Згідно з новим дослідженням, дослідникам вдалося створити цифрового двійника, який вперше відтворює систему електричної провідності серця, що координує серцеві скорочення.
Цей прорив може прокласти шлях для діагностики та адаптації методів лікування таких станів, як аритмії та серцева недостатність.
Дослідження, опубліковане в журналі Medical Image Analysis, було проведене командою з Інституту тисячоліття з питань інженерії та штучного інтелекту для здоров'я, або iHEALTH, який пов'язаний з чилійськими університетами та спеціалізується на медичній візуалізації, інженерії, штучному інтелекті та медицині.
Дослідники там розробили комп'ютерну модель, яка цифровим способом реконструює мережу Пуркіньє – систему електричної провідності серця – за допомогою стандартної електрокардіограми.
«Мета цифрового двійника серця полягає в тому, щоб його можна було використовувати як віртуального пацієнта, де лікування можна було б тестувати та оптимізувати без будь-якого ризику. Це дозволило б краще планувати процедури, більшу персоналізацію та, отже, ефективніші результати», – розповів UPI Франсіско Салі, доцент кафедри інженерії Папського католицького університету Чилі та головний дослідник iHEALTH.
Мережа Пуркіньє має унікальну структуру.
«Це як дерево, що росте біля внутрішньої поверхні серця. Ми змоделювали його як фрактал, подібний до сніжинок, тобто структуру, яка повторюється», – сказав він про проєкт, на завершення якого знадобилося майже сім років.
Хоча команда раніше розробила комп'ютерну модель, її було важко адаптувати вручну до окремих пацієнтів. Це спонукало їх дослідити модель штучного інтелекту, яка зрештою спрацювала, сказав Сахлі, який останні 10 років працював над відтворенням цієї системи.
Він проводив тести з реальними пацієнтами, де алгоритм зміг виявити аномальну електричну активність у серці без використання інвазивних діагностичних процедур, таких як електроанатомічне картування, за якого «катетер вводиться в серце для безпосереднього вимірювання електричної активності».
Дослідження відображає ширшу тенденцію в охороні здоров'я.
«Останнім часом у медицині відбувся зсув парадигми, перехід від генеричних методів лікування до прецизійної медицини, де лікування персоналізоване для конкретного пацієнта», – сказав Сахлі.
Він сказав, що сьогодні при лікуванні серцевої недостатності використовується тип кардіостимулятора, який не дає результатів приблизно у 30% пацієнтів.
«Однією з найважливіших змінних, що визначає успіх цього лікування, є точне розміщення кардіостимулятора. Лікар може перевірити лише кілька положень під час процедури. Саме тут і з'являється ідея цифрового двійника. Що, якби у нас була цифрова копія серця, яка працює так само, як справжнє?» — риторично запитав він.
Він додав, що завдяки цифровій моделі лікарі зможуть зрештою протестувати тисячі можливих положень кардіостимулятора та визначити оптимальне, «ніколи не торкаючись пацієнта».
«Це потенційно може покращити ефективність лікування та скоротити час процедури», – сказав він, додавши, що важливо розвивати ефективніші методи лікування та діагностику через глобальний вплив серцево-судинних захворювань.
За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, понад 19 мільйонів людей щороку помирають від серцево-судинних захворювань, що становить 32% смертей у світі, хоча 80% випадків можна запобігти за допомогою належного контролю гіпертонії, куріння та інших факторів ризику.
Зараз команда працює над двома завданнями: збільшення обчислювальної потужності, щоб цифровий двійник кожного пацієнта міг бути згенерований майже в режимі реального часу.
«Наразі ми вважаємо, що це можна розглядати як ще один медичний тест, результати якого, в ідеалі, будуть готові протягом дня після отримання зображень та електрокардіограми пацієнта. Потім медична команда зможе використовувати його як віртуального пацієнта для тестування методів лікування», – сказав Сахлі.
Члени команди також шукають фінансування для додавання механічної функції серця до поточного цифрового двійника.
«Для цього нам потрібно включити дані медичної візуалізації та поєднати їх з електричними даними, які ми вже маємо», – сказав Сахлі.
Sourse: www.upi.com