Cuando el consumo se encuentra con la IA, los órganos humanos como el corazón y el cerebro están siendo reconstruidos desde el "Metaverso" hasta el "心宇宙"
La tecnología gemela digital está cambiando el paradigma médico. Ahora, los médicos pueden reconstruir órganos de pacientes desde el corazón hasta el cerebro con imágenes tridimensionales, y en el futuro cercano, es posible construir un gemelo virtual completo del cuerpo humano, lo que hará que las cirugías y tratamientos sean más precisos y predecibles.
Con el desarrollo de la tecnología de grandes modelos de inteligencia artificial, una mayor capacidad de cálculo hará que la construcción de modelos tridimensionales sea más rápida y conveniente en el futuro. Después de integrar la información de imagen de IA, los médicos también podrán realizar una evaluación más completa de la salud de los pacientes.
Desde el corazón virtual hasta el cerebro virtual
Hace 6 meses, el ingeniero de software Steven Levine se sometió a una cirugía de extirpación de tumor cerebral que duró 12 horas. Después de que se le diagnosticara un tumor cerebral benigno del tamaño de una pelota de golf, los médicos modelaron su cerebro, encontraron la ubicación exacta del tumor y realizaron la cirugía guiados por imágenes 3D. Seis semanas después, Levine se había recuperado por completo de la cirugía.
"Aunque el tumor no pondrá inmediatamente en peligro mi vida, ya ha erosionado parte de mi cráneo, senos paranasales y ha comprimido el nervio óptico", dijo Lewin a un reportero de Diyi Caijing. "El tumor también afecta la función de la glándula pituitaria, secreta demasiada hormona del crecimiento, y hace que mis pies y manos se vuelvan lentamente más grandes".
El neurocirujano Thomas Beaumont de la Universidad de California, San Diego, utilizó la tecnología de gemelos digitales para reconstruir el cerebro de Levin, incluido el tumor. Durante la operación, a través de imágenes en una pantalla en el quirófano, Beaumont introdujo una cámara por una fosa nasal de Levin y envió herramientas quirúrgicas por la otra fosa nasal para extirpar el tumor por partes y reparar el tejido dañado, realizando la cirugía de manera no invasiva.
Debido a que la estructura ósea de cada paciente es diferente, la forma en que se curvan las arterias carótidas también es diferente. Todo esto debe visualizarse tridimensionalmente para garantizar el éxito de la cirugía. Con imágenes tridimensionales, los médicos no necesitan imaginar la estructura anatómica del cerebro de los pacientes en sus mentes, sino que pueden verlas directamente, lo que les permite estar más seguros durante la cirugía y hacerla más precisa.
La cirugía de Leven fue un gran éxito, y seis meses después, ya estaba trabajando como de costumbre. De hecho, la tecnología gemela digital utilizada por el Dr. Beaumont fue desarrollada personalmente por Leven, quien se convirtió en el beneficiario de su propia tecnología desarrollada. Su experiencia lo convenció aún más de que esta tecnología podría ayudar a más pacientes en el futuro y aliviar la carga de los médicos.
Actualmente, Leven está llevando la tecnología de gemelos digitales desde el laboratorio hasta la clínica, estos gemelos digitales incluirán órganos humanos como el corazón, el cerebro, el hígado, etc. Para lograr esto, Leven ha estado trabajando arduamente durante más de diez años.
En 2014, Leven inició el proyecto Living Heart en su empresa Dassault Systèmes, que es la primera herramienta de modelado digital del corazón humano en recibir la aprobación de la FDA de EE. UU. Esta herramienta ayuda a los cardiólogos intervencionistas a comprender mejor la estructura del corazón de los pacientes antes o durante la cirugía, con el fin de encontrar el mejor plan quirúrgico.
Levine dijo a los reporteros de CBN que se inspiró para lanzar el proyecto del corazón virtual en su hija Jesse. Jesse nació con un raro defecto cardíaco grave. Los médicos le implantaron un marcapasos en el corazón. Jesse tiene 35 años y su corazón ha sido reemplazado por 5 marcapasos.
Durante el tratamiento de la enfermedad cardíaca de Jesse, los médicos se enfrentaron a una gran cantidad de incertidumbre, en su mayoría basada en la experiencia y conjeturas, lo que dejó una profunda impresión en Levin. Desde entonces, Levin ha estado deseando desarrollar un sistema digital que pueda ayudar a los médicos a investigar de manera más efectiva el desarrollo de enfermedades cardíacas congénitas como la de Jesse.
"Al igual que nadie fabrica un avión o un automóvil real en la actualidad y luego lo conduce para probarlo", dijo Levin a un periodista de First Financial, "Antes de que estos productos se ensamblen realmente, los programas informáticos y los sistemas informáticos permiten a los diseñadores crear y probar estas piezas primero en un entorno virtual, entonces, ¿por qué la cirugía cardíaca y los dispositivos de intervención coronaria no pueden planificarse y probarse con antelación?"
El ingeniero de formación, Laiwen, siempre ha estado pensando en este problema desde una perspectiva física. Él cree que, dado que el corazón es una "bomba", debería estar sujeto a las leyes de la física. Esta idea dio lugar al prototipo de su proyecto de corazón virtual.
"Si el modelo construido es correcto, el producto final será correcto", dijo. Y este éxito proviene de la fuente abierta del sistema. Levine dijo que la colaboración abierta en el proyecto ha estado en marcha durante diez años. Cientos de médicos, ingenieros, reguladores de la industria y funcionarios gubernamentales de todo el mundo han participado en el proyecto, aportando sus habilidades profesionales respectivas con el objetivo de construir el primer corazón tridimensional completamente funcional en un entorno virtual.
Levin le dijo a un reportero de First Financial que al principio, muchas personas dudaban del proyecto, después de todo, cada cirugía cardíaca está relacionada con la vida, y actualmente las cirugías cardíacas todavía dependen de la habilidad y la experiencia del médico. Pero poco a poco, el modelo tridimensional se crea a partir de imágenes comunes de tomografía computarizada (TC) y resonancia magnética (RM), el software se mejora gradualmente, y el proyecto se va validando paso a paso, mostrando un excelente desempeño tanto en pruebas con animales como en pruebas finales con seres humanos.
"El proyecto de corazón virtual está impulsado por un ecosistema en constante evolución. Nos asociamos con destacados investigadores cardiovasculares, fabricantes de dispositivos médicos, organismos reguladores y expertos en enfermedades cardíacas, con el objetivo de desarrollar modelos de corazón digital personalizados altamente precisos, validados clínicamente y comercializables, junto con nuevas terapias digitales." dijo Leven.
Los niños con cardiopatías congénitas podrían ser los primeros en beneficiarse.
Después de años de arduo trabajo, el equipo de Levon ha logrado construir con éxito un corazón virtual completamente funcional y lo ha puesto a disposición de los cirujanos pediátricos del Hospital Infantil de Boston. Levon considera que la cardiología pediátrica tiene la oportunidad de ser el primer departamento en comercializar la tecnología gemela digital, debido a la falta de medios predictivos para el desarrollo de enfermedades cardíacas congénitas en niños.
Hoy, dos veces por semana, en el departamento de cardiología del Boston Children's Hospital, decenas de especialistas se reúnen para planificar las cirugías cardíacas más complejas. Analizaron una imagen digital tridimensional del corazón proyectada en una pantalla, y encontraron que cada vaso sanguíneo dañado o ventrículo malformado podría representar una amenaza para la vida y la salud de un niño.
Estas imágenes tridimensionales pueden rotar o descomponerse en bloques en la pantalla de la computadora, lo que permite a los cirujanos planificar con precisión las próximas cirugías. Con la ayuda de ingenieros biomédicos, los médicos pueden ver cómo el flujo sanguíneo y de oxígeno, las señales eléctricas del corazón y la presión de las válvulas afectan la función cardíaca, e incluso pueden predecir cómo las válvulas que planean utilizar afectarán la reparación del corazón a través de imágenes digitales.
Algún día se agregarán sensores o dispositivos portátiles a estas tecnologías digitales, creando una forma para que el corazón humano transmita datos al corazón virtual de un paciente, dijo Levine. Este bucle de retroalimentación creará un "gemelo digital" del corazón humano, proporcionando a los médicos nuevas formas de garantizar que sus opciones quirúrgicas sean óptimas.
David Hoganson, cirujano cardíaco pediátrico del Hospital Infantil de Boston y director del Programa de Visualización 3D por Computadora, es el líder del proyecto. Hasta la fecha, su equipo ha realizado unas 2,000 cirugías utilizando modelos cardíacos digitales.
En el Centro Cardíaco Pediátrico del Hospital Infantil Xinhua Afiliado a la Universidad Jiao Tong de Shanghai, el Dr. Chen Sun, director del departamento de cardiología, tiene que tratar a diario a una gran cantidad de niños con cardiopatías congénitas complejas. Algunos de estos niños necesitan tratamiento poco después de nacer debido a un desarrollo deficiente del ventrículo, entre otras razones, mientras que otros contraen la enfermedad de Kawasaki o miocardiopatía a la edad de 2 o 3 años, y muchos de los mecanismos de estas enfermedades aún no se comprenden completamente.
Chen Sun also informed the first financial reporter that his team is also conducting research cooperation between the hospital and the enterprise in the field of digital twins, based on the fusion of multimodal images of echocardiography and enhanced CT of the heart and great blood vessels, developing related algorithms, and building 3D and 4D models of pediatric congenital heart disease to better understand the development of pediatric congenital heart disease.
Chen Sun openly admitted that the reason why foreign digital technology is ahead in clinical applications is mainly based on two advantages: first, they have a mature payment system, so products can be commercialized more quickly; second, foreign ecosystems are relatively developed, forming a system of cross-research in basic medicine, engineering, clinical and other fields.
El Dr. Peng Yongxuan, médico jefe del Centro Cardíaco Pediátrico del Hospital Xin Hua, dijo a un periodista de First Finance: 'Los corazones virtuales se han convertido en un área de investigación candente en el campo cardiovascular nacional. La tecnología de gemelos digitales es una tendencia inevitable que impulsa aún más el desarrollo del nivel médico y traerá cambios revolucionarios al campo médico.'
Dijo que en el campo de las enfermedades cardíacas pediátricas en China, la tecnología del corazón virtual se encuentra en la etapa inicial de investigación y desarrollo a través del desarrollo y la optimización de algoritmos de IA, la fusión de imágenes multimodales y otras amplificaciones, y mejorará continuamente la precisión de los modelos de gemelos digitales, y explorará más a fondo su aplicación en la práctica clínica real en el futuro.
“Como una nueva tecnología y herramienta auxiliar, el corazón gemelo digital requiere un método de uso sistemático para aprovechar al máximo sus poderosas funciones. Por ejemplo, algunos parámetros bidimensionales de uso prolongado (diámetro, área) serán reemplazados por parámetros tridimensionales (área, volumen), y la planificación preoperatoria, la simulación quirúrgica y la predicción de la evolución de la enfermedad, entre otros, requieren métodos correspondientes específicos según la enfermedad”, afirmó Peng Yong.
En los últimos años, la "gemela digital" ha madurado en el campo de la medicina y se ha convertido en un modelo para los pulmones, el hígado, el cerebro, las articulaciones, los ojos, los vasos sanguíneos y otras partes del cuerpo. También es posible que en un futuro cercano se construya un gemelo virtual de todo el cuerpo humano. Actualmente, esta nueva tecnología se ha utilizado para probar nuevos productos médicos y predecir el efecto de nuevas moléculas medicinales en órganos y células. En el futuro, es posible que reduzca e incluso reemplace los experimentos con animales.
Estos modelos establecerán una base unificada para la medicina cardiovascular computacional, promoviendo el desarrollo de la educación, el diseño de dispositivos médicos, los ensayos clínicos, el diagnóstico clínico, y proporcionando un camino más efectivo para la innovación y transformación de dispositivos médicos de vanguardia. Actualmente, la FDA de EE. UU. ha extendido el acuerdo de investigación colaborativa con el sistema virtual del corazón de Dassault Systèmes a 10 años para evaluar la implantación, colocación y rendimiento de dispositivos cardiovasculares, incluidos los marcapasos.
Con el desarrollo de la IA generativa, el proyecto de corazón virtual de Dassault está introduciendo modelos de lenguaje a gran escala. Levin le dijo a un periodista de First Financial que su equipo está probando un nuevo modelo de corazón virtual de próxima generación, que puede ser configurado para pacientes individuales o grupos de pacientes, y la capacidad personalizada y automatizada impulsada por la IA ayudará a simplificar y acelerar el desarrollo de dispositivos médicos.
"Una de las ventajas del modelo de IA es que en el futuro es posible que no necesitemos una gran cantidad de datos de pacientes, solo una pequeña cantidad de datos puede permitir que el modelo aprenda continuamente y genere una gran cantidad de datos. Este es un impacto importante del desarrollo de la IA en la tecnología gemela digital", dijo Levine.
Además, con la capacidad de la inteligencia artificial, el proceso pasado de modelado manual de cada corazón individual también experimentará un cambio. "El modelado manual a menudo lleva mucho tiempo, ahora se puede automatizar con un solo clic, acortando un ciclo de varios días a minutos, lo que será transformador para todo el proceso", dijo.
La era de la medicina AI está a punto de llegar
En China, los médicos clínicos también están explorando las perspectivas de aplicación de la tecnología virtual gemela. Recientemente, en el quirófano del Hospital Renji, afiliado a la Facultad de Medicina de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, se llevó a cabo una 'guerra precisa' de colaboración entre humanos y máquinas. El equipo de neurocirugía funcional del Hospital Renji, dirigido por Zhou Hongyu, importó los datos de imágenes de CT y MRI de los pacientes a un sistema de robot quirúrgico llamado Sino. A través del sistema de algoritmos de inteligencia artificial, pudo reconstruir automáticamente un modelo tridimensional del interior del cráneo y delinear con precisión el contorno tridimensional del absceso.
Con la ayuda de imágenes tridimensionales, bajo la luz sin sombras, el Dr. Guo Liemei, subdirector de neurocirugía del Hospital Renji, maneja hábilmente el brazo mecánico del robot quirúrgico y, siguiendo la ruta quirúrgica planificada por el robot, inserta lentamente el tubo de drenaje en el centro del absceso con una precisión de posicionamiento repetido de 0.1 milímetros.
Zhou Hongyu explained to the First Financial reporter that in the past, this type of surgery relied on the doctor's "feel" and experience. Now, with the development of neuroimaging technology, image data of CT and MRI can be post-processed to construct deep brain structures that could only be observed through craniotomy in the past. On the basis of the three-dimensional system, surgical paths can be planned to avoid blood vessels and important functional areas, and precise positioning and surgical navigation can be achieved through robots, breaking through the physiological limits of the human eye and hand.
El sistema muestra en tiempo real la profundidad de la punción, el ángulo de desviación, y puede evitar hábilmente los vasos sanguíneos y áreas funcionales, una perspectiva que la cirugía tradicional no puede lograr.
El Dr. Feng Junfeng, director del departamento de neurocirugía del Hospital Renji, le dijo a un periodista de First Finance: 'La neurocirugía ha entrado en la era de los milímetros. El aprendizaje automático sigue acumulando datos de operaciones, y en el futuro podrá optimizar de forma autónoma las rutas de punción, convirtiéndose en el 'asesor de IA' de los médicos'.
Se espera que en el futuro se produzca un escenario similar en el laboratorio de cateterismo cardíaco del hospital. El académico Ge Junbo, director del Departamento de Cardiología del Hospital Zhongshan Afiliado a la Universidad de Fudan, describió un escenario de "Laboratorio de Cateterismo Metaverso" al reportero de CBN: el laboratorio de cateterismo está compuesto por un sistema de toma de decisiones asistido por inteligencia artificial, un sistema de control asistido por voz, un sistema de retroalimentación háptica y asistido por robots, un sistema digital holográfico de realidad mixta e Internet de alta velocidad.
"En esta sala de cateterismo, antes de que el paciente reciba tratamiento quirúrgico, toda la información ya se ha reflejado en el sistema de software del médico. Después de ponerse un dispositivo virtual mixto como Vision Pro, el médico puede simular la cirugía y la disección, y el proceso quirúrgico ya se ha ensayado de antemano", dijo Ge Junbo a un periodista de First Financial.
Cree que las manifestaciones y dimensiones del "metaverso" también son aplicables al diagnóstico y tratamiento de las enfermedades cardíacas. Desde el "metaverso" hasta el "universo de la mente", en el futuro, los gemelos digitales pueden utilizar la tecnología de IA para construir con precisión un órgano digital (humano digital), describir lo que puede suceder en situaciones reales (virtual) y permitir a los médicos y pacientes comprender las consecuencias de un factor de enfermedad.
"Esto ayudará a comprender las asociaciones entre varias enfermedades vasculares complejas, como la forma en que las enfermedades ateroscleróticas afectan a toda la red vascular del cuerpo humano". Ge Junbo dijo: "Esto es de gran importancia para el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades panvasculares. Los conocimientos tradicionales ya no pueden predecir todas las consecuencias de las enfermedades, y la integración de información que incluya las características de los pacientes, las manifestaciones clínicas, los biomarcadores y la radiómica se convertirá en una tendencia en el futuro. ”
Ge Junbo dijo que la tecnología gemela digital combinada con grandes modelos de inteligencia artificial puede predecir con precisión enfermedades vasculares y desempeñar un papel más importante en áreas como reemplazo de válvulas, ayudando a los médicos a predecir y tomar decisiones sobre cuándo intervenir en las enfermedades.
La semana pasada, el Departamento de Cardiología del Hospital Zhongshan lanzó el primer modelo cardíaco a gran escala en China (CardioMind). Este modelo integra datos de diagnóstico multimodales y la experiencia de médicos de primer nivel para lograr un proceso inteligente desde la recopilación de antecedentes médicos hasta el diagnóstico asistido. Lo más importante es que el sistema supera el análisis de datos de texto único y logra la integración y deducción de datos multimodales como electrocardiogramas, imágenes de ultrasonido y análisis de laboratorio.
Sin embargo, la estandarización de estos datos todavía enfrenta desafíos. 'El gemelo digital es describir los órganos según varios tipos de imágenes tridimensionales médicas y señales fisiológicas. Las imágenes 3D de TC/RM son la base del gemelo digital, y debido a las diferencias en la estructura de los órganos de cada persona, estas imágenes en tiempo real se pueden utilizar para ajustar modelos de IA y lograr aplicaciones personalizadas', dijo un experto en imágenes médicas a un periodista de First Financial. 'Actualmente, el gemelo digital de los órganos aún no ha establecido un estándar unificado, pero se puede simplificar según necesidades específicas, como escenarios especialmente diseñados para guiar procedimientos quirúrgicos'.
Algunos clínicos también señalaron al primer reportero financiero que, debido a la gran variabilidad subjetiva de los datos fisiológicos del cuerpo humano, esto aumentará la dificultad de estandarización. "Los datos del cuerpo humano son extremadamente complejos, con cientos de millones de variables que interactúan entre sí, y es muy difícil simularlos con precisión". El profesor Pan Wenzhi, médico jefe del Departamento de Cardiología del Hospital de Zhongshan, dijo al primer reportero financiero: "Para demostrar si una terapia es factible, incluso si es una hipótesis simple, generalmente es necesario incluir a miles de pacientes durante varios años de ensayos clínicos, lo que cuesta cientos de millones de yuanes". Porque al paciente no se le puede repetir ensayo y error. ”
También señaló que la aplicación de modelos de inteligencia artificial a gran escala es más ventajosa para los datos objetivos, como datos de imágenes, patología, sangre, etc. Al ingresar a estos datos de manera local, puede proporcionar funciones de asistencia específicas para los médicos.
Levin le confesó a un periodista de First Financial que, en la actualidad, el proyecto de corazón virtual todavía está esperando la evaluación de las autoridades regulatorias, y aún falta tiempo para que entre masivamente en la clínica. Al hablar sobre los desafíos, dijo: "La falta de estándares es el mayor desafío, no solo cada empresa está haciendo su propio producto, no hay un estándar unificado, y los estándares de cada país también son diferentes. Por lo tanto, la industria necesita establecer rápidamente estándares para la tecnología gemela digital, proporcionar referencias para la aprobación regulatoria, y así poder llevar esta tecnología a la clínica lo antes posible."
（Fuente del artículo: Diario de Finanzas Primero）
Fuente: Eastmoney.com
Autor: Diyi Caijing
Ver originales
El contenido es solo de referencia, no una solicitud u oferta. No se proporciona asesoramiento fiscal, legal ni de inversión. Consulte el Descargo de responsabilidad para obtener más información sobre los riesgos.
Cuando el consumo se encuentra con la IA, los órganos humanos como el corazón y el cerebro están siendo reconstruidos desde el "Metaverso" hasta el "心宇宙"
La tecnología gemela digital está cambiando el paradigma médico. Ahora, los médicos pueden reconstruir órganos de pacientes desde el corazón hasta el cerebro con imágenes tridimensionales, y en el futuro cercano, es posible construir un gemelo virtual completo del cuerpo humano, lo que hará que las cirugías y tratamientos sean más precisos y predecibles.
Con el desarrollo de la tecnología de grandes modelos de inteligencia artificial, una mayor capacidad de cálculo hará que la construcción de modelos tridimensionales sea más rápida y conveniente en el futuro. Después de integrar la información de imagen de IA, los médicos también podrán realizar una evaluación más completa de la salud de los pacientes.
Desde el corazón virtual hasta el cerebro virtual
Hace 6 meses, el ingeniero de software Steven Levine se sometió a una cirugía de extirpación de tumor cerebral que duró 12 horas. Después de que se le diagnosticara un tumor cerebral benigno del tamaño de una pelota de golf, los médicos modelaron su cerebro, encontraron la ubicación exacta del tumor y realizaron la cirugía guiados por imágenes 3D. Seis semanas después, Levine se había recuperado por completo de la cirugía.
"Aunque el tumor no pondrá inmediatamente en peligro mi vida, ya ha erosionado parte de mi cráneo, senos paranasales y ha comprimido el nervio óptico", dijo Lewin a un reportero de Diyi Caijing. "El tumor también afecta la función de la glándula pituitaria, secreta demasiada hormona del crecimiento, y hace que mis pies y manos se vuelvan lentamente más grandes".
El neurocirujano Thomas Beaumont de la Universidad de California, San Diego, utilizó la tecnología de gemelos digitales para reconstruir el cerebro de Levin, incluido el tumor. Durante la operación, a través de imágenes en una pantalla en el quirófano, Beaumont introdujo una cámara por una fosa nasal de Levin y envió herramientas quirúrgicas por la otra fosa nasal para extirpar el tumor por partes y reparar el tejido dañado, realizando la cirugía de manera no invasiva.
Debido a que la estructura ósea de cada paciente es diferente, la forma en que se curvan las arterias carótidas también es diferente. Todo esto debe visualizarse tridimensionalmente para garantizar el éxito de la cirugía. Con imágenes tridimensionales, los médicos no necesitan imaginar la estructura anatómica del cerebro de los pacientes en sus mentes, sino que pueden verlas directamente, lo que les permite estar más seguros durante la cirugía y hacerla más precisa.
La cirugía de Leven fue un gran éxito, y seis meses después, ya estaba trabajando como de costumbre. De hecho, la tecnología gemela digital utilizada por el Dr. Beaumont fue desarrollada personalmente por Leven, quien se convirtió en el beneficiario de su propia tecnología desarrollada. Su experiencia lo convenció aún más de que esta tecnología podría ayudar a más pacientes en el futuro y aliviar la carga de los médicos.
Actualmente, Leven está llevando la tecnología de gemelos digitales desde el laboratorio hasta la clínica, estos gemelos digitales incluirán órganos humanos como el corazón, el cerebro, el hígado, etc. Para lograr esto, Leven ha estado trabajando arduamente durante más de diez años.
En 2014, Leven inició el proyecto Living Heart en su empresa Dassault Systèmes, que es la primera herramienta de modelado digital del corazón humano en recibir la aprobación de la FDA de EE. UU. Esta herramienta ayuda a los cardiólogos intervencionistas a comprender mejor la estructura del corazón de los pacientes antes o durante la cirugía, con el fin de encontrar el mejor plan quirúrgico.
Levine dijo a los reporteros de CBN que se inspiró para lanzar el proyecto del corazón virtual en su hija Jesse. Jesse nació con un raro defecto cardíaco grave. Los médicos le implantaron un marcapasos en el corazón. Jesse tiene 35 años y su corazón ha sido reemplazado por 5 marcapasos.
Durante el tratamiento de la enfermedad cardíaca de Jesse, los médicos se enfrentaron a una gran cantidad de incertidumbre, en su mayoría basada en la experiencia y conjeturas, lo que dejó una profunda impresión en Levin. Desde entonces, Levin ha estado deseando desarrollar un sistema digital que pueda ayudar a los médicos a investigar de manera más efectiva el desarrollo de enfermedades cardíacas congénitas como la de Jesse.
"Al igual que nadie fabrica un avión o un automóvil real en la actualidad y luego lo conduce para probarlo", dijo Levin a un periodista de First Financial, "Antes de que estos productos se ensamblen realmente, los programas informáticos y los sistemas informáticos permiten a los diseñadores crear y probar estas piezas primero en un entorno virtual, entonces, ¿por qué la cirugía cardíaca y los dispositivos de intervención coronaria no pueden planificarse y probarse con antelación?"
El ingeniero de formación, Laiwen, siempre ha estado pensando en este problema desde una perspectiva física. Él cree que, dado que el corazón es una "bomba", debería estar sujeto a las leyes de la física. Esta idea dio lugar al prototipo de su proyecto de corazón virtual.
"Si el modelo construido es correcto, el producto final será correcto", dijo. Y este éxito proviene de la fuente abierta del sistema. Levine dijo que la colaboración abierta en el proyecto ha estado en marcha durante diez años. Cientos de médicos, ingenieros, reguladores de la industria y funcionarios gubernamentales de todo el mundo han participado en el proyecto, aportando sus habilidades profesionales respectivas con el objetivo de construir el primer corazón tridimensional completamente funcional en un entorno virtual.
Levin le dijo a un reportero de First Financial que al principio, muchas personas dudaban del proyecto, después de todo, cada cirugía cardíaca está relacionada con la vida, y actualmente las cirugías cardíacas todavía dependen de la habilidad y la experiencia del médico. Pero poco a poco, el modelo tridimensional se crea a partir de imágenes comunes de tomografía computarizada (TC) y resonancia magnética (RM), el software se mejora gradualmente, y el proyecto se va validando paso a paso, mostrando un excelente desempeño tanto en pruebas con animales como en pruebas finales con seres humanos.
"El proyecto de corazón virtual está impulsado por un ecosistema en constante evolución. Nos asociamos con destacados investigadores cardiovasculares, fabricantes de dispositivos médicos, organismos reguladores y expertos en enfermedades cardíacas, con el objetivo de desarrollar modelos de corazón digital personalizados altamente precisos, validados clínicamente y comercializables, junto con nuevas terapias digitales." dijo Leven.
Los niños con cardiopatías congénitas podrían ser los primeros en beneficiarse.
Después de años de arduo trabajo, el equipo de Levon ha logrado construir con éxito un corazón virtual completamente funcional y lo ha puesto a disposición de los cirujanos pediátricos del Hospital Infantil de Boston. Levon considera que la cardiología pediátrica tiene la oportunidad de ser el primer departamento en comercializar la tecnología gemela digital, debido a la falta de medios predictivos para el desarrollo de enfermedades cardíacas congénitas en niños.
Hoy, dos veces por semana, en el departamento de cardiología del Boston Children's Hospital, decenas de especialistas se reúnen para planificar las cirugías cardíacas más complejas. Analizaron una imagen digital tridimensional del corazón proyectada en una pantalla, y encontraron que cada vaso sanguíneo dañado o ventrículo malformado podría representar una amenaza para la vida y la salud de un niño.
Estas imágenes tridimensionales pueden rotar o descomponerse en bloques en la pantalla de la computadora, lo que permite a los cirujanos planificar con precisión las próximas cirugías. Con la ayuda de ingenieros biomédicos, los médicos pueden ver cómo el flujo sanguíneo y de oxígeno, las señales eléctricas del corazón y la presión de las válvulas afectan la función cardíaca, e incluso pueden predecir cómo las válvulas que planean utilizar afectarán la reparación del corazón a través de imágenes digitales.
Algún día se agregarán sensores o dispositivos portátiles a estas tecnologías digitales, creando una forma para que el corazón humano transmita datos al corazón virtual de un paciente, dijo Levine. Este bucle de retroalimentación creará un "gemelo digital" del corazón humano, proporcionando a los médicos nuevas formas de garantizar que sus opciones quirúrgicas sean óptimas.
David Hoganson, cirujano cardíaco pediátrico del Hospital Infantil de Boston y director del Programa de Visualización 3D por Computadora, es el líder del proyecto. Hasta la fecha, su equipo ha realizado unas 2,000 cirugías utilizando modelos cardíacos digitales.
En el Centro Cardíaco Pediátrico del Hospital Infantil Xinhua Afiliado a la Universidad Jiao Tong de Shanghai, el Dr. Chen Sun, director del departamento de cardiología, tiene que tratar a diario a una gran cantidad de niños con cardiopatías congénitas complejas. Algunos de estos niños necesitan tratamiento poco después de nacer debido a un desarrollo deficiente del ventrículo, entre otras razones, mientras que otros contraen la enfermedad de Kawasaki o miocardiopatía a la edad de 2 o 3 años, y muchos de los mecanismos de estas enfermedades aún no se comprenden completamente.
Chen Sun also informed the first financial reporter that his team is also conducting research cooperation between the hospital and the enterprise in the field of digital twins, based on the fusion of multimodal images of echocardiography and enhanced CT of the heart and great blood vessels, developing related algorithms, and building 3D and 4D models of pediatric congenital heart disease to better understand the development of pediatric congenital heart disease.
Chen Sun openly admitted that the reason why foreign digital technology is ahead in clinical applications is mainly based on two advantages: first, they have a mature payment system, so products can be commercialized more quickly; second, foreign ecosystems are relatively developed, forming a system of cross-research in basic medicine, engineering, clinical and other fields.
El Dr. Peng Yongxuan, médico jefe del Centro Cardíaco Pediátrico del Hospital Xin Hua, dijo a un periodista de First Finance: 'Los corazones virtuales se han convertido en un área de investigación candente en el campo cardiovascular nacional. La tecnología de gemelos digitales es una tendencia inevitable que impulsa aún más el desarrollo del nivel médico y traerá cambios revolucionarios al campo médico.'
Dijo que en el campo de las enfermedades cardíacas pediátricas en China, la tecnología del corazón virtual se encuentra en la etapa inicial de investigación y desarrollo a través del desarrollo y la optimización de algoritmos de IA, la fusión de imágenes multimodales y otras amplificaciones, y mejorará continuamente la precisión de los modelos de gemelos digitales, y explorará más a fondo su aplicación en la práctica clínica real en el futuro.
“Como una nueva tecnología y herramienta auxiliar, el corazón gemelo digital requiere un método de uso sistemático para aprovechar al máximo sus poderosas funciones. Por ejemplo, algunos parámetros bidimensionales de uso prolongado (diámetro, área) serán reemplazados por parámetros tridimensionales (área, volumen), y la planificación preoperatoria, la simulación quirúrgica y la predicción de la evolución de la enfermedad, entre otros, requieren métodos correspondientes específicos según la enfermedad”, afirmó Peng Yong.
En los últimos años, la "gemela digital" ha madurado en el campo de la medicina y se ha convertido en un modelo para los pulmones, el hígado, el cerebro, las articulaciones, los ojos, los vasos sanguíneos y otras partes del cuerpo. También es posible que en un futuro cercano se construya un gemelo virtual de todo el cuerpo humano. Actualmente, esta nueva tecnología se ha utilizado para probar nuevos productos médicos y predecir el efecto de nuevas moléculas medicinales en órganos y células. En el futuro, es posible que reduzca e incluso reemplace los experimentos con animales.
Estos modelos establecerán una base unificada para la medicina cardiovascular computacional, promoviendo el desarrollo de la educación, el diseño de dispositivos médicos, los ensayos clínicos, el diagnóstico clínico, y proporcionando un camino más efectivo para la innovación y transformación de dispositivos médicos de vanguardia. Actualmente, la FDA de EE. UU. ha extendido el acuerdo de investigación colaborativa con el sistema virtual del corazón de Dassault Systèmes a 10 años para evaluar la implantación, colocación y rendimiento de dispositivos cardiovasculares, incluidos los marcapasos.
Con el desarrollo de la IA generativa, el proyecto de corazón virtual de Dassault está introduciendo modelos de lenguaje a gran escala. Levin le dijo a un periodista de First Financial que su equipo está probando un nuevo modelo de corazón virtual de próxima generación, que puede ser configurado para pacientes individuales o grupos de pacientes, y la capacidad personalizada y automatizada impulsada por la IA ayudará a simplificar y acelerar el desarrollo de dispositivos médicos.
"Una de las ventajas del modelo de IA es que en el futuro es posible que no necesitemos una gran cantidad de datos de pacientes, solo una pequeña cantidad de datos puede permitir que el modelo aprenda continuamente y genere una gran cantidad de datos. Este es un impacto importante del desarrollo de la IA en la tecnología gemela digital", dijo Levine.
Además, con la capacidad de la inteligencia artificial, el proceso pasado de modelado manual de cada corazón individual también experimentará un cambio. "El modelado manual a menudo lleva mucho tiempo, ahora se puede automatizar con un solo clic, acortando un ciclo de varios días a minutos, lo que será transformador para todo el proceso", dijo.
La era de la medicina AI está a punto de llegar
En China, los médicos clínicos también están explorando las perspectivas de aplicación de la tecnología virtual gemela. Recientemente, en el quirófano del Hospital Renji, afiliado a la Facultad de Medicina de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, se llevó a cabo una 'guerra precisa' de colaboración entre humanos y máquinas. El equipo de neurocirugía funcional del Hospital Renji, dirigido por Zhou Hongyu, importó los datos de imágenes de CT y MRI de los pacientes a un sistema de robot quirúrgico llamado Sino. A través del sistema de algoritmos de inteligencia artificial, pudo reconstruir automáticamente un modelo tridimensional del interior del cráneo y delinear con precisión el contorno tridimensional del absceso.
Con la ayuda de imágenes tridimensionales, bajo la luz sin sombras, el Dr. Guo Liemei, subdirector de neurocirugía del Hospital Renji, maneja hábilmente el brazo mecánico del robot quirúrgico y, siguiendo la ruta quirúrgica planificada por el robot, inserta lentamente el tubo de drenaje en el centro del absceso con una precisión de posicionamiento repetido de 0.1 milímetros.
Zhou Hongyu explained to the First Financial reporter that in the past, this type of surgery relied on the doctor's "feel" and experience. Now, with the development of neuroimaging technology, image data of CT and MRI can be post-processed to construct deep brain structures that could only be observed through craniotomy in the past. On the basis of the three-dimensional system, surgical paths can be planned to avoid blood vessels and important functional areas, and precise positioning and surgical navigation can be achieved through robots, breaking through the physiological limits of the human eye and hand.
El sistema muestra en tiempo real la profundidad de la punción, el ángulo de desviación, y puede evitar hábilmente los vasos sanguíneos y áreas funcionales, una perspectiva que la cirugía tradicional no puede lograr.
El Dr. Feng Junfeng, director del departamento de neurocirugía del Hospital Renji, le dijo a un periodista de First Finance: 'La neurocirugía ha entrado en la era de los milímetros. El aprendizaje automático sigue acumulando datos de operaciones, y en el futuro podrá optimizar de forma autónoma las rutas de punción, convirtiéndose en el 'asesor de IA' de los médicos'.
Se espera que en el futuro se produzca un escenario similar en el laboratorio de cateterismo cardíaco del hospital. El académico Ge Junbo, director del Departamento de Cardiología del Hospital Zhongshan Afiliado a la Universidad de Fudan, describió un escenario de "Laboratorio de Cateterismo Metaverso" al reportero de CBN: el laboratorio de cateterismo está compuesto por un sistema de toma de decisiones asistido por inteligencia artificial, un sistema de control asistido por voz, un sistema de retroalimentación háptica y asistido por robots, un sistema digital holográfico de realidad mixta e Internet de alta velocidad.
"En esta sala de cateterismo, antes de que el paciente reciba tratamiento quirúrgico, toda la información ya se ha reflejado en el sistema de software del médico. Después de ponerse un dispositivo virtual mixto como Vision Pro, el médico puede simular la cirugía y la disección, y el proceso quirúrgico ya se ha ensayado de antemano", dijo Ge Junbo a un periodista de First Financial.
Cree que las manifestaciones y dimensiones del "metaverso" también son aplicables al diagnóstico y tratamiento de las enfermedades cardíacas. Desde el "metaverso" hasta el "universo de la mente", en el futuro, los gemelos digitales pueden utilizar la tecnología de IA para construir con precisión un órgano digital (humano digital), describir lo que puede suceder en situaciones reales (virtual) y permitir a los médicos y pacientes comprender las consecuencias de un factor de enfermedad.
"Esto ayudará a comprender las asociaciones entre varias enfermedades vasculares complejas, como la forma en que las enfermedades ateroscleróticas afectan a toda la red vascular del cuerpo humano". Ge Junbo dijo: "Esto es de gran importancia para el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades panvasculares. Los conocimientos tradicionales ya no pueden predecir todas las consecuencias de las enfermedades, y la integración de información que incluya las características de los pacientes, las manifestaciones clínicas, los biomarcadores y la radiómica se convertirá en una tendencia en el futuro. ”
Ge Junbo dijo que la tecnología gemela digital combinada con grandes modelos de inteligencia artificial puede predecir con precisión enfermedades vasculares y desempeñar un papel más importante en áreas como reemplazo de válvulas, ayudando a los médicos a predecir y tomar decisiones sobre cuándo intervenir en las enfermedades.
La semana pasada, el Departamento de Cardiología del Hospital Zhongshan lanzó el primer modelo cardíaco a gran escala en China (CardioMind). Este modelo integra datos de diagnóstico multimodales y la experiencia de médicos de primer nivel para lograr un proceso inteligente desde la recopilación de antecedentes médicos hasta el diagnóstico asistido. Lo más importante es que el sistema supera el análisis de datos de texto único y logra la integración y deducción de datos multimodales como electrocardiogramas, imágenes de ultrasonido y análisis de laboratorio.
Sin embargo, la estandarización de estos datos todavía enfrenta desafíos. 'El gemelo digital es describir los órganos según varios tipos de imágenes tridimensionales médicas y señales fisiológicas. Las imágenes 3D de TC/RM son la base del gemelo digital, y debido a las diferencias en la estructura de los órganos de cada persona, estas imágenes en tiempo real se pueden utilizar para ajustar modelos de IA y lograr aplicaciones personalizadas', dijo un experto en imágenes médicas a un periodista de First Financial. 'Actualmente, el gemelo digital de los órganos aún no ha establecido un estándar unificado, pero se puede simplificar según necesidades específicas, como escenarios especialmente diseñados para guiar procedimientos quirúrgicos'.
Algunos clínicos también señalaron al primer reportero financiero que, debido a la gran variabilidad subjetiva de los datos fisiológicos del cuerpo humano, esto aumentará la dificultad de estandarización. "Los datos del cuerpo humano son extremadamente complejos, con cientos de millones de variables que interactúan entre sí, y es muy difícil simularlos con precisión". El profesor Pan Wenzhi, médico jefe del Departamento de Cardiología del Hospital de Zhongshan, dijo al primer reportero financiero: "Para demostrar si una terapia es factible, incluso si es una hipótesis simple, generalmente es necesario incluir a miles de pacientes durante varios años de ensayos clínicos, lo que cuesta cientos de millones de yuanes". Porque al paciente no se le puede repetir ensayo y error. ”
También señaló que la aplicación de modelos de inteligencia artificial a gran escala es más ventajosa para los datos objetivos, como datos de imágenes, patología, sangre, etc. Al ingresar a estos datos de manera local, puede proporcionar funciones de asistencia específicas para los médicos.
Levin le confesó a un periodista de First Financial que, en la actualidad, el proyecto de corazón virtual todavía está esperando la evaluación de las autoridades regulatorias, y aún falta tiempo para que entre masivamente en la clínica. Al hablar sobre los desafíos, dijo: "La falta de estándares es el mayor desafío, no solo cada empresa está haciendo su propio producto, no hay un estándar unificado, y los estándares de cada país también son diferentes. Por lo tanto, la industria necesita establecer rápidamente estándares para la tecnología gemela digital, proporcionar referencias para la aprobación regulatoria, y así poder llevar esta tecnología a la clínica lo antes posible."
（Fuente del artículo: Diario de Finanzas Primero）
Fuente: Eastmoney.com
Autor: Diyi Caijing