Технологія цифрового близнюків змінює медичну парадигму. Зараз лікарі можуть відтворювати тривимірні зображення органів пацієнта від серця до мозку, і в недалекому майбутньому очікується створення віртуального близнюка всього людського тіла, що зробить хірургічні втручання та діагностику більш точними й передбачуваними.
З розвитком технології великих моделей штучного інтелекту більш потужні обчислювальні можливості зроблять побудову тривимірних моделей у майбутньому швидшою та зручнішою, а після інтеграції інформації з ШІ лікарі зможуть зробити більш комплексну оцінку стану здоров'я пацієнтів.
Від віртуального серця до віртуального мозку
6 місяців тому програміст Стівен Левін пройшов 12-годинну операцію з видалення пухлини мозку. Після діагностики у нього доброякісної пухлини розміром з гольф, лікарі побудували модель його мозку, знайшли точне місце пухлини та провели втручання під керівництвом 3D-зображення. Через 6 тижнів Левін повністю відновився від операції.
"Хоча пухлина не загрожує моєму життю негайно, вона вже пошкодила частину мого черепа, пазухи і стискає зірковий нерв", - розповів Левін журналісту First Financial, - "пухлина також впливає на функцію гіпофіза, виділяє зайвий гормон росту, через що мої ноги і руки починають збільшуватися".
Лікар нейрохірургічного відділення Університету Каліфорнії в Сан-Дієго Томас Бомон використовує цифрову технологію близнюків, щоб відновити мозок Левіна, включаючи пухлину. Під час операції через зображення на екрані операційної кімнати Бомон вводить камеру через одну ніздрю Левіна та посилає інструмент через іншу, поступово видаляючи пухлину та відновлюючи ушкоджені тканини неврівним способом.
Оскільки кожна структура кісток кожного пацієнта є унікальною, так само різні і способи згину шийної артерії. Все це потрібно візуалізувати в тривимірному форматі, щоб забезпечити успішну операцію. Завдяки тривимірним зображенням лікареві не потрібно уявляти анатомічну структуру пацієнтового мозку у своїй голові, він може просто побачити її, це дозволяє лікарю бути більш впевненим під час операції й робить операцію більш точною.
Леонова успішно пройшла операцію, і через пів року вона знову працювала, як завжди. Насправді, це саме розроблену Леоновою цифрову близнюкову технологію використовував доктор Бомонт, і вона стала однією з перших, хто випробував власну розробку. Її досвід підтвердив, що ця технологія має потенціал допомогти багатьом пацієнтам у майбутньому та зменшити навантаження на лікарів.
Зараз Левін просуває технологію цифрових близнюків з лабораторії на клініку, ці цифрові близнюки будуть включати серце, мозок, печінку та інші органи людини. Для цього Левін працював понад десять років.
У 2014 році Левен в своїй компанії Dassault Systemes вперше запустив проект Living Heart, перший у світі цифровий інструмент моделювання серця людини, який отримав схвалення FDA США. Цей інструмент допомагає інтервенційному кардіологу краще зрозуміти структуру серця пацієнта перед операцією або під час неї, щоб знайти найкращі методи лікування.
Левін розповів журналістам First Financial, що натхнення для свого проекту віртуального серця він отримав від своєї дочки Джессі. У Джессі від народження виявили рідкісний серйозний дефект серця. Лікарі встановили їй кардіостимулятор. Джессі зараз 35 років, і в неї вже було 5 замін кардіостимулятора.
Лікарі, лікуючи серцеву недугу Джессі, стикалися з великою кількістю невизначеності, вони в основному оперували досвідом та припущеннями, що сильно вразило Левіна. З того часу Левін мріяв розробити цифрову систему, яка допомогла б лікарям краще вивчати розвиток серцевих захворювань конгенітального серця, подібних до тих, що мав на увазі Джессі.
"Точно так же, как никто сейчас не будет строить настоящий самолет или автомобиль и потом кататься на нем". Левин сказал журналисту First Financial, "Прежде чем эти изделия будут действительно собраны, программное обеспечение и компьютерные системы позволяют дизайнерам сначала создавать и тестировать эти части в виртуальной среде, так почему операции на сердце и коронарные вмешательства не могут быть спланированы заранее?"
Левін, інженер за фахом, завжди мислив про цю проблему з фізичної точки зору. Він вважав, що якщо серце - це "насос", то воно повинно підлягати фізичним законам. Ця думка сприяла створенню його проекту віртуального серця.
"Якщо модель, яку ми створюємо, є правильною, то й отриманий продукт буде правильним", - сказав він. І цей успіх зумовлений відкритістю системи. Левін зазначив, що співпраця в галузі відкритого програмного забезпечення триває вже десять років. У проекті беруть участь сотні лікарів, інженерів, представників галузевих стандартів та урядовців з усього світу, кожен з яких вносить свої професійні навички з метою створення першого у світі повністю функціонального 3D-серця у віртуальному середовищі.
Левін заявив журналісту First Financial, що спочатку багато людей сумнівалися у цьому проєкті, адже кожна операція на серці стосується життя, і на сьогоднішній день операції на серці все ще залежать від навичок та досвіду лікаря. Проте поступово тривимірні моделі створюються зі звичайних комп'ютерних томографічних сканувань та образів магнітного резонансу (MRI), програмне забезпечення поступово вдосконалюється, проєкт поступово підтверджується, і він успішно проходить як випробування на тваринах, так і на кінцевих клінічних випробуваннях.
"Проект "Virtual Heart" ведет постійно розвиваюча екосистема, в яку об'єднуються провідні дослідники у галузі серцево-судинних захворювань, розробники медичного обладнання, регулюючі органи та експерти з серцево-судинної патології з метою розробки персоналізованих цифрових моделей серця та нових цифрових методів лікування, які пройшли клінічне підтвердження, відомі своєю високою точністю та придатністю для комерціалізації", - сказав Левін.
Діти з вродженими вадами серця можуть бути першими, хто скористається цим
Пройшовши кілька років наполегливої роботи, команда Левіна успішно побудувала повноцінне віртуальне серце, яке вони передали для використання хірургам Бостонської дитячої лікарні. На думку Левіна, оскільки у дитячих кардіохірургів відсутні засоби передбачення розвитку вроджених вад серця у дітей, дитяча кардіологія може стати першим відділом, де цифрова подвійна технологія найближчим часом перейде до клінічної комерціалізації.
Зараз, двічі на тиждень, десятки експертів збираються в кардіологічному відділенні дитячої лікарні в Бостоні, щоб планувати найскладніші операції на серці. Вони аналізують тривимірні цифрові зображення серця, які відображаються на екрані: кожен уражений судинами або вадливий шлуночок може становити загрозу здоров'ю дитини.
Ці тривимірні цифрові зображення можна обертати або декомпонувати по частинах на екрані комп'ютера, щоб хірурги могли точно планувати майбутні операції. За допомогою біомедичних інженерів лікарі можуть побачити, як кров та кисень рухаються, як електричні сигнали серця та тиск на клапан впливають на роботу серця, і навіть передбачати вплив клапана, який вони планують використовувати для відновлення серця, за допомогою цифрових зображень.
Левін висловив думку, що одного дня до цих цифрових технологій будуть додані сенсори або пристрої для носіння, які створять шлях для передачі даних від людського серця до віртуального серця пацієнта. Ця зворотна зв'язокова петля створить «цифрового близнюка» серця людини, дозволяючи лікарям отримати нові методи, щоб переконатися, що їх хірургічні плани є оптимальними.
Девід Хогансон, лікар-хірург дитячого серця в Бостонській дитячій лікарні, керівник проекту з комп'ютерної 3D візуалізації, є відповідальною особою цього проекту. Наразі його команда виконала близько 2000 операцій за допомогою цифрової моделі серця.
У дитячому серцевому центрі Шанхайського університету зв'язку і зв'язку головний лікар з серцево-судинними захворюваннями Чен Сунь щодня має справу з великою кількістю хворих дітей зі складними вадами серця з вродженими вадами серця, деякі з цих дітей іноді потребують лікування вже після народження через недостатність розвитку шлуночків серця тощо, деякі з них хворіють на хворобу Кавасакі або міокардит у віці 2-3 років, і багато механізмів цих захворювань залишаються невідомими.
Чен Сун сказав журналістам економічного журналу First Finance, що його команда також здійснює науково-дослідну співпрацю між установою та підприємством в галузі цифрового подвійного, ґрунтуючись на об'єднанні мультимодального зображення ультразвукової кардіографії та підвищеного КТ великих судин серця, розробляючи відповідні алгоритми, побудова моделей 3D та 4D для вроджених вад серця дітей для кращого розуміння розвитку вроджених вад серця дітей.
Чен Сун відверто заявив, що основні переваги застосування закордонних цифрових технологій у клінічній сфері полягають у двох аспектах: по-перше, вони мають досвідчену платіжну систему, що дозволяє продуктам швидше комерціалізуватися; по-друге, за кордоном існує розвинена екосистема, яка включає перетинні дослідження в галузі базової медицини, інженерії та клінічної сфери.
Лікар-кардіолог Д-р Пенг Юнсюань з Центру серця дитини в лікарні Синьхуа сказав журналістам First Finance: "Віртуальне серце вже стало дослідницьким центром у внутрішній області серцево-судинної системи. Технологія цифрових близнюків - це необхідна тенденція для подальшого розвитку медичного рівня, яка принесе революційні зміни в медичну сферу."
Він заявив, що в області серцевих захворювань у дітей в країні віртуальна технологія серця перебуває на початковому етапі оптимізації розробки через штучний інтелект, поєднання багатьох режимів зображення та постійне підвищення точності цифрової подвійної моделі в дослідницькому етапі, у майбутньому буде досліджено її застосування в реальній клінічній практиці.
«Цифрове серце-близнюк як новий вид технології та допоміжного інструменту, його потужні можливості вимагають системного підходу до використання, наприклад, деякі двовимірні параметри (діаметр, площа), які використовуються протягом тривалого часу, будуть замінені на тривимірні параметри (площа, об'єм), планування передопераційне, моделювання операції та прогнозування перебігу захворювання, все це потребує розробки відповідних методів відповідно до різних типів хвороб». Пен Йонсуан.
Протягом останніх кількох років "цифрові близнюки" в медичній галузі стали все більш зрілими і розвинулися в моделі легенів, печінки, мозку, суглобів, очей, судин та інших частин тіла. У недалекому майбутньому можливе створення віртуальних близнюків всього людського тіла. Наразі ця нова технологія вже застосовується для тестування нових медичних приладів та передбачення впливу нових молекул ліків на органи та клітини. У майбутньому вона може зменшити або навіть замінити тваринних досліджень.
Ці моделі створюють єдину основу для обчислювальної медицини серцево-судинної системи, що сприятиме розвитку освіти, проектуванню медичних виробів, клінічним випробуванням, клінічній діагностиці та забезпечить більш ефективний шлях для інноваційних технологій у галузі серцево-судинних медичних виробів. Наразі FDA США вже продовжила на 10 років співпрацю з системою Dassault Systèmes для віртуального серця для оцінки встановлення, введення та продуктивності серцево-судинних пристроїв, включаючи кардіостимулятори.
З розвитком AI на основі генерації Дассо, проект віртуального серця Дасо вводить великі мовні моделі. Левін сказав журналістам першого фінансового, що зараз його команда тестує нове покоління віртуальної моделі серця, яка може бути налаштована для індивідуальних пацієнтів або пацієнтських груп, а здатність до кастомізації та автоматизації, що працює на основі AI, сприятиме спрощенню та прискоренню розробки медичних пристроїв.
"Однією з переваг штучної інтелектуальної моделі є те, що у майбутньому нам може бути не потрібно великої кількості даних пацієнтів, а лише невелика кількість даних може дозволити моделі навчатися постійно та генерувати велику кількість даних. Це важливий вплив розвитку штучного інтелекту на технологію цифрового близнюка", - зазначив Левін.
Крім того, завдяки можливостям штучного інтелекту, також зміниться спосіб моделювання серця для кожної конкретної особи. "Раніше моделювання виконувалося вручну, що зазвичай займало багато часу, а тепер можна автоматизувати цей процес одним натисканням кнопки, скоротивши кількість днів на кілька хвилин, що буде революційним для всього процесу", - сказав він.
Епоха медицини штучного інтелекту невдовзі настане
У Китаї клініцисти також вивчають перспективи застосування технології віртуальних близнюків. Нещодавно в операційній лікарні Ренцзі, що входить до складу Медичної школи Шанхайського університету Цзяо Тун, розгорнулася спільна «війна точності» між людиною та машиною. Команда Чжоу Хун'ю з групи функціональної неврології лікарні Ренцзі імпортувала дані КТ та МРТ пацієнта в систему хірургічних роботів під назвою Sino, яка може автоматично реконструювати внутрішньочерепну 3D-модель і точно окреслити тривимірний контур абсцесу за допомогою системи алгоритмів штучного інтелекту.
З використанням тривимірних даних зображень, під безтінним світлом, заступник головного лікаря відділення нейрохірургії лікарні Женьцзи Куолі Мей вправно керує механічним рухом робота для операцій та, відповідно до запланованого роботом шляху операції, поступово вводить дренажну трубку через попередньо налаштований канал у центр гнійного порожнини з точністю повторної локації 0,1 міліметра.
Згідно з Чжоу Хун ю, колишнього журналіста First Financial, цей вид операцій раніше був залежний від «відчуття» та досвіду лікаря. Тепер, з розвитком технології нейроімеджингу, можна обробляти зображення з КТ та магнітного резонансу, створюючи структури глибоких частин мозку, які раніше можна було спостерігати лише шляхом черепної хірургії, та планувати шлях операції на основі тривимірної системи, уникати судин та важливих функціональних областей, забезпечуючи точне позиціонування та навігацію під час операції за допомогою робота, що дозволяє перевищити фізіологічні межі людського зору та руху.
«Система в реальному часі відображає глибину проколу, відхилення кута, може відмінити судини та функціональну зону, це перспектива, недосяжна для традиційної хірургії», - сказав він.
Завідувач неврохірургії лікарні Женьцзяо Фенг професор Фен Цзюньфен сказав журналістам Yi Cai: "Неврохірургія ввійшла в епоху «міліметрів». Машинне навчання продовжує накопичувати дані про операції, у майбутньому може самостійно оптимізувати шлях проколу та стати «AI-помічником» лікаря".
Подібні сцени також можуть розгортатися в майбутньому в кардіологічному кабінеті лікарні. Директор відділення кардіології при Фуданській університетській лікарні Чженьбо Ге розповів журналістам «Перші фінанси» про сценарій «кіберпросторової кабінетної»: цей кабінет складається з системи штучного інтелекту для допомоги у прийнятті рішень, системи голосового управління, системи роботизованої допомоги та системи тактильного зворотного зв'язку, системи змішаної реальності та голографічної цифрової системи, а також високошвидкісного інтернету.
«У цій катетеризаційній лабораторії вся інформація про пацієнта була віддзеркалена в програмній системі лікаря перед хірургічним лікуванням, і лікар може змоделювати операцію та анатомію після носіння гібридного віртуального пристрою, такого як Vision Pro, а хірургічний процес був відрепетирований заздалегідь». – розповів Ге Джунбо першому фінансовому репортеру.
Він вважає, що форма та виміри "метавсесвіту" так само застосовні до діагностики та лікування серцевих захворювань. Від "метавсесвіту" до "серцевого метавсесвіту" в майбутньому цифрові близнюки за допомогою штучного інтелекту можуть точно побудувати цифровий орган (цифрову людину), намалювати можливі сценарії, що можуть виникнути в реальному житті (віртуально), щоб лікарі та пацієнти могли зрозуміти наслідки певного фактору захворювання.
«Це допоможе зрозуміти зв'язок між різними складними судинними захворюваннями, наприклад, як атеросклеротичні захворювання впливають на всю судинну мережу людського організму». Ге Джунбо сказав: «Це має велике значення для діагностики та лікування панваскулярних захворювань. Традиційні знання вже не можуть передбачити повні наслідки захворювань, і інтеграція інформації, включаючи характеристики пацієнтів, клінічні прояви, біомаркери та радіоміку, стане тенденцією в майбутньому. ”
Ге Джунбо сказав, що технологія цифрових двійників і моделі штучного інтелекту можуть точно передбачати панваскулярні захворювання в майбутньому, а також можуть відігравати більшу роль у хірургічних областях, таких як заміна клапанів, допомагаючи лікарям робити прогнози та рішення про те, коли втручатися в захворювання.
Лише минулого тижня відділення кардіології лікарні Чжуншань випустило CardioMind, першу великомасштабну модель серця в Китаї. Інтегруючи дані мультимодальної діагностики та лікування, а також досвід провідних лікарів, модель реалізує інтелект усього процесу від збору історії хвороби до допоміжної діагностики. Більше того, система проривається через однотекстовий аналіз даних і реалізує інтегроване обґрунтування мультимодальних даних, таких як електрокардіограма, ультразвукове зображення та лабораторне обстеження.
Але стандартизація цих даних все ще стикається з викликами. "Цифрові близнюки полягають у описі органів на основі різних тривимірних медичних зображень та фізіологічних сигналів. 3D-зображення комп'ютерної томографії / магнітно-резонансної томографії є основою цифрових близнюків, оскільки структура органів кожної людини відрізняється, ці поточні зображення можуть бути використані для налаштування моделей штучного інтелекту з метою досягнення індивідуального застосування ". - сказав експерт з медичного зображення журналісту економіки. "В даний час цифрові близнюки органів ще не мають єдиного стандарту, але їх можна спростити відповідно до конкретних потреб, наприклад, для сценаріїв, спеціалізованих на керування операціями".
Деякі клініцисти також вказали першому фінансовому репортеру, що через велику суб'єктивну мінливість фізіологічних даних людського організму це збільшить складність стандартизації. «Дані про людське тіло надзвичайно складні, з сотнями мільйонів змінних, що взаємодіють один з одним, і їх дуже важко точно змоделювати». Професор Пань Веньчжі, головний лікар відділення кардіології лікарні Чжуншань, сказав першому фінансовому репортеру: «Для того, щоб довести, чи можлива терапія, навіть якщо це проста гіпотеза, зазвичай необхідно залучити тисячі пацієнтів для кількох років клінічних випробувань, які коштують сотні мільйонів юанів». Тому що пацієнта не можна повторювати методом проб і помилок. ”
Він також зазначив, що застосування великих моделей штучного інтелекту має найбільші переваги для об'єктивних даних, таких як зображення, патологія та кров'яні дані, з яких можна надавати конкретні допоміжні функції для лікарів.
Левін зізнався першому фінансовому репортеру, що проект віртуального серця все ще чекає на оцінку регуляторного відділу, і потрібен час, щоб проект віртуального серця увійшов до клініки у великих масштабах. Говорячи про виклики, він сказав: «Відсутність стандартів є найбільшою проблемою, не тільки кожна компанія виробляє власну продукцію, не існує єдиного стандарту, але стандарти різні в кожній країні. Тому необхідно, щоб галузь якнайшвидше сформулювала стандарти для технології цифрових двійників, щоб надати посилання на схвалення регулюючих органів, щоб якнайшвидше просувати технологію в клініці. ”
Контент має виключно довідковий характер і не є запрошенням до участі або пропозицією. Інвестиційні, податкові чи юридичні консультації не надаються. Перегляньте Відмову від відповідальності , щоб дізнатися більше про ризики.
Коли споживання зіштовхується з штучним інтелектом | Від "Метавсесвіту" до "серцевого космосу", органи людини, такі як серце та мозок, перебудовуються
Технологія цифрового близнюків змінює медичну парадигму. Зараз лікарі можуть відтворювати тривимірні зображення органів пацієнта від серця до мозку, і в недалекому майбутньому очікується створення віртуального близнюка всього людського тіла, що зробить хірургічні втручання та діагностику більш точними й передбачуваними.
З розвитком технології великих моделей штучного інтелекту більш потужні обчислювальні можливості зроблять побудову тривимірних моделей у майбутньому швидшою та зручнішою, а після інтеграції інформації з ШІ лікарі зможуть зробити більш комплексну оцінку стану здоров'я пацієнтів.
Від віртуального серця до віртуального мозку
6 місяців тому програміст Стівен Левін пройшов 12-годинну операцію з видалення пухлини мозку. Після діагностики у нього доброякісної пухлини розміром з гольф, лікарі побудували модель його мозку, знайшли точне місце пухлини та провели втручання під керівництвом 3D-зображення. Через 6 тижнів Левін повністю відновився від операції.
"Хоча пухлина не загрожує моєму життю негайно, вона вже пошкодила частину мого черепа, пазухи і стискає зірковий нерв", - розповів Левін журналісту First Financial, - "пухлина також впливає на функцію гіпофіза, виділяє зайвий гормон росту, через що мої ноги і руки починають збільшуватися".
Лікар нейрохірургічного відділення Університету Каліфорнії в Сан-Дієго Томас Бомон використовує цифрову технологію близнюків, щоб відновити мозок Левіна, включаючи пухлину. Під час операції через зображення на екрані операційної кімнати Бомон вводить камеру через одну ніздрю Левіна та посилає інструмент через іншу, поступово видаляючи пухлину та відновлюючи ушкоджені тканини неврівним способом.
Оскільки кожна структура кісток кожного пацієнта є унікальною, так само різні і способи згину шийної артерії. Все це потрібно візуалізувати в тривимірному форматі, щоб забезпечити успішну операцію. Завдяки тривимірним зображенням лікареві не потрібно уявляти анатомічну структуру пацієнтового мозку у своїй голові, він може просто побачити її, це дозволяє лікарю бути більш впевненим під час операції й робить операцію більш точною.
Леонова успішно пройшла операцію, і через пів року вона знову працювала, як завжди. Насправді, це саме розроблену Леоновою цифрову близнюкову технологію використовував доктор Бомонт, і вона стала однією з перших, хто випробував власну розробку. Її досвід підтвердив, що ця технологія має потенціал допомогти багатьом пацієнтам у майбутньому та зменшити навантаження на лікарів.
Зараз Левін просуває технологію цифрових близнюків з лабораторії на клініку, ці цифрові близнюки будуть включати серце, мозок, печінку та інші органи людини. Для цього Левін працював понад десять років.
У 2014 році Левен в своїй компанії Dassault Systemes вперше запустив проект Living Heart, перший у світі цифровий інструмент моделювання серця людини, який отримав схвалення FDA США. Цей інструмент допомагає інтервенційному кардіологу краще зрозуміти структуру серця пацієнта перед операцією або під час неї, щоб знайти найкращі методи лікування.
Левін розповів журналістам First Financial, що натхнення для свого проекту віртуального серця він отримав від своєї дочки Джессі. У Джессі від народження виявили рідкісний серйозний дефект серця. Лікарі встановили їй кардіостимулятор. Джессі зараз 35 років, і в неї вже було 5 замін кардіостимулятора.
Лікарі, лікуючи серцеву недугу Джессі, стикалися з великою кількістю невизначеності, вони в основному оперували досвідом та припущеннями, що сильно вразило Левіна. З того часу Левін мріяв розробити цифрову систему, яка допомогла б лікарям краще вивчати розвиток серцевих захворювань конгенітального серця, подібних до тих, що мав на увазі Джессі.
"Точно так же, как никто сейчас не будет строить настоящий самолет или автомобиль и потом кататься на нем". Левин сказал журналисту First Financial, "Прежде чем эти изделия будут действительно собраны, программное обеспечение и компьютерные системы позволяют дизайнерам сначала создавать и тестировать эти части в виртуальной среде, так почему операции на сердце и коронарные вмешательства не могут быть спланированы заранее?"
Левін, інженер за фахом, завжди мислив про цю проблему з фізичної точки зору. Він вважав, що якщо серце - це "насос", то воно повинно підлягати фізичним законам. Ця думка сприяла створенню його проекту віртуального серця.
"Якщо модель, яку ми створюємо, є правильною, то й отриманий продукт буде правильним", - сказав він. І цей успіх зумовлений відкритістю системи. Левін зазначив, що співпраця в галузі відкритого програмного забезпечення триває вже десять років. У проекті беруть участь сотні лікарів, інженерів, представників галузевих стандартів та урядовців з усього світу, кожен з яких вносить свої професійні навички з метою створення першого у світі повністю функціонального 3D-серця у віртуальному середовищі.
Левін заявив журналісту First Financial, що спочатку багато людей сумнівалися у цьому проєкті, адже кожна операція на серці стосується життя, і на сьогоднішній день операції на серці все ще залежать від навичок та досвіду лікаря. Проте поступово тривимірні моделі створюються зі звичайних комп'ютерних томографічних сканувань та образів магнітного резонансу (MRI), програмне забезпечення поступово вдосконалюється, проєкт поступово підтверджується, і він успішно проходить як випробування на тваринах, так і на кінцевих клінічних випробуваннях.
"Проект "Virtual Heart" ведет постійно розвиваюча екосистема, в яку об'єднуються провідні дослідники у галузі серцево-судинних захворювань, розробники медичного обладнання, регулюючі органи та експерти з серцево-судинної патології з метою розробки персоналізованих цифрових моделей серця та нових цифрових методів лікування, які пройшли клінічне підтвердження, відомі своєю високою точністю та придатністю для комерціалізації", - сказав Левін.
Діти з вродженими вадами серця можуть бути першими, хто скористається цим
Пройшовши кілька років наполегливої роботи, команда Левіна успішно побудувала повноцінне віртуальне серце, яке вони передали для використання хірургам Бостонської дитячої лікарні. На думку Левіна, оскільки у дитячих кардіохірургів відсутні засоби передбачення розвитку вроджених вад серця у дітей, дитяча кардіологія може стати першим відділом, де цифрова подвійна технологія найближчим часом перейде до клінічної комерціалізації.
Зараз, двічі на тиждень, десятки експертів збираються в кардіологічному відділенні дитячої лікарні в Бостоні, щоб планувати найскладніші операції на серці. Вони аналізують тривимірні цифрові зображення серця, які відображаються на екрані: кожен уражений судинами або вадливий шлуночок може становити загрозу здоров'ю дитини.
Ці тривимірні цифрові зображення можна обертати або декомпонувати по частинах на екрані комп'ютера, щоб хірурги могли точно планувати майбутні операції. За допомогою біомедичних інженерів лікарі можуть побачити, як кров та кисень рухаються, як електричні сигнали серця та тиск на клапан впливають на роботу серця, і навіть передбачати вплив клапана, який вони планують використовувати для відновлення серця, за допомогою цифрових зображень.
Левін висловив думку, що одного дня до цих цифрових технологій будуть додані сенсори або пристрої для носіння, які створять шлях для передачі даних від людського серця до віртуального серця пацієнта. Ця зворотна зв'язокова петля створить «цифрового близнюка» серця людини, дозволяючи лікарям отримати нові методи, щоб переконатися, що їх хірургічні плани є оптимальними.
Девід Хогансон, лікар-хірург дитячого серця в Бостонській дитячій лікарні, керівник проекту з комп'ютерної 3D візуалізації, є відповідальною особою цього проекту. Наразі його команда виконала близько 2000 операцій за допомогою цифрової моделі серця.
У дитячому серцевому центрі Шанхайського університету зв'язку і зв'язку головний лікар з серцево-судинними захворюваннями Чен Сунь щодня має справу з великою кількістю хворих дітей зі складними вадами серця з вродженими вадами серця, деякі з цих дітей іноді потребують лікування вже після народження через недостатність розвитку шлуночків серця тощо, деякі з них хворіють на хворобу Кавасакі або міокардит у віці 2-3 років, і багато механізмів цих захворювань залишаються невідомими.
Чен Сун сказав журналістам економічного журналу First Finance, що його команда також здійснює науково-дослідну співпрацю між установою та підприємством в галузі цифрового подвійного, ґрунтуючись на об'єднанні мультимодального зображення ультразвукової кардіографії та підвищеного КТ великих судин серця, розробляючи відповідні алгоритми, побудова моделей 3D та 4D для вроджених вад серця дітей для кращого розуміння розвитку вроджених вад серця дітей.
Чен Сун відверто заявив, що основні переваги застосування закордонних цифрових технологій у клінічній сфері полягають у двох аспектах: по-перше, вони мають досвідчену платіжну систему, що дозволяє продуктам швидше комерціалізуватися; по-друге, за кордоном існує розвинена екосистема, яка включає перетинні дослідження в галузі базової медицини, інженерії та клінічної сфери.
Лікар-кардіолог Д-р Пенг Юнсюань з Центру серця дитини в лікарні Синьхуа сказав журналістам First Finance: "Віртуальне серце вже стало дослідницьким центром у внутрішній області серцево-судинної системи. Технологія цифрових близнюків - це необхідна тенденція для подальшого розвитку медичного рівня, яка принесе революційні зміни в медичну сферу."
Він заявив, що в області серцевих захворювань у дітей в країні віртуальна технологія серця перебуває на початковому етапі оптимізації розробки через штучний інтелект, поєднання багатьох режимів зображення та постійне підвищення точності цифрової подвійної моделі в дослідницькому етапі, у майбутньому буде досліджено її застосування в реальній клінічній практиці.
«Цифрове серце-близнюк як новий вид технології та допоміжного інструменту, його потужні можливості вимагають системного підходу до використання, наприклад, деякі двовимірні параметри (діаметр, площа), які використовуються протягом тривалого часу, будуть замінені на тривимірні параметри (площа, об'єм), планування передопераційне, моделювання операції та прогнозування перебігу захворювання, все це потребує розробки відповідних методів відповідно до різних типів хвороб». Пен Йонсуан.
Протягом останніх кількох років "цифрові близнюки" в медичній галузі стали все більш зрілими і розвинулися в моделі легенів, печінки, мозку, суглобів, очей, судин та інших частин тіла. У недалекому майбутньому можливе створення віртуальних близнюків всього людського тіла. Наразі ця нова технологія вже застосовується для тестування нових медичних приладів та передбачення впливу нових молекул ліків на органи та клітини. У майбутньому вона може зменшити або навіть замінити тваринних досліджень.
Ці моделі створюють єдину основу для обчислювальної медицини серцево-судинної системи, що сприятиме розвитку освіти, проектуванню медичних виробів, клінічним випробуванням, клінічній діагностиці та забезпечить більш ефективний шлях для інноваційних технологій у галузі серцево-судинних медичних виробів. Наразі FDA США вже продовжила на 10 років співпрацю з системою Dassault Systèmes для віртуального серця для оцінки встановлення, введення та продуктивності серцево-судинних пристроїв, включаючи кардіостимулятори.
З розвитком AI на основі генерації Дассо, проект віртуального серця Дасо вводить великі мовні моделі. Левін сказав журналістам першого фінансового, що зараз його команда тестує нове покоління віртуальної моделі серця, яка може бути налаштована для індивідуальних пацієнтів або пацієнтських груп, а здатність до кастомізації та автоматизації, що працює на основі AI, сприятиме спрощенню та прискоренню розробки медичних пристроїв.
"Однією з переваг штучної інтелектуальної моделі є те, що у майбутньому нам може бути не потрібно великої кількості даних пацієнтів, а лише невелика кількість даних може дозволити моделі навчатися постійно та генерувати велику кількість даних. Це важливий вплив розвитку штучного інтелекту на технологію цифрового близнюка", - зазначив Левін.
Крім того, завдяки можливостям штучного інтелекту, також зміниться спосіб моделювання серця для кожної конкретної особи. "Раніше моделювання виконувалося вручну, що зазвичай займало багато часу, а тепер можна автоматизувати цей процес одним натисканням кнопки, скоротивши кількість днів на кілька хвилин, що буде революційним для всього процесу", - сказав він.
Епоха медицини штучного інтелекту невдовзі настане
У Китаї клініцисти також вивчають перспективи застосування технології віртуальних близнюків. Нещодавно в операційній лікарні Ренцзі, що входить до складу Медичної школи Шанхайського університету Цзяо Тун, розгорнулася спільна «війна точності» між людиною та машиною. Команда Чжоу Хун'ю з групи функціональної неврології лікарні Ренцзі імпортувала дані КТ та МРТ пацієнта в систему хірургічних роботів під назвою Sino, яка може автоматично реконструювати внутрішньочерепну 3D-модель і точно окреслити тривимірний контур абсцесу за допомогою системи алгоритмів штучного інтелекту.
З використанням тривимірних даних зображень, під безтінним світлом, заступник головного лікаря відділення нейрохірургії лікарні Женьцзи Куолі Мей вправно керує механічним рухом робота для операцій та, відповідно до запланованого роботом шляху операції, поступово вводить дренажну трубку через попередньо налаштований канал у центр гнійного порожнини з точністю повторної локації 0,1 міліметра.
Згідно з Чжоу Хун ю, колишнього журналіста First Financial, цей вид операцій раніше був залежний від «відчуття» та досвіду лікаря. Тепер, з розвитком технології нейроімеджингу, можна обробляти зображення з КТ та магнітного резонансу, створюючи структури глибоких частин мозку, які раніше можна було спостерігати лише шляхом черепної хірургії, та планувати шлях операції на основі тривимірної системи, уникати судин та важливих функціональних областей, забезпечуючи точне позиціонування та навігацію під час операції за допомогою робота, що дозволяє перевищити фізіологічні межі людського зору та руху.
«Система в реальному часі відображає глибину проколу, відхилення кута, може відмінити судини та функціональну зону, це перспектива, недосяжна для традиційної хірургії», - сказав він.
Завідувач неврохірургії лікарні Женьцзяо Фенг професор Фен Цзюньфен сказав журналістам Yi Cai: "Неврохірургія ввійшла в епоху «міліметрів». Машинне навчання продовжує накопичувати дані про операції, у майбутньому може самостійно оптимізувати шлях проколу та стати «AI-помічником» лікаря".
Подібні сцени також можуть розгортатися в майбутньому в кардіологічному кабінеті лікарні. Директор відділення кардіології при Фуданській університетській лікарні Чженьбо Ге розповів журналістам «Перші фінанси» про сценарій «кіберпросторової кабінетної»: цей кабінет складається з системи штучного інтелекту для допомоги у прийнятті рішень, системи голосового управління, системи роботизованої допомоги та системи тактильного зворотного зв'язку, системи змішаної реальності та голографічної цифрової системи, а також високошвидкісного інтернету.
«У цій катетеризаційній лабораторії вся інформація про пацієнта була віддзеркалена в програмній системі лікаря перед хірургічним лікуванням, і лікар може змоделювати операцію та анатомію після носіння гібридного віртуального пристрою, такого як Vision Pro, а хірургічний процес був відрепетирований заздалегідь». – розповів Ге Джунбо першому фінансовому репортеру.
Він вважає, що форма та виміри "метавсесвіту" так само застосовні до діагностики та лікування серцевих захворювань. Від "метавсесвіту" до "серцевого метавсесвіту" в майбутньому цифрові близнюки за допомогою штучного інтелекту можуть точно побудувати цифровий орган (цифрову людину), намалювати можливі сценарії, що можуть виникнути в реальному житті (віртуально), щоб лікарі та пацієнти могли зрозуміти наслідки певного фактору захворювання.
«Це допоможе зрозуміти зв'язок між різними складними судинними захворюваннями, наприклад, як атеросклеротичні захворювання впливають на всю судинну мережу людського організму». Ге Джунбо сказав: «Це має велике значення для діагностики та лікування панваскулярних захворювань. Традиційні знання вже не можуть передбачити повні наслідки захворювань, і інтеграція інформації, включаючи характеристики пацієнтів, клінічні прояви, біомаркери та радіоміку, стане тенденцією в майбутньому. ”
Ге Джунбо сказав, що технологія цифрових двійників і моделі штучного інтелекту можуть точно передбачати панваскулярні захворювання в майбутньому, а також можуть відігравати більшу роль у хірургічних областях, таких як заміна клапанів, допомагаючи лікарям робити прогнози та рішення про те, коли втручатися в захворювання.
Лише минулого тижня відділення кардіології лікарні Чжуншань випустило CardioMind, першу великомасштабну модель серця в Китаї. Інтегруючи дані мультимодальної діагностики та лікування, а також досвід провідних лікарів, модель реалізує інтелект усього процесу від збору історії хвороби до допоміжної діагностики. Більше того, система проривається через однотекстовий аналіз даних і реалізує інтегроване обґрунтування мультимодальних даних, таких як електрокардіограма, ультразвукове зображення та лабораторне обстеження.
Але стандартизація цих даних все ще стикається з викликами. "Цифрові близнюки полягають у описі органів на основі різних тривимірних медичних зображень та фізіологічних сигналів. 3D-зображення комп'ютерної томографії / магнітно-резонансної томографії є основою цифрових близнюків, оскільки структура органів кожної людини відрізняється, ці поточні зображення можуть бути використані для налаштування моделей штучного інтелекту з метою досягнення індивідуального застосування ". - сказав експерт з медичного зображення журналісту економіки. "В даний час цифрові близнюки органів ще не мають єдиного стандарту, але їх можна спростити відповідно до конкретних потреб, наприклад, для сценаріїв, спеціалізованих на керування операціями".
Деякі клініцисти також вказали першому фінансовому репортеру, що через велику суб'єктивну мінливість фізіологічних даних людського організму це збільшить складність стандартизації. «Дані про людське тіло надзвичайно складні, з сотнями мільйонів змінних, що взаємодіють один з одним, і їх дуже важко точно змоделювати». Професор Пань Веньчжі, головний лікар відділення кардіології лікарні Чжуншань, сказав першому фінансовому репортеру: «Для того, щоб довести, чи можлива терапія, навіть якщо це проста гіпотеза, зазвичай необхідно залучити тисячі пацієнтів для кількох років клінічних випробувань, які коштують сотні мільйонів юанів». Тому що пацієнта не можна повторювати методом проб і помилок. ”
Він також зазначив, що застосування великих моделей штучного інтелекту має найбільші переваги для об'єктивних даних, таких як зображення, патологія та кров'яні дані, з яких можна надавати конкретні допоміжні функції для лікарів.
Левін зізнався першому фінансовому репортеру, що проект віртуального серця все ще чекає на оцінку регуляторного відділу, і потрібен час, щоб проект віртуального серця увійшов до клініки у великих масштабах. Говорячи про виклики, він сказав: «Відсутність стандартів є найбільшою проблемою, не тільки кожна компанія виробляє власну продукцію, не існує єдиного стандарту, але стандарти різні в кожній країні. Тому необхідно, щоб галузь якнайшвидше сформулювала стандарти для технології цифрових двійників, щоб надати посилання на схвалення регулюючих органів, щоб якнайшвидше просувати технологію в клініці. ”
（Джерело статті: перше фінансове）
Джерело: Oriental Fortune Network
Автор: Перший фінансовий