Клон в помощь: зачем ученые создают цифровые двойники сердца и легких
Ученые Сеченовского университета начали разработку цифровых моделей различных органов человека. Их можно будет персонализировать под конкретного пациента, оценивать, нужна ли ему операция. А если нужна, моделировать, как организм отреагирует на то или иное действие хирурга или лекарство. Это позволит в 10–20 раз сократить число побочных эффектов и послеоперационных осложнений, уверены специалисты. Особое значение технология имеет для кардиологов и онкологов. В перспективе ученые рассчитывают создать не просто виртуальные модели отдельных органов, а полные цифровые копии человека.
Модель для врача
Российские ученые приступили к созданию цифровых двойников человека — компьютерных моделей, которые управляются алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ). Благодаря способности делать высокоточные прогнозы эта технология позволит в 10–20 раз сократить количество побочных эффектов и нежелательных послеоперационных явлений, отметил научный сотрудник Института персонализированной кардиологии Сеченовского университета Андрей Рожков.
— Крайне необходимо использование цифровых двойников сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. Они могут и должны применяться в кардиологии, онкологии, нефрологии, при ревматоидных заболеваниях иммунной системы. В этих областях огромное количество процессов, которые просто невозможно физически учитывать врачу при работе с пациентом, поэтому компьютерные технологии ему в этом помогут. Кроме того, цифровые модели крайне полезны при лечении тяжелых хронических заболеваний во всех областях медицины, — подчеркнул он.
Сейчас специалисты НЦМУ «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение» разрабатывают виртуальные модели различных человеческих органов, добавили в университете.
— Так, например, в кардиологии уже существуют модели сердца с прогнозированием различных нарушений ритма. В нашем университете создана модель кровоснабжения сердца, которую можно персонализировать под каждого конкретного пациента. Она позволяет оценивать необходимость оперативного вмешательства. Следующий шаг — это моделирование самой операции и ее последствий, — рассказал директор Института персонализированной кардиологии клинического центра Сеченовского университета Филипп Копылов.
Сам себя научит
На цифровых двойниках можно тестировать воздействие лекарств на организм человека без ущерба здоровью, проводить разработку и мониторинг новых медицинских устройств и лекарств, проверять действие обезболивающих и прогнозировать риск послеоперационных осложнений, уверены разработчики.
— Особенностью искусственного интеллекта является способность к самообучению, то есть чем больше в него загружается данных, тем совершенней он становится. Уже сейчас в модель внедрены сложные системы дифференциальных уравнений, описывающие поведение артериального давления в различных клинических условиях, например при пороках сердца, при введении лекарственных препаратов и изменениях пульса, — отметил Андрей Рожков.
В Сеченовском университете идет работа над наполнением и совершенствованием баз данных различных заболеваний для дальнейшего развития алгоритмов ИИ, добавил он.
— Для полноценной работы в систему должны быть загружены данные как минимум нескольких тысяч человек. Тогда машину можно обучить, и она начнет приносить реальную пользу. Для создания массивов данных, на основании которых происходит машинное обучение систем с искусственным интеллектом, нужен биобанк. Банк биоданных, как и базы данных пациентов, это топливо для работы ИИ, — отметил Андрей Рожков.
Ранее «Известия» писали, что на базе университета создали банк биоматериалов пациентов с онкологическими заболеваниями. В нем хранятся поврежденные злокачественными опухолями образцы тканей, цельная кровь, плазма и другие биологические образцы более 4 тыс. человек.
Аватар человека
Цифровые двойники к нам пришли из промышленности, отметил менеджер проекта лаборатории персональных медицинских помощников центра НТИ «Бионическая инженерия в медицине» СамГМУ Петр Кшнякин.
— Технология позволяет создать виртуального клона для сложного технического объекта или системы, а потом — при изменении каких-либо свойств — отслеживать последствия. Такой же подход можно реализовать и в медицине. Цифровой двойник пациента в перспективе будет представлять из себя виртуальную копию если не всего человека, то какого-либо его состояния или группы состояний, — считает эксперт.
Аналогичные модели применяются в различных областях. Например, в автомобилестроении проводят виртуальные краш-тесты — моделируют множество потенциальных аварий, отметил руководитель лаборатории 3D-моделирования тела человека СамГМУ Айкуш Назарян.
— Цифровые двойники могут применяться во многих разделах медицины: хирургии, кардиологии, эндокринологии, фармацевтике, генетике. Получение данных о строении, биохимическом составе, генной структуре позволит воссоздать цифровую копию человека, на основе которой можно сделать компьютерную модель оперативного или консервативного лечения. В целом применение цифровых двойников в медицине позволит значительно сократить осложнения и правильно выбрать траекторию лечения пациентов, — полагает эксперт.
Сегодня подобные разработки ведутся не только в России, но и по всему миру, добавил Андрей Рожков. Так, британским ученым удалось построить виртуальную модель крупных магистральных артерий организма. С ее помощью они смогли с точностью в 99% указать на наличие или отсутствие аневризмы брюшного отдела. То есть в мире уже сейчас цифровые двойники начинают применяться в кардиологии и онкологии, заключил эксперт. Цель российских ученых — расширить область их применения и доступность для врачей.
