“It’s not the algorithms, it’s the people we can help to save with them,” says Christopher Boylan, recipient of “Inventors of the Year 2021” (linkki suomenkieliseen blogiin)
Can you recall the moment of your career you are most proud of? Christopher Boylan, Senior Manager of the TPS Technology department at Varian Finland, can. It is the moment he watched a cancer patient on a couch in a treatment room while the Ethos automated planning algorithm was used for the first time in real life. Everything worked out well and it was the highlight of the two-year development work.
“It’s a completely different thing to work on something on your computer behind your desk, even though you know it is life-changingly important, than to see it the positive impact it has on somebody’s life with your own eyes. The patient really needed and benefited from our work, and that was really rewarding,” Boylan says looking back.
This proud moment did not go without further recognition. The software Boylan and his team were working on, an automatic planning algorithm, was acknowledged with a Siemens Inventors of the Year award for2021. The award ceremony took place in Munich, Germany on May 3, 2022. The automated planning algorithm was awarded in the “Outstanding Innovation” category.
15 minutes that count
Boylan’s award was for innovative cancer treatment software – Ethos™ Therapy, developed by Varian teams in Switzerland and Helsinki.
With conventional radiotherapy, treatment planning is a time-consuming and labor-intensive process. It requires highly complex calculations done by a specialist, and it is usually done once and set in place several days before the radiation phase even begins. Thus, it can’t adapt to any potential daily changes in the patient’s anatomy during the treatment.
That’s where Ethos comes in. With Ethos, the treatment plan is recalculated each time the patient comes in for treatment. Based on Cone-beam CT scan images, the AI of the software assists in the creation of a new treatment plan tailored to the current state of the patient’s anatomy – all within 15 minutes.
These 15 minutes can make all the difference. In a busy hospital, having an opportunity to accomplish completely adjusted radiation treatment in such a short period of time can have a significant cumulative time-saving effect.
“In radiotherapy, we are entering the aging population phase, which means that the number of new cancer patients coming in is so large that it is difficult to ensure everybody gets quality treatment. What Ethos does, is to strip away the complexity and resource intensity of the treatment process while assuring safety and consistent quality. It requires fewer specialists in the room and makes it tremendously faster. And that makes the difference for society, not just for individual patients,” Boylan explains.
The awarded innovation of “On Couch Workflow”
This 15-minute timeslot was the focus point of Boylan’s team. He and his team in Helsinki worked with the treatment planning algorithms, both radiation dose calculation algorithms and a new feature – Intellectual Optimization Engine, which is part of the automated planning algorithm. To put the highly complex process, and the AI-based technology behind it, simply – the Intelligent Optimization Engine takes the role of the trained dosimetrist, who does the calculation work for the treatment plan. And does in minutes the work that can take days.
The “On Couch Workflow,” as Boylan and his team call it, is the key to this innovation. The name refers to the time a patient spends on a treatment room’s couch waiting between the scan and the radiation. By introducing AI to the process, the treatment plan can be recalculated based on the scan images as the patient lies on the couch. And this is what the team successfully did.
Artificial intelligence is all about human relationship
To manage “On Couch Workflow,” Boylan and his team worked with complex algorithms and workflows, but what proved to be the biggest learning experience came with the human side of artificial intelligence. It turned out that AI is all about human interactions.
“In this project, what was new to us, was that we were taking something what usually a human does and automating it. When you take the process out of the user’s hands, you have to, not just do the automation, but think of the ways that the user can feel safe and confident. We really had to push ourselves to create something that was simple to use but provided the feeling of control for the user. We ended up developing new tools and concepts that catered to human psychology,” Boylan reflects.
In addition to inventing ways for users to feel comfortable with using AI, the team had to find the ideal path of how treatment plans are generally done. The way planning is done varies from one country and specialist to another, so the team searched for a universal consensus that would serve as many specialists as possible and would provide them with a feeling of familiarity and control.
Innovations without silos
Since the award, the team has not slowed down! They are now focused on new projects. And Ethos is still an important part of Boylan’s role. Now he leads the TPS Technology department, which is responsible for developing all treatment planning algorithms and features for Varian’s products in addition to Ethos.
Work organization in the department is very flexible – all algorithm teams work together without product-related silos. However, as new projects constantly come up, team members with relevant skills can focus on those specific projects. As there are a great number of projects underway simultaneously, team members have an opportunity to dip in and out of a variety of interesting projects. This helps to maintain their motivation and curiosity. In addition, this flexibility creates a platform for innovative teamwork and collaborative problem solving– the backbone of successful product development.
“Our team, and the whole department, is very driven and aiming for what is best for the hospital, the clinic and for the patient. That is the question we always keep asking – is this the best for them? People are not satisfied unless there is something really good at the end of it. They are constantly looking for quality and innovation. That’s what I love about this,” Boylan says with a proud smile.
In addition to the moment Boylan and his team witnessed the first patient get the radiation treatment within 15 minutes, there is other evidence of their innovation making an impact. Medical software development is a long journey and does not stop with getting the product out. After getting the first version of Ethos to hospital use, clinical trials will take two-three years to produce clinically proven data. At this very moment, the results are trickling in, and research is being published. And it all looks very promising.
Ethos is not available for sale in all markets.
“Palkitsevinta eivät ole algoritmit, vaan ihmishenget, joita niiden avulla voidaan auttaa pelastamaan” Inventors of the Year 2021 -tunnustuksella palkittu Christopher Boylan sanoo
Mitä vastaisit jos sinulta kysyttäisiin, mistä hetkestä tai teosta olet urallasi kaikkein ylpein? Christopher Boylanin, Varian Finlandin TPS Technology Department -organisaation Senior Managerin, ei vastaustaan juurikaan tarvitse pohtia. Hänelle se on hetki sairaalan hoitohuoneessa, kun hän tiimeineen näki potilaan saavan sädehoitoa kehittämänsä ohjelmiston avulla ensimmäistä kertaa. Ohjelmisto toimi juuri niin kuin pitikin kruunaten kaksi vuotta kestäneen kehitystyön.
”Vaikka tuotteen merkityksen itse sisäistääkin jo sen työstövaiheessa, on aivan eri asia todistaa vieressä, kun oikea ihminen saa sen avulla tarvitsemaansa hoitoa. Kyseinen potilas todella hyötyi työmme tuloksesta, ja se oli todella palkitsevaa,” Boylan muistelee mieleenpainunutta hetkeä.
Tuo hoitohuoneeessa koettu onnistuminen ei jäänyt muiltakaan huomaamatta. Boylanin ja hänen tiiminsä kehittämä Ethos Automatic Planning Algorithm -ohjelmisto palkittiin Siemensin Inventors of the Year 2021 -tunnustuksella Outstanding Innovation -kategoriassa tämän vuoden alussa. Palkintoa juhlittiin gaalassa Saksan Munchenissa 3. toukokuuta 2022.
Ratkaisevat 15 minuuttia
Palkittu innovaatio on osa Ethos™ Therapy -sädehoito-ohjelmistoa, joka on Varianin Sveitsissä ja Helsingissä sijaitsevien kehitystiimien työn tulos.
Perinteisessä sädehoidossa hoitosuunnittelu on paljon aikaa ja resursseja vaativa vaihe. Alan spesialistin täytyy tehdä säteilyannostusta ja kohdistusta koskevat monimutkaiset laskelmat yleensä jo hyvissä ajoin ennen hoidon alkamista. Kertaalleen tehtyä suunnitelmaa ei pystytä muuttamaan – ei, vaikka sädehoito voi muuttaa ihmisen anatomiaa hoitojakson aikana.
Juuri tämän EthosTM Therapy muuttaa. Ohjelmiston avulla hoitosuunnitelma voidaan päivittää jokaiselle sädehoitokerralle. Tekoäly laskee kartiokeila-TT-kuvien pohjalta uuden hoitosuunnitelman, ja varmistaa, että potilas saa juuri sen hetkistä anatomista tilannettaan vastaavaa sädehoitoa. Kaikki tämä onnistuu vain 15 minuutissa.
Nuo 15 minuuttia ovat merkittävät paitsi potilaalle itselleen myös yhteiskunnalle. Mahdollisuudella tuottaa räätälöityä sädehoitoa universaalisti käytössä olevan 15 minuutin hoitoajanvarauksen aikana, on ratkaisevan suuri vaikutus kiireisessä keskussairaalassa.
”Väestön ikääntymisen myötä olemme syöpähoidon maailmassa menossa kohti tilannetta, jossa hoitoa tarvitsevien ihmisten määrä on niin suuri, että laadukasta hoitoa alkaa olla vaikeaa taata kaikille. Ethos suoraviivaistaa hoitoprosessia niin, että turvallinen ja laadukas hoito voidaan järjestää niukoillakin henkilöstöresursseilla. Spesialisteja tarvitaan vähemmän, ja kohdennetun ja tarvetta vastaavan hoidon antaminen on huomattavasti helpompaa ja nopeampaa. Tällä on valtava merkitys,” Boylan selittää.
”Hetki hoitohuoneen sohvalla” on palkittu innovaatio
Boylanin ja hänen tiiminsä työ kohdistui juuri tuohon vartin vievään hoitoaikaan. Helsingissä toimiva tiimi kehitti hoitosuunnittelun algoritmiä, johon kuuluu sekä annostuslaskennan algoritmi että automatisoidun suunnittelu algoritmi ja sen uusi innovaatio – Intellectual Optimization Engine. Karkeasti yksinkertaistettuna voidaan sanoa, että tämä teknisesti monimutkainen ja tekoälyä hyödyntävä innovaatio korvaa hoitosuunnitelman matemaattiset laskelmat tavallisesti tekevän fyysikon. Siinä missä fyysikolta menee vaativiin laskelmiin tyypillisesti päiviä, tekoäly laskee ne minuuteissa.
Boylanin tiimissä nämä minuutit tunnetaan ”on Couch Workflowna”, ja se on keskeinen osa innovaatiota. Nimi viittaa potilaan hoitohuoneen sohvalla viettämään aikaan TT-kuvauksen ja sädehoidon välissä. Tiimin tavoitteena oli uudelleenlaskea päivitetty hoitosuunnitelma tuoreiden kuvien pohjalta laskenta nimenomaan hoitohuoneen sohvalla vietetyn lyhyen tovin aikana, ja tässä tehtävässään he myös onnistuivat.
Tekoälykin tarvitsee vuorovaikutustaitoja
Monimutkaisen teknologian kanssa painiessaan Boylan tiimeineen huomasi, ettei kehitystyön vaikein osuu liittynytkään teknologiaan vaan käyttäjien psykologiaan. Työn aikana kävi selväksi, että tekoäly vaatii lisäksi myös vuorovaikutus- ja ihmisuhdetaitoja. Boylanin mukaan tämä haastoi tiimiä aivan uudella tavalla.
”Se, että automatisoimme jotain mitä ihminen normaalisti tekisi, oli tiimillemme aivan uutta. Siirtäessämme tehtäviä ihmisten käsistä tekoälylle tavoitteena ei ole vain kehittää automaatiota, vaan prosessissa täytyy myös tarkasti suunnitella, miten tekoälyä käyttävä ihminen voi tuntea olonsa turvalliseksi ja luottaa siihen. Näimme paljon vaivaa, jotta onnistuimme kehittämään teknologiasta tarpeeksi helppokäyttöisen, ja samalla sisällyttämään siihen kontrollin tunnetta lisääviä toimintoja. Saimme aikaan uusia, ihmispsykologiaa palvelevia konsepteja ja työkaluja.”
Miellyttävän ja turvallisen tuntuisen käyttökokemuksen lisäksi tiimiä haastoi hoitosuunnittelun kultaisen keskitien löytäminen. Hoitosuunnitelmien tekotavat vaihtelevat niin sairaaloiden kuin tekijöidenkin välillä. Tiimi keskittyikin etsimään toimivaa konsensusta, joka tuntuisi mahdollisimman monesta käyttäjälle tutulta ja helposti omaksuttavalta.
Innovaatiot eivät synny siiloissa
Tiimi ei ole hidastunut palkinnon julkistuksen jälkeen eikä Boylanin ei ole tarvinnut kokonaan luopua Ethoksesta. Nykyisin hän johtaa TPS Technology Department -organisaatiota, joka vastaa Varianin kaikkien ohjelmistotuotteiden, myös Ethoksen, hoitosuunnittelualgoritmien kehityksestä.
Organisaation työtapa on erittäin joustava – kaikki tiimit työskentelevät yhdessä ilman turhia siiloja. Uusia kehitysprojekteja käynnistyy usein, ja tarvittavan osaamisen taitajat voivat keskittyä halutessaan juuri niihin. Useat, eri vaiheissa etenevät projektit sekä joustava kulttuuri tarjoavatkin kehittäjille mahdollisuuden vaihdella projektien välillä luontevasti. Tämä puolestaan pitää motivaation korkealla ja taidot jatkuvassa kehityksessä. Notkea työskentelytapa tarjoaa myös hyvät edellytykset innovatiiviselle tiimityölle sekä ongelmanratkaisulle – elementeille, joita tarvitaan onnistuneeseen tuotekehitykseen.
”Tiimimme ja koko organisaatiomme ponnistelee löytääkseen aina sellaisen ratkaisun, joka palvelee parhaalla mahdollisella tavalla sekä sairaalaa, klinikkaa että potilasta. Kysymme jatkuvasti niin itseltämme kuin toisiltammekin, onko ratkaisumme varmasti se optimaalisin. Kukaan ei tyydy ”ihan hyvään”. Varianilla kaikki tähtäävät huippulaatuun ja uusiin innovaatioihin, ja juuri sitä rakastan kollegoissani ja työssäni,” Boylan hymyilee ylpeänä.
Hoitohuoneessa koetun hienon hetken Boylanin tiimi on saanut lisää viitteitä kehitystyönsä tuloksellisuudesta. Kestää yleensä kahdesta kolmeen vuotta siitä kun tuote on otettu käyttöön sairaalassa, että kliinisesti todennettuja tuloksia aletaan julkaista. Ethoksen ensimmäinen versio on nyt sairaalakäytössä ja tällä hetkellä eletään jännittäviä aikoja, sillä ensimmäisiä tutkimuksia on alkanut ilmestyä. Ja mikä hienonta, ne vaikuttavat lupaavilta.
Ethos ei ole vielä myynnissä kaikilla markkinoilla.
