Δύο φορές την εβδομάδα, δεκάδες καρδιοχειρουργοί, γιατροί άλλων ειδικοτήτων και βιομηχανικοί καταφθάνουν στο Νοσοκομείο Παίδων της Βοστώνης και παρατάσσονται μπροστά από οθόνες ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Εκεί, γράφει η Washington Post, αναλύουν τρισδιάστατα ψηφιακά αντίγραφα μυοκαρδίων, τα οποία προβάλλονται στις οθόνες με κάθε λεπτομέρεια, ώστε να είναι σίγουροι ότι θα εντοπίσουν και το πιο μικρό κατεστραμμένο αιμοφόρο αγγείο ή το απειροελάχιστο δυσμορφικό σημείο της κοιλίας που θα μπορούσε να απειλήσει την υγεία και τη ζωή ενός παιδιού. Εκεί σχεδιάζουν μερικές από τις πιο δύσκολες καρδιοχειρουργικές επεμβάσεις.
Αυτά τα αντίγραφα μπορούν να περιστραφούν ή να αποσυναρμολογηθούν κομμάτι-κομμάτι στην οθόνη του υπολογιστή, επιτρέποντας στους χειρουργούς να σχεδιάσουν με ακρίβεια την επέμβαση πριν καν γνωρίσουν τον πραγματικό μικρό ασθενή τους. Με τη βοήθεια μηχανικών βιοϊατρικής, οι γιατροί μπορούν να υπολογίσουν πώς η δική τους παρέμβαση θα επηρεάσει τη ροή του αίματος και του οξυγόνου, το ηλεκτρικό σύστημα και την πίεση στις βαλβίδες της (αληθινής) παιδικής καρδιάς. Μπορούν ακόμη να μετρήσουν τα υλικά που θα χρησιμοποιοήσουν – και όλα αυτά πριν από την πρώτη τομή.
Κάποια μέρα, συνεχίζει η Washington Post, αισθητήρες ή wearables μπορεί να προστεθούν σε αυτή την τεχνολογία, δημιουργώντας ένα κανάλι ανταλλαγής δεδομένων από την πραγματική προς την εικονική καρδιά. Ετσι θα δημιουργηθεί ένας ψηφιακός «δίδυμος», πανομοιότυπος με το αληθινό όργανο. Αυτό είναι το επόμενο βήμα μετά τις «κλασικές» προσομοιώσεις και μοντέλα, που θα βοηθήσει τους γιατρούς να επιλέγουν την καλύτερη δυνατή χειρουργική προσέγγιση και να την υλοποιούν με μέγιστη ασφάλεια.
«Το να κατανοήσουμε ποιες είναι οι επιλογές και ποιες είναι οι προκλήσεις κάθε επέμβασης πριν προχωρήσουμε σε αυτήν, είναι απίστευτο», δήλωσε ο Ντέιβιντ Χόγκανσον, παιδοκαρδιοχειρουργός και διευθυντής του προγράμματος υπολογιστικής τρισδιάστατης απεικόνισης του νοσοκομείου της Βοστόνης, το οποίο έχει χρησιμοποιήσει ψηφιακά μοντέλα σε περίπου 1.300 χειρουργικές επεμβάσεις μέχρι στιγμής.
Από τα ψηφιακά όργανα στον ψηφιακό δίδυμο αδελφό
Η τεχνολογία των ψηφιακών αντιγράφων έχει «ενηλικιωθεί» στην Ιατρική τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη μοντέλων για τους πνεύμονες, το ήπαρ, τον εγκέφαλο, τις αρθρώσεις, τους οφθαλμούς, τα αιμοφόρα αγγεία και άλλα μέρη του σώματος. Η τεχνολογία χρησιμοποιείται επίσης για τη δοκιμή νέων ιατρικών συσκευών, ακόμη και φαρμάκων, με υπολογιστικά μοντέλα αρκετά ισχυρά ώστε να προβλέπουν την επίδραση ενός νέου μορίου σε όργανα και κύτταρα. Θα μπορούσε, δε, να μειώσει ή ακόμη και να αντικαταστήσει τα πειραματόζωα στις κλινικές δοκιμές.
«Η τεχνολογία είναι επαναστατική και αν αξιοποιηθεί σωστά μπορεί να καλύψει ένα ευρύ τμήμα του πληθυσμού» λέει στην Washington Post η Ελεν Καλ, καθηγήτρια Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ, η οποία δημιουργεί μοντέλα που «εξηγούν»τον τρόπο με τον οποίο η καρδιά μεταφράζει τα ηλεκτρικά ερεθίσματα σε φυσική άντληση.
Ενας εικονικός δίδυμος ενός ολόκληρου ανθρώπου βρίσκεται κάπου στο μέλλον.
Η πρώτη εικονική καρδιά
Το 1989, ο Στιβ Λεβάιν, μηχανικός της εταιρείας ψηφιακής τεχνολογίας Dassault Systèmes, και η σύζυγός του απέκτησαν μια κόρη η οποία γεννήθηκε με ένα σπάνιο, σοβαρό καρδιακό πρόβλημα. Οι γιατροί έκαναν διαρκώς υποθέσεις για την κατάστασή της και πώς θα έπρεπε να τη διαχειριστούν. Τελικά κατέληξαν στην εμφύτευση βηματοδότη, αλλάζοντας τη συσκευή καθώς το κορίτσι μεγάλωνε.
Ο Λεβάιν, που εργαζόταν στον τομέα των προσομοιωτών, αναρωτήθηκε καθώς αντιμετώπιζε αυτή την οικογενειακή περιπέτεια γιατί οι καρδιοχειρουργικές επεμβάσεις και οι εμφυτεύσιμες συσκευές δεν ελέγχονταν και δεν δοκιμάζονταν σε προγράμματα προσομοίωσης, όπως δοκιμάζονταν για παράδειγμα τα μέρη των αεροπλάνων πριν την κατασκευή και συναρμολόγησή τους.
Και κάπως έτσι ξεκίνησε τη σχετική έρευνα. Το 2014 λάνσαρε το Living Heart Project, καλώντας σε σύμπραξη επιστήμονες και ιδρύματα, με στόχο να δημιουργήσει το πρώτο πλήρως λειτουργικό ψηφιακό μοντέλο ανθρώπινης καρδιάς. Στην αρχή πολλοί εξέφραζαν επιφυλάξεις για την επιτυχία του εγχειρήματος.
«Εγώ ήξερα ότι αν τα δομικά στοιχεία ήταν σωστά, το τελικό προϊόν θα ήταν σωστό» δήλωσε στην Washington Post ο Λεβάιν. Μέσα σε έναν χρόνο ο ίδιος και οι συνεργάτες του είχαν δημιουργήσει μια λειτουργική καρδιά και σε δύο χρόνια είχαν ένα προϊόν που μπορούσε να διατεθεί σε χρήστες, όπως οι χειρουργοί του Νοσοκομείου Παίδων της Βοστώνης.
Σήμερα το έργο έχει περισσότερα από 130 μέλη σε 24 χώρες. Εκατοντάδες γιατροί και άλλοι επιστήμονες συνεργάζονται για την τελειοποίηση και την προώθηση της τεχνολογίας, η οποία ήδη χρησιμοποιείται σε νοσοκομεία για τον σχεδιασμό χειρουργικών επεμβάσεων, στη βιομηχανία για τη δοκιμή νέων θεραπειών αλλά και σε κλινικές μελέτες του αμερικανικού Οργανισμού Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA). Αλλά όχι μόνο αυτό: η φιλοσοφία του εφαρμόζεται πλέον σε αντίστοιχα προγράμματα ανάπτυξης εικονικού εγκεφάλου και πνεύμονα, κυκλοφορικού και μυοσκελετικού συστήματος.
Σύμφωνα με την Washington Post, η τεχνολογία των ψηφιακών αντιγράφων έχει αξιολογηθεί θετικά τόσο από τον FDA όσο και από τις Εθνικές Ακαδημίες Επιστημών, Μηχανικής και Ιατρικής, ανεξάρτητο συμβουλευτικό όργανο που ιδρύθηκε από το αμερικανικό Κογκρέσο.
Στον τομέα της Χειρουργικής τα ψηφιακά δίδυμα όργανα μπορούν να εξοικονομήσουν σημαντικούς πόρους μειώνοντας τη διάρκεια των επεμβάσεων, τους κινδύνους επιπλοκών και τον χρόνο νοσηλείας. Σύμφωνα με τα στοιχεία που παραθέτει η WP, το 2023 το αμερικανικό σύστημα περίθαλψης εξοικονόμησε 1,6 δισ. δολάρια, ποσό που προβλέπεται να φθάσει τα 21,1 δισ. δολάρια έως το 2028, με την επεκτεινόμενη χρήση των ψηφιακών αντιγράφων.
Ο εγκέφαλος του Στιβ
Το έργο του Λεβάιν ξεκίνησε με αφορμή το πρόβλημα της κόρης του, αλλά η προσωπική εμπλοκή του δεν σταμάτησε εκεί: Πριν από λίγο καιρό οι γιατροί εντόπισαν στον εγκέφαλό του έναν καλοήθη όγκο σε μέγεθος μπάλας του γκολφ! Δεν απειλούσε τη ζωή του, αλλά είχε αλλοιώσει ένα μέρος του κρανίου του, ενώ πίεζε και το οπτικό νεύρο. Επιπλέον, επηρέαζε τη λειτουργία της υπόφυσης, πυροδοτώντας την παραγωγή αυξητικής ορμόνης – ξαφνικά, τα πόδια και τα χέρια του Στιβ άρχισαν να μεγαλώνουν…
Ο Τόμας Μπομόντ, νευροχειρουργός του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, στο Σαν Ντιέγκο, ανέλαβε την αφαίρεση του όγκου. Αντί να ανοίξει το κρανίο του Στιβ, δημιούργησε ένα ψηφιακό αντίγραφό του, συμπεριλαμβανομένου του όγκου, για να σχεδιάσει τη λεπτή επέμβαση. Με οδηγό το δίδυμο εικονικό κρανίο πέρασε μια κάμερα από το ένα ρουθούνι και τα χειρουργικά του εργαλεία από το άλλο, αφαιρώντας τον όγκο τμηματικά και επιδιορθώνοντας τον κατεστραμμένο ιστό.
Αυτόν τον μήνα, γράφει η Washington Post, το Εθνικό Ιδρυμα Επιστημών σε συνεργασία με τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και τον FDA χορήγησε πάνω από 6 εκατ. δολάρια σε επτά ερευνητικά έργα που αφορούν την ανάπτυξη ψηφιακών διδύμων με ιατρικές εφαρμογές.
Πολυάριθμες ιδιωτικές εταιρείες, ακαδημαϊκά ιατρικά κέντρα αλλά και και κυβερνήσεις ανά τον κόσμο ερευνούν αυτή την τεχνολογία και τις δυνατότητές της. Οι ειδικοί τη θεωρούν πολλά υποσχόμενη, όχι μόνο στην Ιατρική, αλλά και σε μια σειρά από κλάδους όπως η κατασκευή αεροσκαφών, η παρακολούθηση και αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής κ.ά.
Με την παράλληλη ανάπτυξη της Τεχνητής Νοημοσύνης ο ψηφιακός δίδυμος αδελφός μας ίσως είναι πιο κοντά από όσο νομίζουμε.