Во пионерски напор за премостување на јазот помеѓу инженерството и медицината, истражувачите од Кингс колеџ во Лондон, Империјал колеџ во Лондон и Институтот Алан Тјуринг развија над 3.800 „дигитални близнаци“ од човечки срца, користејќи вештачка интелигенција (ВИ) и клинички податоци од реалниот свет.

Овие компјутерски генерирани модели, точни до најфините анатомски и физиолошки детали, нудат невиден увид во тоа како срцевите заболувања варираат кај возрасните групи, половите и начините на живот. 

Ова значајно истражување го означува првиот пат кога толку голем број дигитални срцеви модели специфични за пациентот се создадени и анализирани во голем обем.

За научниците зад проектот, ова достигнување е повеќе од само техничка пресвртница, што означува напредок кон пофер, поперсонализирана здравствена заштита за милиони.

„Кога нормално размислуваме за анализа или толкување на медицински слики, честопати го правиме тоа користејќи правила изградени во текот на многу години“, изјави за Анадолу Стивен Нидерер, претседател на одделот за биомедицински инженеринг на Империјал колеџ и виш автор на студијата.

„Она што сега се обидуваме да го направиме е да земеме идеи од начинот на кој луѓето дизајнираат автомобили или авиони - каде што градите математички модел и го користите за да предвидите перформанси - и да го примениме тоа на човечкото срце.“

Револуционерното истражување комбинира машинско учење, клиничко снимање и напредни техники на математичко моделирање. Суштински аспект вклучува обука на вештачката интелигенција за автоматски сегментирање или „етикетирање“ на делови од медицинските скенирања за прецизно идентификување на срцевите структури.

„Можеби ќе добиете слика која е само црно-бела, а ние сакаме автоматски да утврдиме кои делови одговараат на срцето“, објасни Нидерер.

Откако ќе се етикетира, тимот конструира математичка мрежа - детален 3D модел што го симулира изгледот и функцијата на срцето на секој пациент. Овие софистицирани модели можат да извршуваат сложени симулации, илустрирајќи како срцето на пациентот реагира на стрес или одредени третмани.

Сепак, симулациите во голем обем се познати по својата компјутерска интензивна моќ.

„Честопати мора да ги испраќаме до големи суперкомпјутери, што може да потрае со часови за да се изврши една симулација“, рече Нидерер.

„Значи, она што го правиме сега е обука на моделите на вештачка интелигенција за приближување на тие симулации, евтино и брзо, за да можеме да ги персонализираме на поединци многу побрзо.“

Преиспитување на правилата за дијагноза

Едно од најзначајните откритија од оваа студија ги предизвикува долгогодишните медицински претпоставки и ги истакнува вградените пристрасности, особено оние што се однесуваат на полот.

Традиционално, електрокардиограмите (ЕКГ) покажуваат јасни разлики помеѓу машките и женските пациенти. Сепак, дигиталните близнаци открија изненадувачки факт: овие забележани ЕКГ разлики може да произлегуваат повеќе од структурни отколку од функционални варијации.

„Покажавме дека ЕКГ разликите помеѓу мажите и жените се сведуваат на големината, а не на функцијата“, рече Нидерер. „Ова ги предизвикува долгогодишните претпоставки и може да доведе до поточни дијагнози кај половите.“

Справувањето со ваквите заблуди е особено важно во кардиологијата, каде што клиничките испитувања на жените историски се недоволно застапени.

„Сакаме да ги користиме овие модели за подобро да разбереме како терапиите би можеле да функционираат во групи кои биле недоволно застапени во тие испитувања, особено жените“, додаде Нидерер.

„На крајот на краиштата, станува збор за тоа грижата да се направи погенерализана и поправедна.“

Дигитални близнаци во реалниот свет

Иако голем дел од оваа технологија е во развој, истражувачкиот тим веќе работи на нејзино интегрирање во клинички услови во реалниот свет.

Во соработка со болниците во Нотингем и Шефилд и поддржани од Институтот Алан Тјуринг, научниците градат софтверска инфраструктура базирана на облак која еден ден би можела директно да се поврзе со системите на Националната здравствена служба (НХС).

„Работиме на градење софтвер кој ви овозможува да земате мерења од болницата, да ги испраќате во облакот, автоматски да го градите вашиот дигитален близнак, а потоа да го испратите назад до лекарите“, објасни Нидерер.

„Така ја правиме оваа технологија реална, со тоа што ја интегрираме во реалните клинички патишта.“

Во моментов, дигиталните близнаци првенствено помагаат во подготовката за срцеви процедури. Сепак, се постигнува напредок за да се овозможи дневно, потенцијално континуирано ажурирање.

Истражувачите истражуваат имплантирачки сензори способни да обезбедат податоци во реално време - како што се притисок и електрична активност - за континуирано ажурирање на дигиталните близнаци, создавајќи динамичен модел на срцето на пациентот.

„Ова би овозможило континуирано следење и прогнозирање“, рече Нидерер. „Станува жив модел на вашето срце.“

Поврзување на науката и човештвото

И покрај софистицираната компјутерска природа на истражувањето, неговата најголема вредност лежи во неговата директна врска со здравјето на луѓето и квалитетот на животот.

„Значи, пред да има третман, пред да се има операција, пред да се обидеме да откриеме како да му помогнеме на одреден пациент, дигиталните близнаци ќе бидат дополнителна алатка за да им се помогне на овие пациенти“, рече Кристобал Родеро Гомез од Националниот институт за срце и бели дробови во Империјал.

Тој ја нагласи важноста на поврзувањето на технолошкиот развој со вистинските човечки потреби и реалности.

„Во овој тип на инженерски проект, лесно е да се изгубите во техничките детали“, рече тој.

„Затоа разговараме со пациентите и јавноста, постојано прашувајќи се: Зошто го правиме ова? За кого го правиме ова?“

Оваа суштинска врска со искуствата и реалностите на пациентите е отелотворена и во еден од најопипливите резултати на проектот: 3Д печатени срца генерирани директно од дигитални модели на близнаци.

Овие физички претстави служат за повеќе цели, вклучувајќи едукација, комуникација со пациентите, па дури и хируршко планирање.

„Сметаме дека ова е навистина одличен начин да се објасни работата“, рече Нидерер.

„Тоа го прави, она што инаку е многу компјутерска претстава на срцето, нешто физичко - нешто што луѓето можат да го држат.“

Пионерските напори на истражувачкиот тим веќе се проширија надвор од кардиологијата. 

Во моментов, научниците соработуваат со Истражување на канцерот ОК за да го применат пристапот на дигитални близнаци кај тумори на мозокот, со цел да се подобри точноста и ефикасноста на третманот.

Пошироката визија, според истражувачите, е на крајот да се создадат сеопфатни дигитални близнаци за целото тело - рецептивни, предвидливи алатки што можат да ја водат здравствената заштита низ повеќе домени.

Извор: АА