A szív digitális másolatát, azaz digitális ikrét 2023 óta használják klinikai döntések meghozatalára az Egyesült Államokban. Idén tavasszal brit kutatók pedig minden eddiginél pontosabb szívmodellel álltak elő. A gyártás mellett az egészségügy ígérkezik a technológia egyik leghasznosabb alkalmazási területének: betegségek prognosztizálhatók és személyre szabott gyógymódok dolgozhatók ki vele.
◼︎ A jövő medicinája felé
A digitálisiker-technológia legegyszerűbben egy fizikai objektum virtuális modelljeként definiálható, de a valóságban bonyolultabb ennél. A 3D- vagy CAD-modelltől abban különbözik, hogy úgy is kell viselkednie, mint amit megjelenít, a geometrikus másolattól pedig abban, hogy tartalmaznia kell az objektum valamennyi összetevőjét és azok dinamikus kölcsönhatásait is. Tehát nem kizárólag a fizikai világ tárgyait szimulálja, hanem a hozzájuk kapcsolódó folyamatokat is.
Elkészítése költséges és időigényes, viszont egyedi betekintést nyújt fizikai rendszerek valós vagy hipotetikus működésébe. A modelleken tényleges és szintetikus adatokkal támogatott, lenyűgöző szimulációk futtathatók, és akár egyetlen munkamenetben megláthatjuk, megérthetjük az összes „mi lenne, ha” forgatókönyvet, és hozhatunk valós idejű döntéseket. Az adatokat statisztikailag releváns, változatos forrásokból gyűjtik a modellekhez: az iparban ezek a gyártáshoz kapcsolódó adatok, az egészségügyben pedig lehetnek szenzoradatok, orvosi bejegyzések, képalkotó berendezésekből származó információk, 3D képek és animációk vagy akár biztosítási nyilvántartások.
Segítség a személyre szabott medicinához
Minél robusztusabb adatkészlettel dolgoznak a szakemberek, annál hitelesebb a digitális iker és pontosabb a szimuláció. Az egészségügyben használt digitális ikrek személyek, szervek (például az emberi szív) vagy akár teljes kórházi rendszerek megjelenítései lehetnek.
| Mit hoz a jövő?
A technológia jelenlegi alkalmazásai főként a szívre terjednek ki. Egyedi megoldásokként hamarosan várhatóak beültetett vagy testen viselhető egészségügyi készülékek (inzulinpumpa, pacemaker) digitális ikrei. Ezek segítségével jobban látható és nyomon követhető a fizikai eszköz tényleges állapota, komoly segítséget kínálva a kezelésben. A spektrum másik végén a Clevelandi Klinika 250 ezer páciens e-kórtörténetét dolgozza fel. A multimodális adatokon alapuló „népesség-digitálisiker” létrehozásával komplex egészségügyi trendek, betegségekhez vezető gazdasági, társadalmi és környezeti tényezők együttes elemzése válik lehetővé. |
Az orvoslásban az adatvezérelt és interaktív modellek lehetővé teszik az egészségügyi jellemzők valós idejű monitorozást, a prediktív elemzéseket (mint a betegségek kialakulásának előrejelzését), a kezelési opciók és az azokra adott reakciók feltárását –, még mielőtt a betegen bármelyiket is alkalmaznák. Szimulálható velük az emberi fiziológia, a betegségek lefolyása vagy a gyógyszerek hatásai, így a technológia elősegítheti az egyénre szabott gyógyászat fejlődését és az optimalizált egészségügyi folyamatok kialakítását. A digitális ikrek a megromlott egészségű idősek otthoni környezetének modellezésére is használhatók, hozzájárulva ahhoz, hogy az illetők minél tovább maradhassanak megszokott közegükben.
Digitális szívritmus-zavar
Az amerikai Johns Hopkins Egyetemen 2023-ban szívritmus-zavarban szenvedő betegeknek fejlesztettek személyre szabható digitálisiker-modellt, amelyet – kategóriájában elsőként – az Egyesült Államok illetékes hatósága is (a Food and Drug Administration, FDA) jóváhagyott. A modellbe a szerv szerkezetét, a betegségek nyomán kialakult változásokat (MRI- vagy PET-CT-vizsgálattal azonosított károsodást, gyulladást) és az elektromos hullámok terjedését építették be. Egy-egy beteg szívének digitális mása egyelőre három-négy nap alatt készül el, de a kutatók szerint a közeljövőben felgyorsítják a folyamatot, a technológiát pedig hordozhatóbbá és méretezhetőbbé teszik.
A digitális iker arra a jelenségre épül, hogy amikor egy elektromos hullám eljut a szívbe, ott összehúzódást vált ki. Ha azonban a beteg szívében hegesedés vagy más károsodás van, a hullám ezen a területen aktív, de továbbterjedés helyett visszafelé halad, és aritmiát okoz. Ha a modell pontosan ábrázolja a károsodást, valamint a szív minden egyes sejtjének elektromos aktivitását, a digitális iker segítségével az orvosok előre tudják jelezni a betegség kialakulásának valószínűségét, és kidolgozhatják az adott személyre optimálisan illeszkedő gyógymódot, és célzottan vehetik kezelésbe a szív meghatározott területeit.
A digitális iker fejlesztéséhez, a szkennelések kiértékeléséhez és a döntéshozási folyamat kidolgozásához az amerikai kutatók gépi tanulást használtak. A szimulációkat nagy teljesítményű számítógépeken futtatják, a szív részekre osztásához pedig neurális hálót alkalmaznak.
4000 szív együtt dobban
Más irányba indultak el a londoni King’s College, az Imperial College és az Alan Turing Intézet kutatói. Idén tavasszal közel 4 ezer, anatómiailag minden eddiginél pontosabb digitálisiker-szívet dolgoztak ki. A modellek valódi betegek adatainak és az Egyesült Királyság Biobankjának EKG-felvételei alapján készültek, és virtuális másolatként működnek közvetlenül nehezen mérhető funkciók elemzésekor.
A technológia ilyen léptékű alkalmazásával jobban megismerhetővé válnak az életkor, az elhízás és a szív elektromos aktivitásában bekövetkező módosulások közötti összefüggések, illetve az ilyen tényezők kapcsolata szívbetegségek kialakulásának kockázatával. Azt például már megállapították, hogy a férfiak és a nők közötti EKG-értékkülönbségek elsősorban a szerv méretének eltéréséből, és nem az elektromos vezetőképességéből fakadnak. A kutatók bizakodnak, hogy a különböző csoportokban tapasztalt szívműködésbeli eltérések jobb megértésével közelebb kerülnek betegek személyre szabott ellátásához.
A digitális ikrek túlmutatnak a diagnosztikán. Következő lépésként a szívműködés és a genetika kapcsolatát és a génvariációk hatásait tervezik vizsgálni. További fejlesztésekkel a technológia nagyobb lakosságszámra, hatékonyabb megelőzési stratégiák kidolgozására szintén alkalmazható lesz, hosszabb távon pedig hozzájárulhat a gyógyítás gyökeres átalakulásához.
