Výsledkem je silná změna způsobů využívání informačních technologií ve zdravotnictví. Týká se to především způsobů, jakými lékaři diagnostikují problémy pacientů, nebo vyhodnocují predikce a návrhy ke zlepšení jejich zdraví. Současný stav technologie digitálních dvojčat čili digitalizovaných modelů lidí a především jejich zdravotní kondice, se dá přirovnat k tomu, kde bylo před 20 lety zkoumání lidského genomu. To ale také zároveň napovídá, jak velké bude muset být vynaloženo úsilí k tomu, aby se obor plně rozvinul.
Medicína šitá na míru
Digitální dvojčata ukazují obrovský příslib pro usnadnění a přizpůsobení lékařských ošetření jednotlivcům na základě jejich jedinečné genetické výbavy, anatomie, chování a dalších faktorů. Výzkumníci už dnes vyzývají lékařskou komunitu, aby se zapojila do spolupráce na škálování digitálních dvojčat od jednorázových projektů až po hromadné personalizační platformy. Ty fungují podobně, jako dnešní moderní platformy ke zpracování zákaznických dat, například v bankovnictví, telekomunikacích, e-obchodu a dalších oblastech. Existuje několik oblastí, kde se technologie digitálního dvojčete s úspěchem rozvíjí a využívá.
1. Virtuální orgány
Řada dodavatelů zdravotnických systémů a přístrojů už dnes pracuje na vývoji virtuálních srdcí, která přizpůsobují jednotlivým pacientům na míru a dále je digitálně vylaďují, aby mohli pochopit průběh nemocí v čase či reakci na nové léky, léčbu nebo chirurgické zákroky. Digitální model společnosti Philips, HeartModelA.I., simuluje pacientovo virtuální srdce, když při jeho tvorbě využívá vlastní ultrazvukové zařízení.
I Siemens Healthineers pracuje na digitálním dvojčeti srdce, aby zlepšil léčbu léky a simuloval různé intervence. Evropský startup FEops získal regulační souhlas a komercializoval platformu FEops HEARTguide. Ta kombinuje repliku srdce, specifickou dle jednotlivého pacienta, s anatomickou analýzou a s využitím umělé inteligence, aby se zlepšila léčba strukturálních srdečních onemocnění.
Společnost Dassault Systèmes už v roce 2014 zahájila svůj projekt "Living Heart" k vytvoření virtuálního dvojčete lidského srdce. Projekt se následně vyvinul v otevřenou spolupráci mezi vědci, lékaři a chirurgy, výrobci zdravotnických přístrojů a farmaceutickými společnostmi. Další projekt "Living Brain" téže společnosti se soustředí na léčbu epilepsie. Firma využívá svých poznatků v rozvoji dalších projektů, které vytváří digitální dvojčata pro plíce, kolena, oči i další orgány a části těla.
2. Genomická medicína
Švédští výzkumníci z univerzity v Linköpingu mapují RNA myší na digitální dvojče, které jim může pomoci k předpovědím účinku různých typů a dávek léků na artritidu. Jejich cílem je pomocí RNA personalizovat diagnostiku a léčbu člověka. | Zdroj: PublicDomainPictures/Pixabay
Vědci vycházeli ze svého zjištění, že běžná léčba nefunguje asi 40 až 70 % času. Podobné technologie vědci využívají k mapování vlastnosti lidských T-buněk, které hrají klíčovou roli v imunitní obraně. To jim může pomoci diagnostikovat mnoho běžných onemocnění dříve, kdy je nemoc ještě málo rozvinutá. Léčba může být proto účinnější, šetrnější a levnější.
3. Personalizované zdravotní informace
Kvůli pandemii covidu došlo k růstu digitálních zdravotnických služeb, které dále zdravotníkům a pacientům pomáhají hodnotit a řešit jednoduché zdravotní stavy pomocí AI. Aplikace Healthcheck od britské organizace Babylon Health například pořizuje zdravotní data pro digitální dvojčata.
Funguje to jak s ručně zadanými daty, jako jsou například zdravotní historie pacienta, záznamy úrovně nálady a bolesti nebo dalších symptomů, tak i automaticky snímanými daty z fitness a nositelných zařízení, jako jsou například Apple Watch nebo fitnáramky od Fitbit, Garmin, Xiaomi a dalších.
4. Personifikovaná léčba pomocí léků
Výzkumné centrum Empa ve Švýcarsku pracuje na digitálních dvojčatech, u kterých může optimalizovat dávkování léků pro lidi postižené chronickou bolestí. Na základě sběru dat od skutečných pacientů vědci v laboratořích Empa modelovali už několik stovek digitálních dvojčat a dále s nimi experimentují.
Charakteristiky, jako je věk a životní styl, pomáhají přizpůsobit digitální klony tak, aby pomohly předpovědět účinky léků na bolest. Stejně tak pomáhají i informace od reálných lidí, kteří se klinických testů účastní, přesnost digitálních dvojčat dále kalibrovat.
5. Replikace z celotělního skenování
Většina přístupů k tvorbě digitálního dvojčete staví na zpracování příslušných dat o jednotlivých částech těla a následném sestavení většího celku z jednotlivých dílů. Naproti tomu platforma digitálního dvojčete Gemini od společnosti Q Bio staví svůj přístup na oskenování celého těla. | Zdroj: Mirko Sajkov/Pixabay
Odborníci společnosti uvádí, že dokážou zachytit sken celého těla za 15 minut pomocí pokročilých výpočetních fyzikálních modelů bez toho, aby byl pacient nadlimitně ozářen, nebo musel dlouhodobě zadržovat dech. Tato metoda je také významně přesnější, než běžné snímkování magnetickou rezonancí (MRI). Kvůli vylepšení svých modelů digitálních dvojčat chce Q Bio svůj systém integrovat s dalšími systémy, které jí poskytnout data z genetiky, chemie, anatomie, životního stylu a dalších.
6. Detailní nácvik a plánování operací
Kardiologové v bostonské nemocnici spolupracují s tvůrci digitálního srdce ze společností Dassault Systèmes na zlepšení plánování chirurgických zákroků. Digitální dvojčata srdcí jednotlivých pacientů jim také pomáhají vytvářet vhodný tvar zpevňující manžety mezi srdcem a tepnami.
Digitální dvojče Sim&Size od Sim&Cure pomáhá mozkovým chirurgům pomocí simulací léčit rizika, která mohou mít za následek vznik sraženin nebo mrtvici. Zvyšují tak bezpečnost pacientů. Tato digitální dvojčata mohou zlepšit schopnost lékařů plánovat a provádět operace méně invazivními metodami pomocí katetrů k instalaci jedinečných implantátů do mozkových cév.
Simulace, které běží na integrovaném simulačním balíčku od společnosti Ansys, pomáhají přizpůsobit zákroky u jednotlivých pacientů. Praxe ukázala, že toto využití technologie pomohlo lékařům velmi významně snížit potřebu následných operací.
Technologie digitálních dvojčat mají ve zdravotnictví řadu dalších využití. Vedle replikací jednotlivých pacientů dokážou replikovat i chod celých klinik nebo nemocnic, nebo slouží při vývoji léčiv a lékařských přístrojů. Díky tomu může být celý zdravotnický systém výkonnější a efektivnější. Nástup technologie digitálního dvojčete už tedy není jen čistou sci-fi, ale denní realitou. Můžeme si tedy jen přát, aby byla brzkou a fungující skutečností, dosažitelnou i v českém zdravotnictví.
video
1 foto
