A tecnologia de gêmeos digitais está a mudar o paradigma médico. Agora, os médicos podem reconstruir em 3D os órgãos dos pacientes, do coração ao cérebro, e em breve poderão criar um gêmeo virtual do corpo humano inteiro, tornando as cirurgias e os tratamentos mais precisos e previsíveis.
Com o desenvolvimento da tecnologia de grandes modelos de inteligência artificial, uma capacidade de cálculo mais poderosa tornará a construção de modelos 3D mais rápida e conveniente no futuro. Após a integração das informações de imagem de IA, os médicos também podem fazer avaliações mais abrangentes da saúde dos pacientes.
Do coração virtual ao cérebro virtual
Há 6 meses, o engenheiro de software Steven Levine passou por uma cirurgia de remoção de tumor cerebral que durou 12 horas. Depois de ter sido diagnosticado com um tumor cerebral benigno do tamanho de uma bola de golfe, os médicos modelaram seu cérebro, encontraram a localização exata do tumor e realizaram a cirurgia com orientação de imagens 3D. Seis semanas depois, Levine se recuperou completamente da cirurgia.
"Embora o tumor não vá imediatamente ameaçar minha vida, ele já corroeu parte do meu crânio, seios nasais e está pressionando o nervo óptico," disse Lewin ao repórter da Primeira Economia, "O tumor também afetou a função da glândula pituitária, secretando excesso de hormônio do crescimento, fazendo com que meus pés e mãos cresçam lentamente."
O neurocirurgião Thomas Beaumont, da Universidade da Califórnia em San Diego, reconstruiu o cérebro de Levin, incluindo o tumor, usando a tecnologia dos gêmeos digitais. Durante a cirurgia, Beaumont inseriu uma câmera em uma das narinas de Levin e introduziu instrumentos cirúrgicos na outra narina, removendo o tumor em pedaços e reparando o tecido danificado de forma não invasiva, conforme visualizado nas telas da sala de cirurgia.
Devido a estrutura óssea de cada paciente ser diferente, a curvatura da artéria carótida também varia. Tudo isso deve ser visualizado em 3D para garantir o sucesso da cirurgia. Com imagens tridimensionais, os médicos não precisam mais imaginar a anatomia do cérebro dos pacientes, mas podem vê-la diretamente, o que os coloca em uma posição mais segura durante a cirurgia e torna o procedimento mais preciso.
A cirurgia de Laven foi um sucesso absoluto. Seis meses depois, ele já estava de volta ao trabalho como de costume. Na verdade, a tecnologia de gêmeos digitais usada pelo Dr. Beaumont foi desenvolvida pelo próprio Laven, que se tornou o beneficiário de sua própria tecnologia desenvolvida. Sua experiência o convenceu ainda mais de que essa tecnologia poderá ajudar mais pacientes no futuro e aliviar a carga dos médicos.
Agora, Levine está se mudando do laboratório para a clínica com gêmeos digitais que incluirão o coração, cérebro, fígado e outros órgãos humanos. Levine vem trabalhando nisso há mais de uma década.
Em 2014, Leven, em sua empresa Dassault Systemes, lançou o projeto Coração Vivo (Living Heart), o primeiro modelo digital do coração humano a receber aprovação da FDA dos Estados Unidos. Este modelo pode ajudar os cardiologistas intervencionistas a compreender melhor a estrutura do coração do paciente antes ou durante a cirurgia, a fim de encontrar a melhor estratégia cirúrgica.
Levin disse ao repórter do First Finance que a inspiração para o seu projeto de coração virtual veio de sua filha Jesse. Quando Jesse nasceu, ela tinha um defeito cardíaco raro e grave. Os médicos implantaram um marca-passo em seu coração. Jesse, que agora tem 35 anos, já teve cinco marca-passos substituídos.
Os médicos enfrentam muita incerteza ao tratar a doença cardíaca de Jesse, confiando principalmente em experiência e suposição, deixando uma profunda impressão em Levin. Desde então, Levin tem esperado desenvolver um sistema digital que ajude os médicos a estudar o desenvolvimento de doenças cardíacas congênitas em crianças como Jesse.
"Assim como ninguém hoje em dia construiria um avião ou um carro real e sairia para testá-lo," disse Levin à First Financial Reporter, "antes que esses produtos sejam realmente montados, programas de software e sistemas de computador permitem que os designers primeiro criem e testem essas peças em um ambiente virtual, então por que não poderíamos planejar antecipadamente os testes para cirurgia cardíaca e dispositivos de intervenção coronária?"
O engenheiro de formação, Levan, sempre pensou neste problema com uma mentalidade física. Ele acredita que, uma vez que o coração é uma "bomba", deve estar sujeito às leis da física. Esta ideia deu origem ao esboço do seu projeto de coração virtual.
"Se o modelo construído estiver correto, o produto final será correto," disse ele. E esse sucesso vem da colaboração de código aberto do sistema. Levine afirmou que a colaboração de código aberto do projeto tem sido contínua por uma década. Centenas de médicos, engenheiros, formuladores de padrões da indústria e funcionários do governo de todo o mundo participaram do projeto, contribuindo com suas habilidades profissionais individuais, com o objetivo de construir o primeiro coração tridimensional plenamente funcional em um ambiente virtual."
Levin disse ao First Financial Reporter que, inicialmente, muitas pessoas duvidavam do projeto, afinal, cada cirurgia cardíaca está relacionada com a vida, e atualmente as cirurgias cardíacas ainda dependem das habilidades e experiência dos médicos. No entanto, gradualmente, os modelos tridimensionais são criados a partir de imagens comuns de tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética (RM), o software está sendo aprimorado gradualmente e o projeto está sendo validado passo a passo, mostrando excelente desempenho nos testes em animais e, finalmente, em humanos.
O projeto do coração virtual é impulsionado por um ecossistema em constante evolução, unindo os principais pesquisadores cardiovasculares, desenvolvedores de dispositivos médicos, autoridades reguladoras e especialistas em doenças cardíacas, com o objetivo de desenvolver modelos digitais personalizados de corações humanos clinicamente validados, altamente precisos e comercializáveis, juntamente com novas terapias digitais.
As crianças com cardiopatias congênitas podem ser as primeiras a beneficiar.
Depois de vários anos de esforço, a equipe de Levin conseguiu construir com sucesso um coração virtual totalmente funcional e disponibilizou-o para uso por cirurgiões pediátricos no Hospital Infantil de Boston. Para Levin, a cardiologia pediátrica tem o potencial de se tornar a primeira especialidade a comercializar tecnologia de gêmeos digitais, devido à falta de meios de previsão do desenvolvimento de doenças cardíacas congênitas em crianças.
Atualmente, duas vezes por semana, na unidade de cardiologia pediátrica do Hospital Infantil de Boston, dezenas de especialistas se reúnem para planejar as cirurgias cardíacas mais complexas. Eles analisam imagens tridimensionais do coração projetadas na tela, onde cada vaso sanguíneo danificado ou câmara cardíaca malformada pode representar uma ameaça à saúde e à vida da criança.
Essas imagens digitais em 3D podem ser giradas ou decompostas em pedaços na tela do computador, permitindo que os cirurgiões planejem com precisão a cirurgia iminente. Com a ajuda de engenheiros biomédicos, os médicos podem visualizar o fluxo sanguíneo e de oxigênio, os sinais elétricos do coração e como a pressão das válvulas afeta a função cardíaca. Os médicos até podem prever o impacto das válvulas que estão planejando usar na reparação cardíaca por meio de imagens digitais.
Levin disse que um dia sensores ou dispositivos vestíveis podem ser adicionados a essas tecnologias digitais para criar um caminho para transferir dados para o coração virtual dos pacientes. Este circuito de feedback criará um 'gêmeo digital' do coração humano, fornecendo aos médicos novas maneiras de garantir que seus planos cirúrgicos sejam os melhores.
O Dr. David Hoganson, diretor do projeto de visualização 3D computadorizada e cirurgião cardiovascular pediátrico do Hospital Infantil de Boston, é o responsável pelo projeto. Até agora, a sua equipa realizou cerca de 2000 operações com base em modelos cardíacos digitais.
No Centro Cardíaco Pediátrico do Hospital Infantil Xinhua Afiliado à Universidade de Jiao Tong de Xangai, o diretor do departamento de cardiologia, Chen Sun, lida diariamente com um grande número de crianças com cardiopatias congênitas complexas. Essas crianças, às vezes, precisam de tratamento logo após o nascimento devido a má formação do ventrículo cardíaco, entre outras razões. Algumas desenvolvem a Doença de Kawasaki ou miocardiopatia aos 2 ou 3 anos de idade, e muitos dos mecanismos dessas doenças ainda não são claros.
Com base na fusão de imagens multimodais de ecocardiografia e TC de realce macrovascular cardíaco, Chen Sun disse ao primeiro repórter financeiro que sua equipe também está cooperando em pesquisa científica e desenvolvimento de pesquisa científica e desenvolvimento com base na fusão de imagens multimodais de ecocardiografia e TC de realce cardíaco de grandes vasos, e construindo modelos 3D e 4D de cardiopatia congênita infantil para entender melhor o desenvolvimento da cardiopatia congênita infantil.
Chen Sun frankly stated 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 achieve commercialization faster; second, the overseas ecosystem is relatively developed, forming a system of interdisciplinary research in basic medicine, engineering, clinical and other fields.
A Dra. Peng Yongxuan, médica assistente do Children's Heart Center do Hospital Xinhua, disse ao primeiro repórter financeiro: "O coração virtual tornou-se um hotspot de pesquisa no campo cardiovascular na China. A tecnologia de gêmeos digitais é uma tendência inevitável para ajudar no desenvolvimento do nível médico, o que trará mudanças revolucionárias para o campo médico. ”
Ele afirmou que, no campo das doenças cardíacas pediátricas no país, a tecnologia de coração virtual está em uma fase inicial de otimização do desenvolvimento por meio de algoritmos de IA, fusão de imagens multimodais, etc., visando constantemente aprimorar a precisão do modelo digital gêmeo, e no futuro, irá explorar ainda mais sua aplicação clínica.
Como uma nova tecnologia e ferramenta auxiliar, o coração digital gêmeo precisa de um método de uso sistemático para desempenhar seu potencial total. Por exemplo, parâmetros bidimensionais de longa data, como diâmetro e área, serão substituídos por parâmetros tridimensionais, como área e volume. O planejamento pré-operatório, simulação cirúrgica e previsão da evolução da doença requerem a formulação de metodologias específicas de acordo com diferentes doenças.
Nos últimos anos, a "gêmea digital" tem amadurecido no campo da medicina e evoluiu para modelos de pulmão, fígado, cérebro, articulações, olhos, vasos sanguíneos e outras partes do corpo. A construção de um gêmeo virtual completo do corpo humano também pode ocorrer em um futuro próximo. Atualmente, essa nova tecnologia tem sido usada para testar novos produtos médicos e prever o impacto de novas moléculas de medicamentos nos órgãos e células. No futuro, ela tem o potencial de reduzir ou até mesmo substituir a experimentação animal.
Estes modelos estabelecerão uma base unificada para a ciência médica cardiovascular computacional, impulsionando o desenvolvimento da educação, treinamento, design de dispositivos médicos, ensaios clínicos e diagnóstico clínico, e proporcionando vias mais eficazes para a inovação e transformação de dispositivos médicos de ponta. Atualmente, a FDA dos EUA prorrogou o acordo de pesquisa em colaboração com o sistema de coração virtual da Dassault Systèmes por 10 anos para avaliar a implantação, colocação e desempenho de dispositivos cardiovasculares, incluindo marcapassos.
Com o desenvolvimento da IA generativa, o projeto de coração virtual da Dassault está introduzindo modelos de linguagem de grande escala. Levin disse ao repórter da First Financial Daily que sua equipe está atualmente testando um novo modelo de coração virtual de próxima geração, que pode ser configurado para pacientes individuais ou grupos de pacientes, e a capacidade personalizada e automatizada impulsionada pela IA ajudará a simplificar e acelerar o desenvolvimento de dispositivos médicos.
“Uma vantagem do modelo de IA é que no futuro podemos não precisar de uma grande quantidade de dados de pacientes, apenas uma pequena quantidade de dados pode permitir que o modelo continue a aprender e gere uma grande quantidade de dados. Este é um impacto importante do desenvolvimento de IA na tecnologia de gêmeos digitais,” disse LeWen.
Além disso, com a ajuda da IA, o método anterior de modelagem manual do coração para cada indivíduo também sofrerá mudanças. "A modelagem manual costumava levar muito tempo, agora pode ser automatizada com um clique, reduzindo o período de dias para minutos, o que será revolucionário para todo o processo", disse ele.
A era da medicina AI está prestes a chegar
Na China, os médicos clínicos também estão explorando as perspectivas de aplicação da tecnologia de gêmeos virtuais. Recentemente, no departamento de cirurgia do Hospital Afiliado da Escola de Medicina da Universidade Jiao Tong de Xangai, realizou-se uma 'batalha precisa' de cooperação entre humanos e máquinas. A equipe de neurocirurgia funcional do Hospital Renji, liderada por Zhou Hongyu, importou os dados de imagem CT e MRI dos pacientes para um sistema robótico cirúrgico chamado Sino, e o sistema de algoritmo de IA pode reconstruir automaticamente o modelo tridimensional do interior do crânio e delinear com precisão o contorno tridimensional do abscesso.
Com a ajuda de imagens de dados 3D, Guo Liemei, médico-chefe adjunto do Departamento de Neurocirurgia do Hospital Renji, controla suavemente o braço robótico do robô cirúrgico e envia lentamente o tubo de drenagem para o centro da cavidade do abscesso através do canal predefinido com uma precisão de posicionamento repetida de 0,1 mm de acordo com o caminho cirúrgico planejado pelo robô.
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 processing can be performed on CT and MRI to construct brain deep structures that could only be observed through craniotomy in the past. Based on the three-dimensional system, surgical paths can be planned to avoid blood vessels and important functional areas. Precise positioning and surgical navigation can be achieved through robots, breaking through the physiological limits of the human eye and hand.
"O sistema exibe em tempo real a profundidade da punção, o desvio do ângulo e ainda consegue evitar habilmente vasos sanguíneos e áreas funcionais, o que é impossível de alcançar com a cirurgia tradicional", ele disse.
O Dr. Feng Junfeng, diretor do departamento de neurocirurgia do Hospital Renji, disse ao repórter da First Financial que a neurocirurgia entrou na 'era do milímetro'. A aprendizagem automática continua a acumular dados cirúrgicos e, no futuro, poderá otimizar independentemente a trajetória da punção, tornando-se o 'assistente de IA' dos médicos.
Cenas semelhantes também poderão ocorrer no futuro na sala de cateterismo cardíaco do hospital. O Dr. Ge Junbo, diretor do departamento de cardiologia do Hospital Zhongshan afiliado à Universidade Fudan, descreveu a um repórter da First Financial um cenário de 'sala de cateterismo do metaverso': essa sala de cateterismo é composta por um sistema de decisão assistida por inteligência artificial, um sistema de controle assistido por voz, um sistema de assistência robótica e feedback tátil, um sistema de realidade mista holográfica digital e alta velocidade Internet.
"Nesta sala de operações, antes de os pacientes receberem tratamento cirúrgico, todas as informações já foram espelhadas num sistema de software dos médicos. Depois de colocarem um dispositivo virtual híbrido como o Vision Pro, os médicos podem simular a cirurgia e a dissecação, o processo cirúrgico foi ensaiado com antecedência." disse Ge Junbo ao repórter da Primeiro Financeiro.
Ele acredita que as manifestações e dimensões do "metaverso" também são aplicáveis ao diagnóstico e tratamento de doenças cardíacas. Do "metaverso" ao "universo da mente", no futuro, os gêmeos digitais podem usar a tecnologia de IA para construir com precisão um órgão digital (humano digital), delinear o que pode acontecer em situações reais (virtual) e permitir que médicos e pacientes entendam as consequências de um fator de doença.
"Isso ajudará a entender a relação entre várias doenças vasculares complexas, como aterosclerose e como ela afeta toda a rede vascular do corpo." disse Ge Junbo. "Isso é de grande importância para o diagnóstico e tratamento de doenças vasculares em geral. O conhecimento tradicional não é mais capaz de prever todas as consequências da doença. No futuro, a integração de informações como características do paciente, manifestações clínicas, biologia molecular, e imagiologia será uma tendência."
Ge Junbo disse que a tecnologia de gêmeos digitais e os modelos de inteligência artificial podem prever com precisão doenças pan-vasculares no futuro, e também podem desempenhar um papel maior em campos cirúrgicos, como a substituição de válvulas, ajudando os médicos a fazer previsões e decisões sobre quando intervir em doenças.
Na semana passada, o Departamento de Cardiologia do Hospital Zhongshan lançou o primeiro modelo cardíaco em grande escala do país (CardioMind). Integrando dados de diagnóstico multimodais com a experiência de médicos de ponta, o modelo realiza todo o processo de coleta de histórico médico e diagnóstico assistido de forma inteligente. Mais importante ainda, o sistema supera a análise de dados de texto única, alcançando a integração e raciocínio de dados multimodais, como eletrocardiogramas, imagens de ultrassom e exames laboratoriais.
Mas a padronização desses dados ainda apresenta desafios. "Os gêmeos digitais descrevem órgãos com base em várias imagens médicas 3D e sinais fisiológicos. As imagens 3D de TC/RM são a base do gêmeo digital e, como a estrutura de órgãos de cada pessoa é diferente, essas imagens em tempo real podem ser usadas para ajustar o modelo de IA para aplicações personalizadas. Um especialista em imagem médica disse ao primeiro repórter financeiro: "Atualmente, não há um padrão unificado para gêmeos digitais de órgãos, mas eles podem ser simplificados de acordo com necessidades específicas, como cenários dedicados à orientação cirúrgica". ”
Também um médico clínico disse ao repórter da First Finance que, devido à grande variabilidade dos dados fisiológicos do corpo humano, isso aumentará a dificuldade da padronização. "Os dados do corpo humano são extremamente complexos, com bilhões de variáveis interagindo umas com as outras, tornando a simulação precisa muito difícil." O Dr. Pan Wenzhi, diretor do departamento de cardiologia do Hospital Zhongshan, disse ao repórter da First Finance: "Na medicina, para provar se uma terapia é viável, mesmo que seja uma suposição muito simples, geralmente é necessário incluir vários milhares de pacientes em ensaios clínicos de vários anos, custando mais de cem milhões de dólares. Porque os pacientes não podem ser submetidos a tentativas repetidas e erros."
Ele também afirmou que a aplicação de grandes modelos de IA tem a maior vantagem em dados objetivos, como dados de imagem, patologia e sangue, etc. A partir desses dados locais, pode fornecer funções de assistência específicas para os médicos.
Levin confessou ao repórter da First Financial Daily que, atualmente, o projeto de coração virtual ainda está aguardando avaliação dos órgãos reguladores, e ainda levará algum tempo para entrar em grande escala clínica. Ao falar sobre os desafios, ele disse: "A falta de padrões é o maior desafio. Não só cada empresa está desenvolvendo seus próprios produtos, sem padrões unificados, mas também os padrões de cada país são diferentes. Portanto, a indústria precisa estabelecer rapidamente padrões de tecnologia de gêmeos digitais como referência para aprovação regulatória, a fim de promover rapidamente a aplicação clínica dessa tecnologia."
（Fonte do artigo: Primeiro Financeiro）
Fonte: Oriental Fortune Network
Autor: Primeiro Finanças
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A tecnologia de gêmeos digitais está a mudar o paradigma médico. Agora, os médicos podem reconstruir em 3D os órgãos dos pacientes, do coração ao cérebro, e em breve poderão criar um gêmeo virtual do corpo humano inteiro, tornando as cirurgias e os tratamentos mais precisos e previsíveis.
Com o desenvolvimento da tecnologia de grandes modelos de inteligência artificial, uma capacidade de cálculo mais poderosa tornará a construção de modelos 3D mais rápida e conveniente no futuro. Após a integração das informações de imagem de IA, os médicos também podem fazer avaliações mais abrangentes da saúde dos pacientes.
Do coração virtual ao cérebro virtual
Há 6 meses, o engenheiro de software Steven Levine passou por uma cirurgia de remoção de tumor cerebral que durou 12 horas. Depois de ter sido diagnosticado com um tumor cerebral benigno do tamanho de uma bola de golfe, os médicos modelaram seu cérebro, encontraram a localização exata do tumor e realizaram a cirurgia com orientação de imagens 3D. Seis semanas depois, Levine se recuperou completamente da cirurgia.
"Embora o tumor não vá imediatamente ameaçar minha vida, ele já corroeu parte do meu crânio, seios nasais e está pressionando o nervo óptico," disse Lewin ao repórter da Primeira Economia, "O tumor também afetou a função da glândula pituitária, secretando excesso de hormônio do crescimento, fazendo com que meus pés e mãos cresçam lentamente."
O neurocirurgião Thomas Beaumont, da Universidade da Califórnia em San Diego, reconstruiu o cérebro de Levin, incluindo o tumor, usando a tecnologia dos gêmeos digitais. Durante a cirurgia, Beaumont inseriu uma câmera em uma das narinas de Levin e introduziu instrumentos cirúrgicos na outra narina, removendo o tumor em pedaços e reparando o tecido danificado de forma não invasiva, conforme visualizado nas telas da sala de cirurgia.
Devido a estrutura óssea de cada paciente ser diferente, a curvatura da artéria carótida também varia. Tudo isso deve ser visualizado em 3D para garantir o sucesso da cirurgia. Com imagens tridimensionais, os médicos não precisam mais imaginar a anatomia do cérebro dos pacientes, mas podem vê-la diretamente, o que os coloca em uma posição mais segura durante a cirurgia e torna o procedimento mais preciso.
A cirurgia de Laven foi um sucesso absoluto. Seis meses depois, ele já estava de volta ao trabalho como de costume. Na verdade, a tecnologia de gêmeos digitais usada pelo Dr. Beaumont foi desenvolvida pelo próprio Laven, que se tornou o beneficiário de sua própria tecnologia desenvolvida. Sua experiência o convenceu ainda mais de que essa tecnologia poderá ajudar mais pacientes no futuro e aliviar a carga dos médicos.
Agora, Levine está se mudando do laboratório para a clínica com gêmeos digitais que incluirão o coração, cérebro, fígado e outros órgãos humanos. Levine vem trabalhando nisso há mais de uma década.
Em 2014, Leven, em sua empresa Dassault Systemes, lançou o projeto Coração Vivo (Living Heart), o primeiro modelo digital do coração humano a receber aprovação da FDA dos Estados Unidos. Este modelo pode ajudar os cardiologistas intervencionistas a compreender melhor a estrutura do coração do paciente antes ou durante a cirurgia, a fim de encontrar a melhor estratégia cirúrgica.
Levin disse ao repórter do First Finance que a inspiração para o seu projeto de coração virtual veio de sua filha Jesse. Quando Jesse nasceu, ela tinha um defeito cardíaco raro e grave. Os médicos implantaram um marca-passo em seu coração. Jesse, que agora tem 35 anos, já teve cinco marca-passos substituídos.
Os médicos enfrentam muita incerteza ao tratar a doença cardíaca de Jesse, confiando principalmente em experiência e suposição, deixando uma profunda impressão em Levin. Desde então, Levin tem esperado desenvolver um sistema digital que ajude os médicos a estudar o desenvolvimento de doenças cardíacas congênitas em crianças como Jesse.
"Assim como ninguém hoje em dia construiria um avião ou um carro real e sairia para testá-lo," disse Levin à First Financial Reporter, "antes que esses produtos sejam realmente montados, programas de software e sistemas de computador permitem que os designers primeiro criem e testem essas peças em um ambiente virtual, então por que não poderíamos planejar antecipadamente os testes para cirurgia cardíaca e dispositivos de intervenção coronária?"
O engenheiro de formação, Levan, sempre pensou neste problema com uma mentalidade física. Ele acredita que, uma vez que o coração é uma "bomba", deve estar sujeito às leis da física. Esta ideia deu origem ao esboço do seu projeto de coração virtual.
"Se o modelo construído estiver correto, o produto final será correto," disse ele. E esse sucesso vem da colaboração de código aberto do sistema. Levine afirmou que a colaboração de código aberto do projeto tem sido contínua por uma década. Centenas de médicos, engenheiros, formuladores de padrões da indústria e funcionários do governo de todo o mundo participaram do projeto, contribuindo com suas habilidades profissionais individuais, com o objetivo de construir o primeiro coração tridimensional plenamente funcional em um ambiente virtual."
Levin disse ao First Financial Reporter que, inicialmente, muitas pessoas duvidavam do projeto, afinal, cada cirurgia cardíaca está relacionada com a vida, e atualmente as cirurgias cardíacas ainda dependem das habilidades e experiência dos médicos. No entanto, gradualmente, os modelos tridimensionais são criados a partir de imagens comuns de tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética (RM), o software está sendo aprimorado gradualmente e o projeto está sendo validado passo a passo, mostrando excelente desempenho nos testes em animais e, finalmente, em humanos.
O projeto do coração virtual é impulsionado por um ecossistema em constante evolução, unindo os principais pesquisadores cardiovasculares, desenvolvedores de dispositivos médicos, autoridades reguladoras e especialistas em doenças cardíacas, com o objetivo de desenvolver modelos digitais personalizados de corações humanos clinicamente validados, altamente precisos e comercializáveis, juntamente com novas terapias digitais.
As crianças com cardiopatias congênitas podem ser as primeiras a beneficiar.
Depois de vários anos de esforço, a equipe de Levin conseguiu construir com sucesso um coração virtual totalmente funcional e disponibilizou-o para uso por cirurgiões pediátricos no Hospital Infantil de Boston. Para Levin, a cardiologia pediátrica tem o potencial de se tornar a primeira especialidade a comercializar tecnologia de gêmeos digitais, devido à falta de meios de previsão do desenvolvimento de doenças cardíacas congênitas em crianças.
Atualmente, duas vezes por semana, na unidade de cardiologia pediátrica do Hospital Infantil de Boston, dezenas de especialistas se reúnem para planejar as cirurgias cardíacas mais complexas. Eles analisam imagens tridimensionais do coração projetadas na tela, onde cada vaso sanguíneo danificado ou câmara cardíaca malformada pode representar uma ameaça à saúde e à vida da criança.
Essas imagens digitais em 3D podem ser giradas ou decompostas em pedaços na tela do computador, permitindo que os cirurgiões planejem com precisão a cirurgia iminente. Com a ajuda de engenheiros biomédicos, os médicos podem visualizar o fluxo sanguíneo e de oxigênio, os sinais elétricos do coração e como a pressão das válvulas afeta a função cardíaca. Os médicos até podem prever o impacto das válvulas que estão planejando usar na reparação cardíaca por meio de imagens digitais.
Levin disse que um dia sensores ou dispositivos vestíveis podem ser adicionados a essas tecnologias digitais para criar um caminho para transferir dados para o coração virtual dos pacientes. Este circuito de feedback criará um 'gêmeo digital' do coração humano, fornecendo aos médicos novas maneiras de garantir que seus planos cirúrgicos sejam os melhores.
O Dr. David Hoganson, diretor do projeto de visualização 3D computadorizada e cirurgião cardiovascular pediátrico do Hospital Infantil de Boston, é o responsável pelo projeto. Até agora, a sua equipa realizou cerca de 2000 operações com base em modelos cardíacos digitais.
No Centro Cardíaco Pediátrico do Hospital Infantil Xinhua Afiliado à Universidade de Jiao Tong de Xangai, o diretor do departamento de cardiologia, Chen Sun, lida diariamente com um grande número de crianças com cardiopatias congênitas complexas. Essas crianças, às vezes, precisam de tratamento logo após o nascimento devido a má formação do ventrículo cardíaco, entre outras razões. Algumas desenvolvem a Doença de Kawasaki ou miocardiopatia aos 2 ou 3 anos de idade, e muitos dos mecanismos dessas doenças ainda não são claros.
Com base na fusão de imagens multimodais de ecocardiografia e TC de realce macrovascular cardíaco, Chen Sun disse ao primeiro repórter financeiro que sua equipe também está cooperando em pesquisa científica e desenvolvimento de pesquisa científica e desenvolvimento com base na fusão de imagens multimodais de ecocardiografia e TC de realce cardíaco de grandes vasos, e construindo modelos 3D e 4D de cardiopatia congênita infantil para entender melhor o desenvolvimento da cardiopatia congênita infantil.
Chen Sun frankly stated 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 achieve commercialization faster; second, the overseas ecosystem is relatively developed, forming a system of interdisciplinary research in basic medicine, engineering, clinical and other fields.
A Dra. Peng Yongxuan, médica assistente do Children's Heart Center do Hospital Xinhua, disse ao primeiro repórter financeiro: "O coração virtual tornou-se um hotspot de pesquisa no campo cardiovascular na China. A tecnologia de gêmeos digitais é uma tendência inevitável para ajudar no desenvolvimento do nível médico, o que trará mudanças revolucionárias para o campo médico. ”
Ele afirmou que, no campo das doenças cardíacas pediátricas no país, a tecnologia de coração virtual está em uma fase inicial de otimização do desenvolvimento por meio de algoritmos de IA, fusão de imagens multimodais, etc., visando constantemente aprimorar a precisão do modelo digital gêmeo, e no futuro, irá explorar ainda mais sua aplicação clínica.
Como uma nova tecnologia e ferramenta auxiliar, o coração digital gêmeo precisa de um método de uso sistemático para desempenhar seu potencial total. Por exemplo, parâmetros bidimensionais de longa data, como diâmetro e área, serão substituídos por parâmetros tridimensionais, como área e volume. O planejamento pré-operatório, simulação cirúrgica e previsão da evolução da doença requerem a formulação de metodologias específicas de acordo com diferentes doenças.
Nos últimos anos, a "gêmea digital" tem amadurecido no campo da medicina e evoluiu para modelos de pulmão, fígado, cérebro, articulações, olhos, vasos sanguíneos e outras partes do corpo. A construção de um gêmeo virtual completo do corpo humano também pode ocorrer em um futuro próximo. Atualmente, essa nova tecnologia tem sido usada para testar novos produtos médicos e prever o impacto de novas moléculas de medicamentos nos órgãos e células. No futuro, ela tem o potencial de reduzir ou até mesmo substituir a experimentação animal.
Estes modelos estabelecerão uma base unificada para a ciência médica cardiovascular computacional, impulsionando o desenvolvimento da educação, treinamento, design de dispositivos médicos, ensaios clínicos e diagnóstico clínico, e proporcionando vias mais eficazes para a inovação e transformação de dispositivos médicos de ponta. Atualmente, a FDA dos EUA prorrogou o acordo de pesquisa em colaboração com o sistema de coração virtual da Dassault Systèmes por 10 anos para avaliar a implantação, colocação e desempenho de dispositivos cardiovasculares, incluindo marcapassos.
Com o desenvolvimento da IA generativa, o projeto de coração virtual da Dassault está introduzindo modelos de linguagem de grande escala. Levin disse ao repórter da First Financial Daily que sua equipe está atualmente testando um novo modelo de coração virtual de próxima geração, que pode ser configurado para pacientes individuais ou grupos de pacientes, e a capacidade personalizada e automatizada impulsionada pela IA ajudará a simplificar e acelerar o desenvolvimento de dispositivos médicos.
“Uma vantagem do modelo de IA é que no futuro podemos não precisar de uma grande quantidade de dados de pacientes, apenas uma pequena quantidade de dados pode permitir que o modelo continue a aprender e gere uma grande quantidade de dados. Este é um impacto importante do desenvolvimento de IA na tecnologia de gêmeos digitais,” disse LeWen.
Além disso, com a ajuda da IA, o método anterior de modelagem manual do coração para cada indivíduo também sofrerá mudanças. "A modelagem manual costumava levar muito tempo, agora pode ser automatizada com um clique, reduzindo o período de dias para minutos, o que será revolucionário para todo o processo", disse ele.
A era da medicina AI está prestes a chegar
Na China, os médicos clínicos também estão explorando as perspectivas de aplicação da tecnologia de gêmeos virtuais. Recentemente, no departamento de cirurgia do Hospital Afiliado da Escola de Medicina da Universidade Jiao Tong de Xangai, realizou-se uma 'batalha precisa' de cooperação entre humanos e máquinas. A equipe de neurocirurgia funcional do Hospital Renji, liderada por Zhou Hongyu, importou os dados de imagem CT e MRI dos pacientes para um sistema robótico cirúrgico chamado Sino, e o sistema de algoritmo de IA pode reconstruir automaticamente o modelo tridimensional do interior do crânio e delinear com precisão o contorno tridimensional do abscesso.
Com a ajuda de imagens de dados 3D, Guo Liemei, médico-chefe adjunto do Departamento de Neurocirurgia do Hospital Renji, controla suavemente o braço robótico do robô cirúrgico e envia lentamente o tubo de drenagem para o centro da cavidade do abscesso através do canal predefinido com uma precisão de posicionamento repetida de 0,1 mm de acordo com o caminho cirúrgico planejado pelo robô.
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 processing can be performed on CT and MRI to construct brain deep structures that could only be observed through craniotomy in the past. Based on the three-dimensional system, surgical paths can be planned to avoid blood vessels and important functional areas. Precise positioning and surgical navigation can be achieved through robots, breaking through the physiological limits of the human eye and hand.
"O sistema exibe em tempo real a profundidade da punção, o desvio do ângulo e ainda consegue evitar habilmente vasos sanguíneos e áreas funcionais, o que é impossível de alcançar com a cirurgia tradicional", ele disse.
O Dr. Feng Junfeng, diretor do departamento de neurocirurgia do Hospital Renji, disse ao repórter da First Financial que a neurocirurgia entrou na 'era do milímetro'. A aprendizagem automática continua a acumular dados cirúrgicos e, no futuro, poderá otimizar independentemente a trajetória da punção, tornando-se o 'assistente de IA' dos médicos.
Cenas semelhantes também poderão ocorrer no futuro na sala de cateterismo cardíaco do hospital. O Dr. Ge Junbo, diretor do departamento de cardiologia do Hospital Zhongshan afiliado à Universidade Fudan, descreveu a um repórter da First Financial um cenário de 'sala de cateterismo do metaverso': essa sala de cateterismo é composta por um sistema de decisão assistida por inteligência artificial, um sistema de controle assistido por voz, um sistema de assistência robótica e feedback tátil, um sistema de realidade mista holográfica digital e alta velocidade Internet.
"Nesta sala de operações, antes de os pacientes receberem tratamento cirúrgico, todas as informações já foram espelhadas num sistema de software dos médicos. Depois de colocarem um dispositivo virtual híbrido como o Vision Pro, os médicos podem simular a cirurgia e a dissecação, o processo cirúrgico foi ensaiado com antecedência." disse Ge Junbo ao repórter da Primeiro Financeiro.
Ele acredita que as manifestações e dimensões do "metaverso" também são aplicáveis ao diagnóstico e tratamento de doenças cardíacas. Do "metaverso" ao "universo da mente", no futuro, os gêmeos digitais podem usar a tecnologia de IA para construir com precisão um órgão digital (humano digital), delinear o que pode acontecer em situações reais (virtual) e permitir que médicos e pacientes entendam as consequências de um fator de doença.
"Isso ajudará a entender a relação entre várias doenças vasculares complexas, como aterosclerose e como ela afeta toda a rede vascular do corpo." disse Ge Junbo. "Isso é de grande importância para o diagnóstico e tratamento de doenças vasculares em geral. O conhecimento tradicional não é mais capaz de prever todas as consequências da doença. No futuro, a integração de informações como características do paciente, manifestações clínicas, biologia molecular, e imagiologia será uma tendência."
Ge Junbo disse que a tecnologia de gêmeos digitais e os modelos de inteligência artificial podem prever com precisão doenças pan-vasculares no futuro, e também podem desempenhar um papel maior em campos cirúrgicos, como a substituição de válvulas, ajudando os médicos a fazer previsões e decisões sobre quando intervir em doenças.
Na semana passada, o Departamento de Cardiologia do Hospital Zhongshan lançou o primeiro modelo cardíaco em grande escala do país (CardioMind). Integrando dados de diagnóstico multimodais com a experiência de médicos de ponta, o modelo realiza todo o processo de coleta de histórico médico e diagnóstico assistido de forma inteligente. Mais importante ainda, o sistema supera a análise de dados de texto única, alcançando a integração e raciocínio de dados multimodais, como eletrocardiogramas, imagens de ultrassom e exames laboratoriais.
Mas a padronização desses dados ainda apresenta desafios. "Os gêmeos digitais descrevem órgãos com base em várias imagens médicas 3D e sinais fisiológicos. As imagens 3D de TC/RM são a base do gêmeo digital e, como a estrutura de órgãos de cada pessoa é diferente, essas imagens em tempo real podem ser usadas para ajustar o modelo de IA para aplicações personalizadas. Um especialista em imagem médica disse ao primeiro repórter financeiro: "Atualmente, não há um padrão unificado para gêmeos digitais de órgãos, mas eles podem ser simplificados de acordo com necessidades específicas, como cenários dedicados à orientação cirúrgica". ”
Também um médico clínico disse ao repórter da First Finance que, devido à grande variabilidade dos dados fisiológicos do corpo humano, isso aumentará a dificuldade da padronização. "Os dados do corpo humano são extremamente complexos, com bilhões de variáveis interagindo umas com as outras, tornando a simulação precisa muito difícil." O Dr. Pan Wenzhi, diretor do departamento de cardiologia do Hospital Zhongshan, disse ao repórter da First Finance: "Na medicina, para provar se uma terapia é viável, mesmo que seja uma suposição muito simples, geralmente é necessário incluir vários milhares de pacientes em ensaios clínicos de vários anos, custando mais de cem milhões de dólares. Porque os pacientes não podem ser submetidos a tentativas repetidas e erros."
Ele também afirmou que a aplicação de grandes modelos de IA tem a maior vantagem em dados objetivos, como dados de imagem, patologia e sangue, etc. A partir desses dados locais, pode fornecer funções de assistência específicas para os médicos.
Levin confessou ao repórter da First Financial Daily que, atualmente, o projeto de coração virtual ainda está aguardando avaliação dos órgãos reguladores, e ainda levará algum tempo para entrar em grande escala clínica. Ao falar sobre os desafios, ele disse: "A falta de padrões é o maior desafio. Não só cada empresa está desenvolvendo seus próprios produtos, sem padrões unificados, mas também os padrões de cada país são diferentes. Portanto, a indústria precisa estabelecer rapidamente padrões de tecnologia de gêmeos digitais como referência para aprovação regulatória, a fim de promover rapidamente a aplicação clínica dessa tecnologia."
（Fonte do artigo: Primeiro Financeiro）
Fonte: Oriental Fortune Network
Autor: Primeiro Finanças