Когда потребление встречает искусственный интеллект | От "Метавселенной" до "сердца вселенной", органы, такие как сердце и мозг человека, перестраиваются
Технология цифровых двоек начинает менять медицинскую парадигму. Сегодня врачи могут воссоздавать трехмерные изображения всех органов пациента, от сердца до мозга, в ближайшем будущем есть шанс создать цифровую двойника целого человеческого организма, что сделает операции и диагностику более точными и предсказуемыми.
С развитием технологии крупных моделей искусственного интеллекта более мощные вычислительные возможности сделают построение трехмерных моделей в будущем более быстрым и удобным, после интеграции информации об изображениях с использованием искусственного интеллекта врачи смогут давать более всестороннюю оценку здоровью пациентов.
От виртуального сердца к виртуальному мозгу
6 месяцев назад программист Стивен Левин претерпел 12-часовую операцию по удалению опухоли головного мозга. После того, как у него была обнаружена доброкачественная опухоль размером с гольф-мяч, врачи создали модель его мозга, нашли точное местоположение опухоли и провели вмешательство под контролем 3D-изображений. Через 6 недель Левин полностью восстановился после операции.
«Хотя опухоль не немедленно угрожает моей жизни, но она уже разъедает часть моего черепа, пазухи носа и давит на зрительный нерв», — рассказал Левин первому финансовому журналисту, — «Опухоль также влияет на функцию гипофиза, выделяет избыток гормона роста, из-за чего мои ноги и руки медленно увеличиваются».
Нейрохирург Томас Бомон из Университета Калифорнии в Сан-Диего использовал технологию цифрового двойника для восстановления мозга Левина, включая опухоль. В ходе операции Бомон через один ноздрь Левина ввел камеру, а через другую - хирургический инструмент, поэтапно удалил опухоль и восстановил поврежденную ткань, проведя операцию нетравматично, смотря на изображение на экране операционной.
Поскольку у каждого пациента различная структура костей, то и изгиб сонной артерии у всех различен. Все это должно быть визуализировано в трех измерениях, чтобы обеспечить успешную операцию. Благодаря трехмерным изображениям врачу не нужно представлять себе анатомическую структуру мозга пациента в уме, он может видеть ее непосредственно, что делает операцию более уверенной и точной.
Операция Левина была очень успешной, и через полгода он уже работал как обычно. Фактически, использованная доктором Бомонте технология цифровых двойников была разработана самим Левиным, и он стал получателем своей собственной технологии. Его опыт убедил его в том, что в будущем эта технология сможет помочь большему количеству пациентов и снять нагрузку с докторов.
Сейчас Левин продвигает технологию цифровых двойников из лаборатории в клинику, эти цифровые двойники будут включать в себя сердце, мозг, печень и другие органы человека. Для этого Левин уже более десяти лет прилагает усилия.
В 2014 году Левен первым в своей компании Dassault Systemes запустил проект Living Heart, первый в мире цифровой инструмент моделирования сердца человека, получивший одобрение FDA в США. Этот инструмент помогает интервенционным кардиологам лучше понять структуру сердца пациента перед операцией или во время нее, чтобы найти оптимальное хирургическое решение.
Лаивин рассказал журналистам первого экономического журнала, что его вдохновением для запуска проекта виртуального сердца послужила его дочь Джесси. Джесси родилась с редким тяжелым пороком сердца. В ее сердце врачи вставили электростимулятор. Джесси сейчас 35 лет, и у нее уже было 5 замен электростимулятора.
Врачи столкнулись с большой неопределенностью при лечении сердечной недостаточности Джесси, они в основном полагались на опыт и догадки, что произвело глубокое впечатление на Левина. С тех пор Левин надеется разработать систему цифрового анализа, которая поможет врачам лучше изучать развитие сердечных заболеваний у детей, страдающих врожденными пороками сердца, подобных Джесси.
“Как никто сейчас не будет строить настоящий самолет или автомобиль и потом ехать на нем на тест-драйв”, - сказал Левин журналисту первого экономического журнала. “Прежде чем эти изделия будут собраны на самом деле, программное обеспечение и компьютерные системы позволяют дизайнерам сначала создавать и тестировать эти части в виртуальной среде. Так почему бы предварительно не провести тестирование планирования сердечно-сосудистой хирургии и коронарного вмешательства?”
Инженер по образованию Левин всегда рассматривал эту проблему с физической точки зрения. Он считал, что поскольку сердце является "насосом", оно должно подчиняться физическим законам. Эта идея привела к зарождению его проекта виртуального сердца.
«Если модель, которую мы построили, верна, то и продукт в конечном итоге будет верным», - сказал он. Он добавил, что успех проекта зависит от его открытости. Левин отметил, что сотрудничество над проектом открыто уже десять лет. В него вовлечены сотни врачей, инженеров, участников разработки стандартов и государственных служащих со всего мира, которые вносят свой профессиональный вклад с целью создания первого виртуального трехмерного полнофункционального сердца.
Лай Wen сказал журналисту первого экономического журнала, что изначально многие сомневались в этом проекте, ведь каждая операция на сердце связана с жизнью, а сейчас операции на сердце все еще зависят от навыков и опыта врача. Однако постепенно трехмерная модель создается из обычных компьютерных томографических и магнитно-резонансных (МРТ) изображений, программное обеспечение постепенно улучшается, проект постепенно подтверждается, и он успешно проходит тестирование на животных и в конечном итоге на людях.
Проект Virtual Heart Driven развивается в экосистеме, объединяя ведущих исследователей в области сердечно-сосудистых заболеваний, разработчиков медицинских изделий, регулирующие органы и экспертов по сердечным заболеваниям с целью разработки клинически подтвержденных, высокоточных, коммерциализируемых индивидуализированных цифровых моделей человеческого сердца и новых цифровых методов лечения,
Дети с врожденными пороками сердца впервые получат выгоду
После нескольких лет усилий команда Левина успешно создала полнофункциональное виртуальное сердце и предоставила его для использования врачам-хирургам Бостонской детской больницы. По мнению Левина, поскольку у детских кардиологов нет средств предсказать развитие врожденных пороков сердца у детей, детская кардиология может стать первым отделением, в котором технология цифровых близнецов окажется в клинической коммерциализации.
В настоящее время дважды в неделю в отделении кардиологии детской больницы Бостона собирается десятки экспертов для планирования самых сложных сердечных операций. Они анализируют трехмерные цифровые изображения сердца, отображаемые на экране, где каждый поврежденный сосуд или аномальная камера могут представлять угрозу здоровью и жизни детей.
Эти трехмерные цифровые изображения могут вращаться или разбираться на части на экране компьютера, что позволяет хирургам точно планировать предстоящие операции. При помощи биомедицинских инженеров врачи могут увидеть, как кровь и кислород двигаются, как электрические сигналы сердца и давление на клапанах влияют на сердечную функцию, и даже предсказать, как используемые ими клапаны повлияют на восстановление сердца с помощью цифровых изображений.
Левин говорит, что в будущем к этим цифровым технологиям могут быть добавлены сенсоры или носимые устройства, чтобы создать путь передачи данных от человеческого сердца к виртуальному сердцу пациента. Этот обратный связанный цикл создаст «цифрового близнеца» человеческого сердца, обеспечивая врачам новые способы гарантировать, что их хирургические планы являются оптимальными.
Дэвид Хогансон, врач-хирург детского кардиохирургического отделения Бостонской детской больницы и руководитель проекта по трехмерной компьютерной визуализации, является ответственным за этот проект. На сегодняшний день его команда выполнила около 2000 операций с использованием цифровых моделей сердца.
В центре детского сердца при больнице Синьхуа, аффилированной с Университетом Шанхайского транспорта, главный кардиолог Чэнь Сун ежедневно сталкивается с большим количеством маленьких пациентов с сложными врожденными пороками сердца. Некоторые из этих детей нуждаются в лечении сразу после рождения из-за дисплазии желудочков и других причин, а некоторые заболевают болезнью Кавасаки или миокардитом в возрасте 2-3 лет, причем многие механизмы этих заболеваний до сих пор не ясны.
Чжэнь Сунь сообщил журналистам First Financial, что его команда также сотрудничает в области цифрового двойника в рамках институтско-промышленных научно-исследовательских работ, основанных на слиянии мультимодальных изображений ультразвукового сердца и усиленного КТ крупных сосудов сердца, разрабатывая соответствующие алгоритмы, создавая 3D- и 4D-модели врожденных пороков сердца у детей, чтобы лучше понять развитие этих пороков.
Чжень Сун откровенно признается, что основное преимущество зарубежных цифровых технологий в клинической практике заключается в двух аспектах: во-первых, у них есть зрелая система оплаты, что позволяет продукту быстрее коммерциализироваться; во-вторых, в зарубежных странах развита экосистема, включающая междисциплинарные исследования в области основной медицины, инженерии и клиники.
Доктор Пэн Инсуань, главный врач детского сердечного центра больницы Синьхуа, сказал журналистам 第一财经: "Виртуальное сердце уже стало горячей темой в отечественной кардиологии. Цифровая технология близнецов - неотъемлемая тенденция в развитии медицинского уровня, которая принесет революционные изменения в области здравоохранения."
Он отметил, что в области сердечно-сосудистых заболеваний у детей внутри страны виртуальная сердечная технология находится в начальной стадии оптимизации разработки через алгоритмы искусственного интеллекта, увеличение мультимодального слияния изображений и постоянное улучшение точности цифровой двойничной модели, и в будущем будет дальше исследовать ее применение в реальной клинической практике.
Например, некоторые давно используемые двумерные параметры (диаметр, площадь) будут заменены трехмерными параметрами (площадь, объем), предоперационное планирование, хирургическое моделирование и прогнозирование эволюции заболевания и т. д., и все это должно быть сформулировано в соответствии с различными заболеваниями». — заявил Пэн Юн.
В последние годы концепция "цифрового близнеца" становится все более зрелой в медицинской сфере, она уже развилась в модели легких, печени, мозга, суставов, глаз, сосудов и других частей тела. Возможно, в ближайшем будущем появится модель цифрового близнеца всего человеческого тела. В настоящее время эта новая технология уже используется для тестирования новых медицинских изделий и предсказания воздействия новых молекул лекарств на органы и клетки. В будущем она, возможно, сможет уменьшить или даже заменить эксперименты на животных.
Эти модели станут общим основанием для вычислительной медицины в кардиологии, способствуя развитию образования, проектированию медицинских приборов, клиническим испытаниям, клинической диагностике и предоставляя более эффективные пути для инноваций в передовых медицинских устройствах. В настоящее время американская FDA продлила на 10 лет соглашение о сотрудничестве с виртуальным сердцем системы Dassault Systemes для оценки имплантации, размещения и производительности сердечно-сосудистого оборудования, включая кардиостимуляторы.
С развитием генеративного ИИ проект виртуального сердца Дассо внедряет крупные языковые модели. Левин рассказал журналистам первого финансового, что его команда в настоящее время тестирует новое поколение виртуальной модели сердца, которая может быть настроена для индивидуальных пациентов или групп пациентов, а способности к настройке и автоматизации, управляемые ИИ, помогут упростить и ускорить разработку медицинского оборудования.
«Одно из преимуществ моделей искусственного интеллекта заключается в том, что в будущем нам может не понадобиться много данных о пациентах, нам нужен лишь небольшой объем данных, чтобы модель могла непрерывно обучаться и генерировать много данных. Это важное влияние развития ИИ на технологию цифровых двойников. — сказал Левин.
Кроме того, благодаря силе искусственного интеллекта изменится и то, как каждое индивидуализированное сердце было «вручную смоделировано» в прошлом. «Ручное моделирование, которое часто занимает много времени, теперь может быть автоматизировано одним нажатием кнопки, что сократит время цикла с нескольких дней до нескольких минут, что изменит весь процесс». — сказал он.
Эпоха медицинского искусства искусственного интеллекта на пороге
В Китае также исследуется перспективное применение технологии виртуальных близнецов в клинической практике. Недавно в операционной Рэнцзи прикрепленной к Медицинскому колледжу Университета Шанхая была проведена совместная операция человека и машины. Группа функциональной нейрохирургии Рэнцзи под руководством Чжоу Хуня импортировала данные компьютерной томографии (CT) и магнитно-резонансной томографии (MRI) пациентов в систему хирургического робота под названием Sino, которая автоматически реконструирует трехмерную модель внутреннего черепа с помощью системы искусственного интеллекта (AI) и точно обрисовывает объемный контур абсцесса.
С помощью трехмерных данных образов, при отсутствии тени, заместитель главного врача нейрохирургии больницы Женьцзи Гуо Лиемэй легко управляет манипулятором операционного робота и, согласно запланированному роботом пути операции, медленно вводит дренажную трубку в центр пустоты с предварительно установленным каналом с точностью повторения позиционирования 0.1 мм.
Чжоу Хунъюй объяснил первому финансовому репортеру, что в прошлом этот вид хирургии полагался на «чувство» и опыт врача, но теперь, с развитием технологии нейровизуализации, стало возможным провести постобработку данных изображений для КТ и магнитно-резонансной томографии, построить глубокую структуру мозга, которая в прошлом должна была наблюдаться с помощью трепанации черепа, и спланировать хирургический путь на основе трехмерной системы, избежать кровеносных сосудов и важных функциональных областей, а также добиться точного позиционирования и хирургической навигации с помощью роботов, которые могут преодолеть физиологические пределы человеческого глаза и человеческой руки.
«Система отображает глубину прокола и угловое смещение в режиме реального времени, а также может разумно избегать кровеносных сосудов и функциональных областей, что является перспективой, которая не может быть достигнута с помощью традиционной хирургии». — сказал он.
Главный нейрохирург Фен Цзюньфэн из больницы Рэнцзи заявил корреспонденту First Financial: "Нейрохирургия вошла в 'эпоху миллиметров'. Машинное обучение продолжает накапливать данные об операциях, в будущем может самостоятельно оптимизировать путь прокола и стать 'ИИ-помощником' врача."
Ожидается, что в будущем подобный сценарий будет разыгран в лаборатории катетеризации сердца больницы. Академик Гэ Цзюньбо, заведующий отделением кардиологии больницы Чжуншань при Фуданьском университете, описал репортеру CBN сценарий «Лаборатории катетеризации метавселенной»: лаборатория катетеризации состоит из системы принятия решений с помощью искусственного интеллекта, системы управления с голосовым сопровождением, системы роботизированной и тактильной обратной связи, голографической цифровой системы смешанной реальности и высокоскоростного интернета.
«В этой катетерной лаборатории вся информация о пациенте была зеркально отражена в программной системе врача перед хирургическим лечением, и врач может смоделировать операцию и анатомию после ношения гибридного виртуального устройства, такого как Vision Pro, и хирургический процесс был отрепетирован заранее». — сказал Гэ Цзюньбо первому финансовому репортеру.
Он считает, что форма и измерение "метавселенной" также применимы к диагностике и лечению сердечно-сосудистых заболеваний. От "метавселенной" до "сердечной метавселенной" в будущем цифровые двойники смогут с помощью технологии искусственного интеллекта точно воссоздать цифровой орган (цифрового человека), описать возможные ситуации в реальном мире (виртуально), чтобы врачи и пациенты могли понять последствия факторов болезни и т.д.
"Это поможет понять связь между различными сложными сосудистыми заболеваниями, такими как атеросклероз и как они влияют на всю сосудистую систему человека", - сказал Ге Цзюньбо. - "Это имеет большое значение для диагностики и лечения общесосудистых заболеваний. Традиционные знания уже не могут предсказать все последствия болезни, и в будущем интеграция информации, включая характеристики пациентов, клиническую картину, биомаркеры и изображения, станет тенденцией".
Гэ Чжунбо утверждает, что в будущем технология цифрового двойника в сочетании с искусственным интеллектом больших моделей может точно предсказывать общие заболевания сосудов, а также более эффективно применяться в области операций по замене клапанов, помогая врачам делать предварительные прогнозы и принимать решения о вмешательстве в болезнь.
Только на прошлой неделе отделение кардиологии больницы Чжуншань выпустило CardioMind, первую крупномасштабную модель сердца в Китае. Интегрируя мультимодальные данные диагностики и лечения, а также опыт ведущих врачей, модель реализует интеллект всего процесса от сбора истории болезни до вспомогательной диагностики. Более того, система выходит за рамки анализа однотекстовых данных и реализует интегрированную логику мультимодальных данных, таких как электрокардиограмма, ультразвуковое изображение и лабораторное исследование.
Однако стандартизация этих данных все еще стоит перед вызовом. "Цифровой двойник описывает органы на основе различных медицинских трехмерных изображений и физиологических сигналов. 3D-изображения CT/MRI являются основой цифрового двойника; поскольку структура органов каждого человека различна, эти реальные изображения могут использоваться для настройки моделей искусственного интеллекта, реализуя персонализированные приложения." - сказал один эксперт по медицинскому изображению журналисту первого экономического. "В настоящее время цифровой двойник органов еще не имеет унифицированных стандартов, но его можно упростить в соответствии с конкретными потребностями, например, для сценариев, специально предназначенных для руководства хирургическими операциями."
Также клинический врач сказал журналистам первого экономического журнала, что из-за субъективной изменчивости физиологических данных человеческого организма это затруднит стандартизацию. "Физиологические данные организма чрезвычайно сложны, сотни миллионов переменных взаимодействуют между собой, и это очень трудно точно моделировать", - сказал профессор отделения кардиологии Чжуншаньской больницы Пан Вэнчжи журналистам первого экономического журнала. "В медицине, чтобы доказать, что метод лечения работает, даже если это очень простая гипотеза, обычно требуется включение нескольких тысяч пациентов в клинические исследования на несколько лет, что обходится в несколько миллионов долларов. Потому что на пациентах нельзя допускать повторение ошибок".
Он также отметил, что применение крупных ИИ-моделей имеет наибольшие преимущества для объективных данных, таких как данные об изображениях, патологии и крови, исходя из этих частичных данных, можно предоставить врачам определенные вспомогательные функции.
Лаивин признался журналисту первого финансового журнала, что в настоящее время проект виртуального сердца все еще ожидает оценки регулирующих органов, и масштабное внедрение в клиническую практику пока отложено на неопределенный срок. Говоря о вызовах, он сказал: "Отсутствие стандартов - самая большая проблема. Не только каждая компания разрабатывает свои продукты без унифицированных стандартов, но и стандарты различаются в каждой стране. Поэтому отрасли необходимо как можно скорее разработать стандарты для цифровой двойниковой технологии, чтобы предоставить регулирующим органам точки отсчета для одобрения и ускорить внедрение этой технологии в клиническую практику."
（источник статьи: первая финансовая и экономическая）
Содержание носит исключительно справочный характер и не является предложением или офертой. Консультации по инвестициям, налогообложению или юридическим вопросам не предоставляются. Более подробную информацию о рисках см. в разделе «Дисклеймер».
Когда потребление встречает искусственный интеллект | От "Метавселенной" до "сердца вселенной", органы, такие как сердце и мозг человека, перестраиваются
Технология цифровых двоек начинает менять медицинскую парадигму. Сегодня врачи могут воссоздавать трехмерные изображения всех органов пациента, от сердца до мозга, в ближайшем будущем есть шанс создать цифровую двойника целого человеческого организма, что сделает операции и диагностику более точными и предсказуемыми.
С развитием технологии крупных моделей искусственного интеллекта более мощные вычислительные возможности сделают построение трехмерных моделей в будущем более быстрым и удобным, после интеграции информации об изображениях с использованием искусственного интеллекта врачи смогут давать более всестороннюю оценку здоровью пациентов.
От виртуального сердца к виртуальному мозгу
6 месяцев назад программист Стивен Левин претерпел 12-часовую операцию по удалению опухоли головного мозга. После того, как у него была обнаружена доброкачественная опухоль размером с гольф-мяч, врачи создали модель его мозга, нашли точное местоположение опухоли и провели вмешательство под контролем 3D-изображений. Через 6 недель Левин полностью восстановился после операции.
«Хотя опухоль не немедленно угрожает моей жизни, но она уже разъедает часть моего черепа, пазухи носа и давит на зрительный нерв», — рассказал Левин первому финансовому журналисту, — «Опухоль также влияет на функцию гипофиза, выделяет избыток гормона роста, из-за чего мои ноги и руки медленно увеличиваются».
Нейрохирург Томас Бомон из Университета Калифорнии в Сан-Диего использовал технологию цифрового двойника для восстановления мозга Левина, включая опухоль. В ходе операции Бомон через один ноздрь Левина ввел камеру, а через другую - хирургический инструмент, поэтапно удалил опухоль и восстановил поврежденную ткань, проведя операцию нетравматично, смотря на изображение на экране операционной.
Поскольку у каждого пациента различная структура костей, то и изгиб сонной артерии у всех различен. Все это должно быть визуализировано в трех измерениях, чтобы обеспечить успешную операцию. Благодаря трехмерным изображениям врачу не нужно представлять себе анатомическую структуру мозга пациента в уме, он может видеть ее непосредственно, что делает операцию более уверенной и точной.
Операция Левина была очень успешной, и через полгода он уже работал как обычно. Фактически, использованная доктором Бомонте технология цифровых двойников была разработана самим Левиным, и он стал получателем своей собственной технологии. Его опыт убедил его в том, что в будущем эта технология сможет помочь большему количеству пациентов и снять нагрузку с докторов.
Сейчас Левин продвигает технологию цифровых двойников из лаборатории в клинику, эти цифровые двойники будут включать в себя сердце, мозг, печень и другие органы человека. Для этого Левин уже более десяти лет прилагает усилия.
В 2014 году Левен первым в своей компании Dassault Systemes запустил проект Living Heart, первый в мире цифровой инструмент моделирования сердца человека, получивший одобрение FDA в США. Этот инструмент помогает интервенционным кардиологам лучше понять структуру сердца пациента перед операцией или во время нее, чтобы найти оптимальное хирургическое решение.
Лаивин рассказал журналистам первого экономического журнала, что его вдохновением для запуска проекта виртуального сердца послужила его дочь Джесси. Джесси родилась с редким тяжелым пороком сердца. В ее сердце врачи вставили электростимулятор. Джесси сейчас 35 лет, и у нее уже было 5 замен электростимулятора.
Врачи столкнулись с большой неопределенностью при лечении сердечной недостаточности Джесси, они в основном полагались на опыт и догадки, что произвело глубокое впечатление на Левина. С тех пор Левин надеется разработать систему цифрового анализа, которая поможет врачам лучше изучать развитие сердечных заболеваний у детей, страдающих врожденными пороками сердца, подобных Джесси.
“Как никто сейчас не будет строить настоящий самолет или автомобиль и потом ехать на нем на тест-драйв”, - сказал Левин журналисту первого экономического журнала. “Прежде чем эти изделия будут собраны на самом деле, программное обеспечение и компьютерные системы позволяют дизайнерам сначала создавать и тестировать эти части в виртуальной среде. Так почему бы предварительно не провести тестирование планирования сердечно-сосудистой хирургии и коронарного вмешательства?”
Инженер по образованию Левин всегда рассматривал эту проблему с физической точки зрения. Он считал, что поскольку сердце является "насосом", оно должно подчиняться физическим законам. Эта идея привела к зарождению его проекта виртуального сердца.
«Если модель, которую мы построили, верна, то и продукт в конечном итоге будет верным», - сказал он. Он добавил, что успех проекта зависит от его открытости. Левин отметил, что сотрудничество над проектом открыто уже десять лет. В него вовлечены сотни врачей, инженеров, участников разработки стандартов и государственных служащих со всего мира, которые вносят свой профессиональный вклад с целью создания первого виртуального трехмерного полнофункционального сердца.
Лай Wen сказал журналисту первого экономического журнала, что изначально многие сомневались в этом проекте, ведь каждая операция на сердце связана с жизнью, а сейчас операции на сердце все еще зависят от навыков и опыта врача. Однако постепенно трехмерная модель создается из обычных компьютерных томографических и магнитно-резонансных (МРТ) изображений, программное обеспечение постепенно улучшается, проект постепенно подтверждается, и он успешно проходит тестирование на животных и в конечном итоге на людях.
Проект Virtual Heart Driven развивается в экосистеме, объединяя ведущих исследователей в области сердечно-сосудистых заболеваний, разработчиков медицинских изделий, регулирующие органы и экспертов по сердечным заболеваниям с целью разработки клинически подтвержденных, высокоточных, коммерциализируемых индивидуализированных цифровых моделей человеческого сердца и новых цифровых методов лечения,
Дети с врожденными пороками сердца впервые получат выгоду
После нескольких лет усилий команда Левина успешно создала полнофункциональное виртуальное сердце и предоставила его для использования врачам-хирургам Бостонской детской больницы. По мнению Левина, поскольку у детских кардиологов нет средств предсказать развитие врожденных пороков сердца у детей, детская кардиология может стать первым отделением, в котором технология цифровых близнецов окажется в клинической коммерциализации.
В настоящее время дважды в неделю в отделении кардиологии детской больницы Бостона собирается десятки экспертов для планирования самых сложных сердечных операций. Они анализируют трехмерные цифровые изображения сердца, отображаемые на экране, где каждый поврежденный сосуд или аномальная камера могут представлять угрозу здоровью и жизни детей.
Эти трехмерные цифровые изображения могут вращаться или разбираться на части на экране компьютера, что позволяет хирургам точно планировать предстоящие операции. При помощи биомедицинских инженеров врачи могут увидеть, как кровь и кислород двигаются, как электрические сигналы сердца и давление на клапанах влияют на сердечную функцию, и даже предсказать, как используемые ими клапаны повлияют на восстановление сердца с помощью цифровых изображений.
Левин говорит, что в будущем к этим цифровым технологиям могут быть добавлены сенсоры или носимые устройства, чтобы создать путь передачи данных от человеческого сердца к виртуальному сердцу пациента. Этот обратный связанный цикл создаст «цифрового близнеца» человеческого сердца, обеспечивая врачам новые способы гарантировать, что их хирургические планы являются оптимальными.
Дэвид Хогансон, врач-хирург детского кардиохирургического отделения Бостонской детской больницы и руководитель проекта по трехмерной компьютерной визуализации, является ответственным за этот проект. На сегодняшний день его команда выполнила около 2000 операций с использованием цифровых моделей сердца.
В центре детского сердца при больнице Синьхуа, аффилированной с Университетом Шанхайского транспорта, главный кардиолог Чэнь Сун ежедневно сталкивается с большим количеством маленьких пациентов с сложными врожденными пороками сердца. Некоторые из этих детей нуждаются в лечении сразу после рождения из-за дисплазии желудочков и других причин, а некоторые заболевают болезнью Кавасаки или миокардитом в возрасте 2-3 лет, причем многие механизмы этих заболеваний до сих пор не ясны.
Чжэнь Сунь сообщил журналистам First Financial, что его команда также сотрудничает в области цифрового двойника в рамках институтско-промышленных научно-исследовательских работ, основанных на слиянии мультимодальных изображений ультразвукового сердца и усиленного КТ крупных сосудов сердца, разрабатывая соответствующие алгоритмы, создавая 3D- и 4D-модели врожденных пороков сердца у детей, чтобы лучше понять развитие этих пороков.
Чжень Сун откровенно признается, что основное преимущество зарубежных цифровых технологий в клинической практике заключается в двух аспектах: во-первых, у них есть зрелая система оплаты, что позволяет продукту быстрее коммерциализироваться; во-вторых, в зарубежных странах развита экосистема, включающая междисциплинарные исследования в области основной медицины, инженерии и клиники.
Доктор Пэн Инсуань, главный врач детского сердечного центра больницы Синьхуа, сказал журналистам 第一财经: "Виртуальное сердце уже стало горячей темой в отечественной кардиологии. Цифровая технология близнецов - неотъемлемая тенденция в развитии медицинского уровня, которая принесет революционные изменения в области здравоохранения."
Он отметил, что в области сердечно-сосудистых заболеваний у детей внутри страны виртуальная сердечная технология находится в начальной стадии оптимизации разработки через алгоритмы искусственного интеллекта, увеличение мультимодального слияния изображений и постоянное улучшение точности цифровой двойничной модели, и в будущем будет дальше исследовать ее применение в реальной клинической практике.
Например, некоторые давно используемые двумерные параметры (диаметр, площадь) будут заменены трехмерными параметрами (площадь, объем), предоперационное планирование, хирургическое моделирование и прогнозирование эволюции заболевания и т. д., и все это должно быть сформулировано в соответствии с различными заболеваниями». — заявил Пэн Юн.
В последние годы концепция "цифрового близнеца" становится все более зрелой в медицинской сфере, она уже развилась в модели легких, печени, мозга, суставов, глаз, сосудов и других частей тела. Возможно, в ближайшем будущем появится модель цифрового близнеца всего человеческого тела. В настоящее время эта новая технология уже используется для тестирования новых медицинских изделий и предсказания воздействия новых молекул лекарств на органы и клетки. В будущем она, возможно, сможет уменьшить или даже заменить эксперименты на животных.
Эти модели станут общим основанием для вычислительной медицины в кардиологии, способствуя развитию образования, проектированию медицинских приборов, клиническим испытаниям, клинической диагностике и предоставляя более эффективные пути для инноваций в передовых медицинских устройствах. В настоящее время американская FDA продлила на 10 лет соглашение о сотрудничестве с виртуальным сердцем системы Dassault Systemes для оценки имплантации, размещения и производительности сердечно-сосудистого оборудования, включая кардиостимуляторы.
С развитием генеративного ИИ проект виртуального сердца Дассо внедряет крупные языковые модели. Левин рассказал журналистам первого финансового, что его команда в настоящее время тестирует новое поколение виртуальной модели сердца, которая может быть настроена для индивидуальных пациентов или групп пациентов, а способности к настройке и автоматизации, управляемые ИИ, помогут упростить и ускорить разработку медицинского оборудования.
«Одно из преимуществ моделей искусственного интеллекта заключается в том, что в будущем нам может не понадобиться много данных о пациентах, нам нужен лишь небольшой объем данных, чтобы модель могла непрерывно обучаться и генерировать много данных. Это важное влияние развития ИИ на технологию цифровых двойников. — сказал Левин.
Кроме того, благодаря силе искусственного интеллекта изменится и то, как каждое индивидуализированное сердце было «вручную смоделировано» в прошлом. «Ручное моделирование, которое часто занимает много времени, теперь может быть автоматизировано одним нажатием кнопки, что сократит время цикла с нескольких дней до нескольких минут, что изменит весь процесс». — сказал он.
Эпоха медицинского искусства искусственного интеллекта на пороге
В Китае также исследуется перспективное применение технологии виртуальных близнецов в клинической практике. Недавно в операционной Рэнцзи прикрепленной к Медицинскому колледжу Университета Шанхая была проведена совместная операция человека и машины. Группа функциональной нейрохирургии Рэнцзи под руководством Чжоу Хуня импортировала данные компьютерной томографии (CT) и магнитно-резонансной томографии (MRI) пациентов в систему хирургического робота под названием Sino, которая автоматически реконструирует трехмерную модель внутреннего черепа с помощью системы искусственного интеллекта (AI) и точно обрисовывает объемный контур абсцесса.
С помощью трехмерных данных образов, при отсутствии тени, заместитель главного врача нейрохирургии больницы Женьцзи Гуо Лиемэй легко управляет манипулятором операционного робота и, согласно запланированному роботом пути операции, медленно вводит дренажную трубку в центр пустоты с предварительно установленным каналом с точностью повторения позиционирования 0.1 мм.
Чжоу Хунъюй объяснил первому финансовому репортеру, что в прошлом этот вид хирургии полагался на «чувство» и опыт врача, но теперь, с развитием технологии нейровизуализации, стало возможным провести постобработку данных изображений для КТ и магнитно-резонансной томографии, построить глубокую структуру мозга, которая в прошлом должна была наблюдаться с помощью трепанации черепа, и спланировать хирургический путь на основе трехмерной системы, избежать кровеносных сосудов и важных функциональных областей, а также добиться точного позиционирования и хирургической навигации с помощью роботов, которые могут преодолеть физиологические пределы человеческого глаза и человеческой руки.
«Система отображает глубину прокола и угловое смещение в режиме реального времени, а также может разумно избегать кровеносных сосудов и функциональных областей, что является перспективой, которая не может быть достигнута с помощью традиционной хирургии». — сказал он.
Главный нейрохирург Фен Цзюньфэн из больницы Рэнцзи заявил корреспонденту First Financial: "Нейрохирургия вошла в 'эпоху миллиметров'. Машинное обучение продолжает накапливать данные об операциях, в будущем может самостоятельно оптимизировать путь прокола и стать 'ИИ-помощником' врача."
Ожидается, что в будущем подобный сценарий будет разыгран в лаборатории катетеризации сердца больницы. Академик Гэ Цзюньбо, заведующий отделением кардиологии больницы Чжуншань при Фуданьском университете, описал репортеру CBN сценарий «Лаборатории катетеризации метавселенной»: лаборатория катетеризации состоит из системы принятия решений с помощью искусственного интеллекта, системы управления с голосовым сопровождением, системы роботизированной и тактильной обратной связи, голографической цифровой системы смешанной реальности и высокоскоростного интернета.
«В этой катетерной лаборатории вся информация о пациенте была зеркально отражена в программной системе врача перед хирургическим лечением, и врач может смоделировать операцию и анатомию после ношения гибридного виртуального устройства, такого как Vision Pro, и хирургический процесс был отрепетирован заранее». — сказал Гэ Цзюньбо первому финансовому репортеру.
Он считает, что форма и измерение "метавселенной" также применимы к диагностике и лечению сердечно-сосудистых заболеваний. От "метавселенной" до "сердечной метавселенной" в будущем цифровые двойники смогут с помощью технологии искусственного интеллекта точно воссоздать цифровой орган (цифрового человека), описать возможные ситуации в реальном мире (виртуально), чтобы врачи и пациенты могли понять последствия факторов болезни и т.д.
"Это поможет понять связь между различными сложными сосудистыми заболеваниями, такими как атеросклероз и как они влияют на всю сосудистую систему человека", - сказал Ге Цзюньбо. - "Это имеет большое значение для диагностики и лечения общесосудистых заболеваний. Традиционные знания уже не могут предсказать все последствия болезни, и в будущем интеграция информации, включая характеристики пациентов, клиническую картину, биомаркеры и изображения, станет тенденцией".
Гэ Чжунбо утверждает, что в будущем технология цифрового двойника в сочетании с искусственным интеллектом больших моделей может точно предсказывать общие заболевания сосудов, а также более эффективно применяться в области операций по замене клапанов, помогая врачам делать предварительные прогнозы и принимать решения о вмешательстве в болезнь.
Только на прошлой неделе отделение кардиологии больницы Чжуншань выпустило CardioMind, первую крупномасштабную модель сердца в Китае. Интегрируя мультимодальные данные диагностики и лечения, а также опыт ведущих врачей, модель реализует интеллект всего процесса от сбора истории болезни до вспомогательной диагностики. Более того, система выходит за рамки анализа однотекстовых данных и реализует интегрированную логику мультимодальных данных, таких как электрокардиограмма, ультразвуковое изображение и лабораторное исследование.
Однако стандартизация этих данных все еще стоит перед вызовом. "Цифровой двойник описывает органы на основе различных медицинских трехмерных изображений и физиологических сигналов. 3D-изображения CT/MRI являются основой цифрового двойника; поскольку структура органов каждого человека различна, эти реальные изображения могут использоваться для настройки моделей искусственного интеллекта, реализуя персонализированные приложения." - сказал один эксперт по медицинскому изображению журналисту первого экономического. "В настоящее время цифровой двойник органов еще не имеет унифицированных стандартов, но его можно упростить в соответствии с конкретными потребностями, например, для сценариев, специально предназначенных для руководства хирургическими операциями."
Также клинический врач сказал журналистам первого экономического журнала, что из-за субъективной изменчивости физиологических данных человеческого организма это затруднит стандартизацию. "Физиологические данные организма чрезвычайно сложны, сотни миллионов переменных взаимодействуют между собой, и это очень трудно точно моделировать", - сказал профессор отделения кардиологии Чжуншаньской больницы Пан Вэнчжи журналистам первого экономического журнала. "В медицине, чтобы доказать, что метод лечения работает, даже если это очень простая гипотеза, обычно требуется включение нескольких тысяч пациентов в клинические исследования на несколько лет, что обходится в несколько миллионов долларов. Потому что на пациентах нельзя допускать повторение ошибок".
Он также отметил, что применение крупных ИИ-моделей имеет наибольшие преимущества для объективных данных, таких как данные об изображениях, патологии и крови, исходя из этих частичных данных, можно предоставить врачам определенные вспомогательные функции.
Лаивин признался журналисту первого финансового журнала, что в настоящее время проект виртуального сердца все еще ожидает оценки регулирующих органов, и масштабное внедрение в клиническую практику пока отложено на неопределенный срок. Говоря о вызовах, он сказал: "Отсутствие стандартов - самая большая проблема. Не только каждая компания разрабатывает свои продукты без унифицированных стандартов, но и стандарты различаются в каждой стране. Поэтому отрасли необходимо как можно скорее разработать стандарты для цифровой двойниковой технологии, чтобы предоставить регулирующим органам точки отсчета для одобрения и ускорить внедрение этой технологии в клиническую практику."
（источник статьи: первая финансовая и экономическая）
Источник: Восточное богатство сеть
Автор: Первая финансовая