüsi. Pulsilaine, mis tekib verd pumpava südame tekitatud rõhu muutuste lainelisest levist veresoontes, levib mööda aorti edasi teiste väiksema läbimõõduga arterite suunas, jõudes lõpuks välja perifeersetesse veresoontesse. Pulsilaine levikiirus ja kuju sõltuvad soone elastsusest ja vererõhust ning annavad seega olulist informatsiooni veresoonkonna seisundist ja vananemisest. Soone elastsuse vähenemisega pulsilaine kiirus kasvab ja selle kuju muutub,” selgitab Fridolin meetodi toimimist.

Veresoonkonna parameetrite mõõtmiseks on oluline valida mitteinvasiivne meetod, mis ei mõjutaks sooni ega verevoolu. Selleks sobib fotopletüsmograafiline (PPG) optiline meetod, millega saab registreerida vere hulga muutust. See meetod on integreeritud ka paljudesse tänapäeval üha laialdasemat kasutust leidvatesse aktiivsusmonitoridesse ja nutikelladesse. 

Vanemteadur Kristjan Pilt on arendanud PPG-signaali analüüsi uudse algoritmiga, kasutades pulsilaine kuju indeksit PPGAI, mis võimaldab saada usaldusväärset informatsiooni veresoonkonna seisundi kohta. Väljatöötatud algoritmi võrdlus kliinilises praktikas kasutatavate meetoditega koostöös Põhja-Eesti Regionaalhaigla kardioloogi ja TalTechi professori dr Margus Viigimaaga näitas uue meetodi eelist normaalsete ja suurenenud jäikusega arteritega uuritavate eristamisel. 

„Kristjani algoritmi eelis seisneb ka mürade mahasurumises PPG-signaalis, kasutades adaptiivset filtreerimist, ja pulsilaine kuju analüüsi sidumises südame taktsagedusega,” räägib Ivo Fridolin.

Tippkeskuse EXCITE ja arvutisüsteemide instituudi vanemteaduri Mairo Leieri koostöös on valminud ka optiline andur PPG-signaali registreerimiseks erineval sügavusel paiknevatelt arteritelt. Selliselt on võimalik laiendada signaali mõõtmise asukohti kehal ja suurendada meetodi täpsust.

Uudne meetod koos optilise pulsilaine registreerimissüsteemiga on perspektiivne kasutamiseks arterite elastsuse ja vanuse hindamisel südame-veresoonkonnahaiguste varajases diagnostikas. 

Kroonilised haigused kui suur murelaps

Kui ennetusega ollakse hiljaks jäänud, siis võib haigus süveneda krooniliseks. Krooniliste haiguste üha laienev levik on paratamatu protsess ka vananevas ühiskonnas, olles jõudmas, eriti arenenud riikides, epideemia tasemele. Euroopa Liidus kulutatakse umbes 70 protsenti rahvatervise vahenditest krooniliste haiguste vastu võitlemiseks. Lisaks on epidemioloogilised uuringud näidanud, et 14 protsendil 65-aastastest ja vanematest patsientidest on kuus ja enam kroonilist haigust. Veelgi enam, pandeemiline koroonaviirus COVID-19 on tõsine väljakutse kroonilisi haigusi põdevatele riskirühma haigetele.

„Lõppstaadiumis neeruhaigus on üks näide tõsisest kroonilisest haigusest. Erinevat tüüpi neeruhaigustega on hädas umbes 850 miljonit inimest kogu maailmas, mistõttu prognoositakse, et krooniline neeruhaigus on 2040. aastaks kaotatud eluaastate seas viies kõige levinum põhjus,” avaldab Fridolin.

Neerud puhastavad verd, filtreerides välja ainevahetuse jääkprodukte, sealhulgas mürgiseid ainevahetuse jääke ehk ureemilisi toksiine. Kroonilise lõppstaadiumis neerupuudulikkuse korral on sageli ainus võimalus kasutada neeruasendusravi, nn kunstneeru, mis hemodialüüsi käigus filtreerib kahjulikud ained verest välja. Neeruasendusravi on patsiendile eluliselt hädavajalik, kuid aeganõudev ja ebamugav protseduur. Ravi on väga kallis, üks kalleimaid krooniliste haiguste seas, aga ilma ravita haige sureks. Seepärast on hemodialüüsi efektiivsuse tagamine väga oluline. Ka raskelt COVID-19 põdevatel haigetel on suur risk pöördumatuks neerukahjustuseks ja neist võivad saada dialüüsipatsiendid.

Neeruasendusravi kvaliteeti ja tulemuslikkust on traditsiooniliselt kontrollitud keemiliste analüüsidega, võttes perioodiliselt vereproove. Puuduseks on haigele hinnalise vere kadu, keemiliste reagentide kasutamine ja keeruline mõõteprotseduur.

Biovedelike optika uurimisrühma kuuluvad professor Ivo Fridolin, vanemteadurid Jürgen Arund, Jana Holmar ja Risto Tanner, teadur Sigrid Kalle, doktorant Joosep Paats ning insenerid Rain Kattai ja Deniss Karai. Koostöös Põhja-Eesti Regionaalhaigla nefroloogide dr Merike Lumani, dr Annika Adobergi ja dr Liisi Leisiga ning biokeemia labori kvaliteedijuhi Kai Lauriga (SYNLAB Eesti OÜ) pakkus uurimisrühm välja põhimõtteliselt uue lähenemise hemodialüüsi kvaliteedi kontrolliks ja monitooringuks. Selles kasutatakse optilist kiirgust, täpsemalt vastavate markermolekulide neeldumis- ja fluorestsentsomadusi. Mõõtes optilise meetodi abil erinevate molekulide neeldumis- ja fluorestsentsspektreid heitdialüsaadis, on võimalik hinnata nende kontsentratsiooni ja seega jälgida neeruasendusravi reaalajas.

Heitdialüsaat on vedelik, mis kannab verest välja filtreeritud jääkained minema, tavaliselt kanalisatsiooni. Optilise meetodi eelisteks on, et mõõtmine toimub heitdialüsaadil, pakkudes seega monitori lihtsaimat ühendamise võimalust, dialüüsi protsessi mingilgi moel häirimata. Ei ole vajadust võtta vereproove ega kasutada keemilisi aineid. Varieerides optilisi sagedusi ning neeldumis- ja fluorestsentsspektreid, on võimalik registreerida erinevaid, nii väikesi kui ka suuri molekule. Teadustöö tulemusena on väljaarendamisel reaalajas mõõtev sensor ehk nn Multicomponent Monitoring (MCM) kontseptsioon, mis kasutab uurimisgrupi väljatöötatud optilist meetodit toksiliste jääkainete verest eemaldamise jälgimiseks. Tippkeskuse EXCITE koostöö On-Chip Health Technology rakendamiseks arendatava MCM-sensori riist- ja tarkvara töökindluse testimiseks professor Artur Jutmaniga Testonica Lab OÜ-st on jätk varasematele ühisarendustele professor Raimund Ubari uurimisgrupiga.

Rohkem kvaliteetset infot digilukku

Eesti Haigekassa on juba peagi olukorras, kus raha ei jätku kõigile. Arstiravi kättesaadavus muutub keerulisemaks. Inimesed peavad arvestama, et kui nad ise oma tervisest ei hooli, siis kahaneb enneaegselt ka nende elukvaliteet. 

„Seda kardavad inimesed tegelikult kõige enam. Et sul on materiaalsed võimalused elu nautimiseks, aga sa ei saa, sest tervis on kehv. See on suureks motivaatoriks, et muuta inimeste käitumist,” räägib Fridolin. Tekibki küsimus, kas ühiskond peaks siis kinni maksma selle inimese ravi, kes hoolimata lihtsatest teada-tuntud tervisetõdedest neid ise ei järgi ja endiselt sel moel oma tervise eest hoolt ei kanna? Kas siin aitaks piisav personaalse terviseinfo olemasolu?

Ivo Fridolin on seda meelt, et Eesti inimese digilukku peaks jõudma rohkem kvaliteetset infot. Inimesi peaks mõõtma ja tulemustest ka neile teada andma. Võtame või klassikalised parameetrid, nagu vererõhk või veremarkerite tulemused. Need näitajad, mis on seotud kõige suuremate terviseriskidega. Olemas on sama soo ja vanuse esindajate keskmised tulemused ning sa näed pidevalt, milline on sinu seis võrreldes nendega.

„Kui läheb punasesse, siis tuleb sekkuda. Oluline oleks tekitada ajajoon, et näha trende. Noorest peast, enne täiskasvanuiga, tuleks kõik olulised näitajad personaalselt ära mõõta ja hakata siis trende projitseerima,” usub Fridolin.

Fridolin tõdeb, et meie e-tervis ei ole enam aastaid edulugu olnud. Eelkõige seetõttu, et puudub lihtne ja kasutajasõbralik viis andmete kvaliteetseks sisestamiseks, mis arstile patsiendi ärakuulamist võimaldaks. Lisaks tehnoloogilised ühilduvusprobleemid eri süsteemide vahel. Osaliselt seetõttu puudub arstil võimalus saada koondvaade patsiendi elutähtsatest näitajatest, riski- ja ohuteguritest ning analüüside vastustest aegreana, mis annaks kiire ülevaate patsiendi seisundi muutumisest. Meie andmed on killustunud ja ebasüstemaatilised ning tekkinud ei ole suurandmeid, mida meditsiin hädasti vajab. Ei ole sel juhul kasu ka masinõppest, tehisintellektist. „Kui sisestatud info on kehv või puudulik, siis on ka tulemus sama,” toob Fridolin välja. Väga oluline on ka meedikute kaasatus kogu protsessis.

Lõpetuseks tasub öelda, et tervisetehnoloogiate areng ei vii meid mitte lähemale surematusele, vaid teadmisele, et surm on paratamatu nähtus. Just seetõttu on eriti oluline, et elatud aastad oleks võimalikult haigustevabad. Selleks peavad inimesed suure töö ise ära tegema, sest kõige lähemad sensorid ja andurid asuvad justnimelt meie endi sees ja küljes.

Artikkel ilmus Eesti IT Tippkeskuse EXCITE ajakirjas 2021. aastal. Loe veebiversiooni.

Tutvu Eesti IT Tippkeskusega EXCITE: www.excite.it.ee

Fotod: Hendrik Osula, Arno Mikkor

Excite-t rahastatakse Euroopa Regionaalarengu Fondi vahenditest.