Sayısal ikiz teknolojisi tıp paradigmasını değiştiriyor. Bugün, doktorlar hastaların kalplerinden beyinlerine kadar çeşitli organlarını üç boyutlu görüntülerle yeniden oluşturabiliyorlar, yakında tüm insan vücudunun sanal ikizini oluşturmayı umut ediyorlar, böylece cerrahi ve tedaviyi daha kesin ve öngörülebilir hale getiriyorlar.
Yapay zeka büyük model teknolojisinin gelişmesiyle, daha güçlü hesaplama kapasitesi gelecekte üç boyutlu model oluşturmayı daha hızlı ve kolay hale getirecektir. AI görüntü bilgileri entegre edildikten sonra, doktorlar hastaların sağlığına daha kapsamlı bir değerlendirme yapabilirler.
Sanal kalpten sanal beyine
6 ay önce yazılım mühendisi Steven Levine, 12 saat süren bir beyin tümörü ameliyatı geçirdi. Beyninde golf topu büyüklüğünde iyi huylu bir tümör olduğu teşhisi konulduktan sonra doktorlar beynini modelledi, tümörün tam konumunu buldu ve 3D görüntüler eşliğinde müdahaleyi gerçekleştirdi. 6 hafta sonra, Levine ameliyattan tamamen iyileşti.
"Tümör hayatımı hemen tehdit etmese de, bazı kafatası, sinüs ve görme sinirlerimi zaten kemirmiş durumda." Lewin, "Tümör ayrıca hipofiz fonksiyonlarını etkiledi, aşırı büyüme hormonu salgıladı ve ayaklarımı ve ellerimi yavaşça büyüttü." dedi.
San Diego'daki California Üniversitesi'nde bir beyin cerrahı olan Thomas Beaumont, tümörler de dahil olmak üzere Levin'in beynini yeniden yapılandırmak için dijital ikiz teknolojisini kullandı. Ameliyat sırasında, ameliyathanedeki ekrandaki görüntüleri kullanan Beaumont, Levin'in burun deliklerinden birine bir kamera yerleştirdi ve tümör bloğunu parça parça çıkarmak ve hasarlı dokuyu onarmak için diğer burun deliğine cerrahi aletler gönderdi.
Her bir hastanın kemik yapısı farklı olduğundan, karotis arterin eğilme şekilleri de farklıdır. Tüm bunlar başarılı bir ameliyatın gerçekleşmesi için üç boyutlu olarak görselleştirilmelidir. Üç boyutlu görüntüler sayesinde doktorlar hastanın beyin anatomisini kafalarında canlandırmak zorunda kalmazlar, bunun yerine doğrudan görebilirler. Bu durum doktorları daha emin bir konuma getirir ve ameliyatı daha hassas hale getirir.
Levin'in ameliyatı çok başarılıydı, altı ay sonra normal işine dönmüştü. Aslında, Dr. Beaumont'un kullandığı dijital ikiz teknolojisi, Levin'in kendi geliştirdiği teknolojiydi ve kendi teknolojisinin faydalanıcısı haline geldi. Deneyimi, bu tür teknolojilerin gelecekte daha fazla hastaya yardımcı olabileceğine ve doktorların yükünü hafifletebileceğine daha da emin olmasını sağladı.
Şu anda, Levon, dijital ikiz teknolojisinin laboratuvardan klinik alana doğru ilerlemesini teşvik ediyor; bu dijital ikizler kalp, beyin, karaciğer ve diğer insan organlarını içerecek. Bu amaçla, Levon on yılı aşkın bir süredir çaba sarf etmektedir.
2014 yılında, şirketi olan Dassault Systèmes’de, Lai Wen ilk olarak Sanal Kalp (Living Heart) projesini başlattı. Bu, ABD FDA tarafından onaylanan ilk dijital insan kalp modelleme aracıdır ve kalp girişimci doktorların ameliyat öncesinde veya sırasında hastanın kalp yapısını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir, böylece en iyi cerrahi planı bulunabilir.
Levin, ilk finansal muhabirlerine söyledi, sanal kalp projesinin ilham kaynağı kızı Jessie'den geldi. Jessie doğduğunda nadir ve ciddi bir kalp hastalığı vardı. Doktorlar onun kalbine bir pacemaker yerleştirdi. Jessie şu anda 35 yaşında ve kalbi 5 kez pacemaker ile değiştirildi.
Doktorlar, Jesse'nin kalp hastalığını tedavi ederken büyük belirsizliklerle karşı karşıya kaldılar, çoğunlukla deneyime ve tahmine dayanarak bu durumu yönettiler, bu da Lavin'e derin bir izlenim bıraktı. O zamandan beri, Lavin, Jesse gibi doğuştan kalp hastalığı olan çocukların kalp hastalıklarının gelişimini daha iyi araştırmalarına yardımcı olacak bir dijital sistem geliştirmeyi umdu.
"Şu anda kimse gerçek bir uçak veya otomobil yapmaz ve onu sürer gibi, " dedi Leven First Financial Reporter'a, "Bu ürünler gerçekten monte edilmeden önce, yazılım programları ve bilgisayar sistemleri tasarımcılara bu parçaları öncelikle sanal ortamda yapmalarına ve test etmelerine olanak tanır, o zaman neden kalp ameliyatı ve koroner girişim cihazları önceden test edilemez?"
Mühendis kökenli olan Lavin, bu sorunu fiziksel düşünceyle ele almaya devam etti ve kalbin bir "pompa" olduğunu düşündüğü için fizik yasalarına tabi olması gerektiğini düşündü. Bu düşünce, sanal kalp projesinin temelini oluşturdu.
"Eğer oluşturulan model doğruysa, o zaman son ürün de doğru olacaktır." dedi. Bu başarı, açık kaynaklı sistemden gelmektedir. Levi, projenin açık kaynaklı işbirliğinin on yıldır devam ettiğini belirtti. Dünya çapından yüzlerce doktor, mühendis ve endüstri standartları belirleyicileri, hükümet yetkilileri bu projede yer alarak kendi uzmanlık alanlarını katkıda bulunuyorlar ve amacı, sanal ortamda ilk tam işlevli üç boyutlu kalbi inşa etmektir.
Levin, başlangıçta, birçok kişinin bu proje hakkında şüpheleri vardı, sonuçta her kalp ameliyatı hayatla ilgilidir ve şu anda kalp ameliyatları hala doktorların becerisine ve deneyimine dayanmaktadır. Ancak zamanla, üç boyutlu modeller yaygın CT taramalarından ve manyetik rezonans (MR) görüntülerinden oluşturuldu, yazılım aşamalı olarak geliştirildi, proje adım adım doğrulandı ve hayvanlar üzerinde ve nihai insan testlerinde de başarılı bir performans sergiledi.
"Sanal kalp projesini yönlendiren sürekli gelişen bir ekosistemdir; önde gelen kardiyovasküler araştırmacılar, tıbbi cihaz geliştiricileri, düzenleyici kurumlar ve kalp uzmanlarıyla birlikte çalışarak, klinik olarak doğrulanmış, yüksek derecede hassas, ticarileştirilebilir kişiselleştirilmiş dijital insan kalp modeli ve yeni dijital tedaviler geliştirmeyi hedefliyoruz." Leven ifade etti.
Doğuştan kalp hastalığı olan çocuklar muhtemelen ilk faydalananlar olacaktır
Birkaç yıllık çabanın ardından, Levin'in ekibi tam donanımlı bir sanal kalp inşa etmeyi başardı ve bunu Boston Çocuk Hastanesi cerrahlarına sundu. Levin'e göre, çocuk kalp doktorlarının konjenital kalp hastalığı olan çocuk hastalıklarının gelişimini tahmin etme konusunda eksiklikleri olduğundan, çocuk kalp bilimi dijital ikiz teknolojisinin klinik ticarileşmeye ilk adım atabileceği bir bölüm olabilir.
Şu anda, her hafta iki kez, Boston Çocuk Hastanesi Kalp Bölümü'nde, onlarca uzman en karmaşık kalp ameliyatlarını planlamak için bir araya geliyor. Ekrana yansıtılan kalp üç boyutlu sayısal görüntülerini analiz ediyorlar, her hasar görmüş damar veya anormal kalp odacığı çocuğun yaşam sağlığı için potansiyel bir tehdit oluşturabilir.
Bu üç boyutlu sayısal görüntüler, cerrahların yaklaşan ameliyatları hassas bir şekilde planlamalarını sağlamak için bilgisayar ekranında döndürülebilir veya parçalara ayrılabilir. Tıbbi mühendislerin yardımıyla doktorlar kanın ve oksijenin akışını, kalbin elektrik sinyallerini ve kapakçıkların kalp fonksiyonunu nasıl etkilediğini görebilirler, hatta planladıkları kapakçığın kalp onarımına nasıl etki edeceğini sayısal görüntüler aracılığıyla tahmin edebilirler.
Levin, gelecekte, bu dijital teknolojiye sensörlerin veya giyilebilir cihazların eklenebileceğini ve insan kalbi için veri iletimi oluşturacak bir yol oluşturacağını söyledi. Bu geri besleme döngüsü, bir insan kalbinin 'dijital ikizini' oluşturacak ve doktorlara, cerrahi planlarının en iyi olduğundan emin olmaları için yeni yöntemler sunacak.
Boston Children's Hospital pediatric cardiac surgeon and director of the 3D visualization project, David Hoganson, is in charge of the project. As of now, his team has performed approximately 2000 surgeries using digital heart models.
Shanghai Jiao Tong University Affiliated Xinhua Hospital Pediatric Heart Center, Head of Cardiology Chen Sun has to deal with a large number of complex congenital heart disease children every day. These children sometimes need treatment just after birth due to poor ventricular development, and some develop Kawasaki disease or myocarditis at the age of 2 or 3, many of the mechanisms of these diseases are still unclear.
Chen Sun told the First Financial Journalist that his team is also conducting digital twin research in the field of industry-university cooperation, based on the fusion of multimodal images of echocardiography and enhanced CT of the heart and great blood vessels, developing related algorithms, building 3D and 4D models of pediatric congenital heart disease to better understand the development of pediatric congenital heart disease.
Chen Sun frankly stated that the reason why foreign digital technology is leading in clinical applications is mainly based on two advantages: one is that they have a mature payment system, and products can achieve commercialization faster; the other is that the foreign ecosystem is relatively developed, forming a system of interdisciplinary research in basic medicine, engineering, clinical and other fields.
Yeni Hua Hastanesi Çocuk Kalp Merkezi Başkanı Dr. Peng Yongxuan, ilk ekonomi gazetesine şunları söyledi: 'Sanal kalp, ülke içinde kardiyovasküler alanın araştırma odaklarından biri haline geldi. Dijital ikiz teknolojisi, tıbbi seviyenin daha da gelişmesine yardımcı olacak zorunlu bir trenddir ve tıp alanına devrim niteliğinde değişiklikler getirecektir.'
O, ülke içinde çocuk kalp hastalıkları alanında, sanal kalp teknolojisinin AI algoritmalarıyla optimize edilmesi, çoklu modal görüntü birleştirme vb. gibi büyütme aşamalarından sürekli olarak dijital ikiz modeli doğruluğunu artırmaya yönelik araştırma aşamasında olduğunu belirtti ve gelecekte gerçek klinik uygulamalarda ilerlemeyi daha da keşfedeceğini ifade etti.
"Dijital ikiz kalp, yeni bir teknoloji ve yardımcı araç olarak, güçlü işlevi sistematik kullanım yöntemleriyle ortaya çıkarılabilir. Örneğin, bazı uzun süredir kullanılan iki boyutlu parametreler (çap, alan) üç boyutlu parametrelerle (alan, hacim) değiştirilebilir. Ön operasyon planlaması, cerrahi simülasyon ve hastalığın evrimi tahmini gibi şeyler, farklı hastalıklara göre ilgili metodolojiler geliştirmeyi gerektirir." dedi Peng Yong.
Son birkaç yılda, tıp alanında 'dijital ikiz' giderek olgunlaşıyor ve akciğer, karaciğer, beyin, eklem, göz, damarlar ve diğer vücut bölgelerinin modellerine dönüşmüştür. Yakın gelecekte tüm insan vücudunun sanal ikizinin oluşturulması da mümkün olabilir. Şu anda bu yeni teknoloji, yeni tıbbi cihaz ürünlerini test etmek ve yeni ilaç moleküllerinin organlar ve hücreler üzerindeki etkilerini tahmin etmek için kullanılmaktadır. Gelecekte, hayvan deneylerini azaltabilir hatta yerine geçebilir.
Bu modeller, kardiyovasküler hesaplamalı tıbbı tek bir temel üzerinde oluşturacak, eğitim, eğitim, tıbbi cihaz tasarımı, klinik deneyler, klinik tanı gelişimini teşvik edecek ve ileri tıbbi cihaz yeniliğinin dönüşümü için daha etkili yollar sağlayacaktır. Şu anda, ABD FDA, Dassault Systèmes ile sanal bir kalp üzerindeki işbirliği araştırma protokolünü 10 yıla uzattı ve pacemaker dahil olmak üzere kardiyovasküler cihazların implante edilmesini, yerleştirilmesini ve performansını değerlendirmektedir.
Üretken yapay zekanın geliştirilmesiyle, Dassault'un Sanal Kalp projesi büyük dil modelleri getiriyor. Levin, CBN'ye verdiği demeçte, ekibinin şu anda bireysel hastalar veya hasta popülasyonları için yapılandırılabilen yeni nesil sanal kalp modellerini test ettiğini ve yapay zeka güdümlü özelleştirme ve otomasyon yeteneklerinin tıbbi cihazların geliştirilmesini kolaylaştırmaya ve hızlandırmaya yardımcı olacağını söyledi.
"Yapay zeka modellerinin faydalarından biri, gelecekte çok fazla hasta verisine ihtiyaç duymayabileceğimiz, modelin sürekli öğrenmesine ve çok fazla veri üretmesine izin vermek için yalnızca az miktarda veriye ihtiyacımız olmasıdır. Bu, yapay zeka geliştirmenin dijital ikiz teknolojisi üzerindeki önemli bir etkisidir. Levin dedi.
Ayrıca, yapay zeka yeteneklerinden yararlanarak, her bir bireysel kalp için yapılan 'manuel modelleme' değişime uğrayacak. 'Manuel modelleme genellikle uzun bir süre gerektirir, şimdi tek bir tuşla otomasyonla modellenerek, birkaç gün süren süreç birkaç dakikaya kadar kısaltılabilir, bu süreç için devrim niteliğindedir.' dedi.
AI tıp çağı yaklaşıyor
Ülke içinde, klinik doktorlar aynı zamanda sanal ikiz teknolojisinin uygulama olasılıklarını keşfetmektedirler. Son zamanlarda, Şangay Jiao Tong Üniversitesi Tıp Fakültesi bağlı Renji Hastanesi ameliyathanesinde, insan-makine işbirliğiyle 'hassas savaş' gerçekleştirildi. Renji Hastanesi Nörofonksiyonel Grup lideri Zhou Hongyu ekibi hasta CT ve MRI görüntü verilerini Sino adlı bir cerrahi robot sistemine aktardı, AI algoritma sistemi sayesinde otomatik olarak intrakraniyal üç boyutlu modeli yeniden oluşturabilir ve apsenin üç boyutlu konturunu hassas bir şekilde çizebilir.
Üç boyutlu veri görüntüleri sayesinde, gölge ışıklar altında, Ruijin Hastanesi Nöroşirurji Yardımcı Baş Hekimi Guo Liemei, ameliyat robotunun mekanik kolunu sorunsuz bir şekilde kontrol ediyor ve robotun planladığı ameliyat yoluna göre, 0.1 milimetre tekrar konumlandırma hassasiyeti ile drenaj tüpünü önceden belirlenmiş kanala yavaşça boşaltıyor.
Zhou Hongyu, ilk finans muhabirine, geçmişte bu tür bir ameliyatın doktorun "hissine" ve deneyimine dayandığını, ancak şimdi nörogörüntüleme teknolojisinin gelişmesiyle, BT ve manyetik rezonans için işlem sonrası görüntü verilerinin, geçmişte kraniyotomi ile gözlemlenmesi gereken derin bir beyin yapısı oluşturmanın ve cerrahi yolu üç boyutlu bir sistem temelinde planlamanın, kan damarlarından ve önemli fonksiyonel alanlardan kaçınmanın ve insan gözünün ve insan elinin fizyolojik sınırlarını aşabilen robotlar aracılığıyla hassas konumlandırma ve cerrahi navigasyon elde etmenin mümkün olduğunu açıkladı.
"Sistem, delinme derinliğini ve açısal ofseti gerçek zamanlı olarak gösteriyor ve ayrıca geleneksel cerrahi ile elde edilemeyen bir perspektif olan kan damarlarından ve fonksiyonel alanlardan akıllıca kaçınabiliyor." Dedi.
Renji Hastanesi Nöroşirürji Anabilim Dalı Direktörü Profesör Feng Junfeng, CBN muhabirine şunları söyledi: "Beyin cerrahisi 'milimetre çağına' girdi. Makine öğrenimi cerrahi verileri toplamaya devam ediyor ve gelecekte, delinme yolunu otonom olarak optimize ederek doktorlar için bir 'yapay zeka danışmanı' haline gelebilir." ”
Benzer sahnelerin gelecekte hastane kalp kateter odalarında da görülmesi muhtemel. Fudan Üniversitesi bağlı Zhongshan Hastanesi Kardiyoloji Bölümü Direktörü, Akademisyen Ge Junbo, bir "meta evren kateter odası" sahnesini ilk finansal gazeteciye şöyle anlattı: Bu kateter odası yapay zeka destekli karar verme sistemi, sesli kontrol sistemi, robot destekli ve dokunsal geri bildirim sistemi, karma gerçeklik hologram sistemleri ve yüksek hızlı internetten oluşuyor.
"Bu kateter odasında, hastalar ameliyat tedavisi almadan önce tüm bilgiler doktorun bir dizi yazılım sistemine yansıtılmıştır. Doktorlar Vision Pro gibi karma sanal cihazları taktıktan sonra ameliyatı ve anatomiyi simüle edebilir, ameliyat süreci önceden prova edilmiştir." Ge Junbo, 21st Century Business Herald muhabirlerine söyledi.
Ona göre, 'metaevren'in gösterim biçimi ve boyutu, kalp hastalıklarının teşhis ve tedavisinde de geçerlidir. Gelecekte, 'metaevren'den 'kalp evreni'ne, yapay zeka teknolojisinden faydalanarak dijital bir organ (dijital insan) oluşturmak için hassas bir şekilde bir dijital ikiz oluşturabilir, gerçek durumlarda olabilecek durumları çizebilir, doktorların ve hastaların bir hastalık faktörünün getirdiği sonuçları anlamalarını sağlayabilir.
"Bu, aterosklerotik hastalıkların insan vücudunun tüm vasküler ağını nasıl etkilediği gibi çeşitli karmaşık vasküler hastalıklar arasındaki ilişkileri anlamaya yardımcı olacaktır." Ge Junbo, "Bu, pan-vasküler hastalıkların teşhisi ve yönetimi için büyük önem taşıyor. Geleneksel bilgi artık hastalıkların tüm sonuçlarını tahmin edemez ve hasta özellikleri, klinik belirtiler, biyobelirteçler ve radyomikler dahil olmak üzere bilgilerin entegrasyonu gelecekte bir trend haline gelecektir. ”
Ge Junbo, dijital ikiz teknolojisi ve yapay zeka modellerinin gelecekte pan-vasküler hastalıkları doğru bir şekilde tahmin edebileceğini ve ayrıca kapak replasmanı gibi cerrahi alanlarda daha büyük bir rol oynayabileceğini ve doktorların hastalıklara ne zaman müdahale edecekleri konusunda tahmin ve karar vermelerine yardımcı olabileceğini söyledi.
Geçen hafta, Zhongshan Hastanesi Kardiyoloji Bölümü, ülkenin ilk kalp büyük modeli olan CardioMind'ı tanıttı. Bu model, çoklu modalite teşhis verilerini ve önde gelen doktor deneyimlerini entegre ederek, tıbbi geçmiş toplamadan yardımcı tanıya kadar olan süreci tamamen akıllı hale getiriyor. Daha da önemlisi, sistem tek bir metin verisi analizini aşarak, EKG, ultrason görüntüsü, laboratuvar testi ve diğer çoklu modalite verilerinin bütünleşik akıl yürütmesini gerçekleştiriyor.
Ancak, bu verilerin standartlaştırılması hala zorluklarla karşı karşıya. “Sayısal ikiz, çeşitli tıbbi üç boyutlu görüntüler ve fizyolojik sinyallerle organları tanımlamak anlamına gelir. CT/MR 3D görüntüleri, her bir kişinin organ yapısının farklı olması nedeniyle, bu canlı görüntüler AI modellerini ayarlamak için kullanılabilir ve kişiselleştirilmiş uygulamaları gerçekleştirebilir.” Bir tıbbi görüntüleme uzmanı, “Şu anda, organların sayısal ikizleri henüz tek bir standart haline gelmedi, ancak belirli gereksinimlere göre basitleştirilebilir, örneğin ameliyat rehberliği için özel olarak kullanılabilir.” dedi.
Ayrıca, klinik doktorlar, insan vücudunun fizyolojik verilerinin subjektif değişkenliğinin çok büyük olduğunu belirtti ve bu durum standartlaştırma zorluğunu artıracak. "İnsan vücudu verileri son derece karmaşık, milyonlarca değişken etkileşimde bulunuyor ve hassas bir şekilde simüle etmek çok zor." dedi Zhongshan Hastanesi Kardiyoloji Bölümü Direktörü Profesör Pan Wenzhi, "Tıbbi olarak bir tedavinin uygulanabilirliğini kanıtlamak için, hatta çok basit bir hipotez bile genellikle binlerce hastayı birkaç yıl boyunca kapsayacak şekilde klinik deneylere dahil etmek ve milyonlarca harcamak gerekebilir. Çünkü hastalar tekrar tekrar denenebilecekleri bir durum değil."
Aynı zamanda, AI büyük modellerin uygulamasının nesnel veriler için en avantajlı olduğunu belirtti, örneğin görüntü verileri, patoloji ve kan gibi veriler, bu verilere yerel olarak giriş yaparak doktorlara belirli yardımcı işlevler sağlayabilir.
Levin told the First Financial Reporter that the virtual heart project is still awaiting regulatory evaluation, and it will take some time for large-scale entry into clinical practice. When talking about the challenges, he said, "The lack of standards is the biggest challenge. Not only is each company doing its own product without a unified standard, but also the standards of each country are different. Therefore, the industry needs to quickly establish standards for digital twin technology to provide a reference for regulatory approval in order to quickly promote the technology into clinical practice."
(Makale kaynağı: Yicai)
Kaynak: Eastmoney.com
Yazar: 第一财经
View Original
The content is for reference only, not a solicitation or offer. No investment, tax, or legal advice provided. See Disclaimer for more risks disclosure.
Tüketim AI ile karşılaştığında | "Metaverse"den "kalp evreni"ne, insan kalbi beyni gibi organlar yeniden inşa ediliyor
Sayısal ikiz teknolojisi tıp paradigmasını değiştiriyor. Bugün, doktorlar hastaların kalplerinden beyinlerine kadar çeşitli organlarını üç boyutlu görüntülerle yeniden oluşturabiliyorlar, yakında tüm insan vücudunun sanal ikizini oluşturmayı umut ediyorlar, böylece cerrahi ve tedaviyi daha kesin ve öngörülebilir hale getiriyorlar.
Yapay zeka büyük model teknolojisinin gelişmesiyle, daha güçlü hesaplama kapasitesi gelecekte üç boyutlu model oluşturmayı daha hızlı ve kolay hale getirecektir. AI görüntü bilgileri entegre edildikten sonra, doktorlar hastaların sağlığına daha kapsamlı bir değerlendirme yapabilirler.
Sanal kalpten sanal beyine
6 ay önce yazılım mühendisi Steven Levine, 12 saat süren bir beyin tümörü ameliyatı geçirdi. Beyninde golf topu büyüklüğünde iyi huylu bir tümör olduğu teşhisi konulduktan sonra doktorlar beynini modelledi, tümörün tam konumunu buldu ve 3D görüntüler eşliğinde müdahaleyi gerçekleştirdi. 6 hafta sonra, Levine ameliyattan tamamen iyileşti.
"Tümör hayatımı hemen tehdit etmese de, bazı kafatası, sinüs ve görme sinirlerimi zaten kemirmiş durumda." Lewin, "Tümör ayrıca hipofiz fonksiyonlarını etkiledi, aşırı büyüme hormonu salgıladı ve ayaklarımı ve ellerimi yavaşça büyüttü." dedi.
San Diego'daki California Üniversitesi'nde bir beyin cerrahı olan Thomas Beaumont, tümörler de dahil olmak üzere Levin'in beynini yeniden yapılandırmak için dijital ikiz teknolojisini kullandı. Ameliyat sırasında, ameliyathanedeki ekrandaki görüntüleri kullanan Beaumont, Levin'in burun deliklerinden birine bir kamera yerleştirdi ve tümör bloğunu parça parça çıkarmak ve hasarlı dokuyu onarmak için diğer burun deliğine cerrahi aletler gönderdi.
Her bir hastanın kemik yapısı farklı olduğundan, karotis arterin eğilme şekilleri de farklıdır. Tüm bunlar başarılı bir ameliyatın gerçekleşmesi için üç boyutlu olarak görselleştirilmelidir. Üç boyutlu görüntüler sayesinde doktorlar hastanın beyin anatomisini kafalarında canlandırmak zorunda kalmazlar, bunun yerine doğrudan görebilirler. Bu durum doktorları daha emin bir konuma getirir ve ameliyatı daha hassas hale getirir.
Levin'in ameliyatı çok başarılıydı, altı ay sonra normal işine dönmüştü. Aslında, Dr. Beaumont'un kullandığı dijital ikiz teknolojisi, Levin'in kendi geliştirdiği teknolojiydi ve kendi teknolojisinin faydalanıcısı haline geldi. Deneyimi, bu tür teknolojilerin gelecekte daha fazla hastaya yardımcı olabileceğine ve doktorların yükünü hafifletebileceğine daha da emin olmasını sağladı.
Şu anda, Levon, dijital ikiz teknolojisinin laboratuvardan klinik alana doğru ilerlemesini teşvik ediyor; bu dijital ikizler kalp, beyin, karaciğer ve diğer insan organlarını içerecek. Bu amaçla, Levon on yılı aşkın bir süredir çaba sarf etmektedir.
2014 yılında, şirketi olan Dassault Systèmes’de, Lai Wen ilk olarak Sanal Kalp (Living Heart) projesini başlattı. Bu, ABD FDA tarafından onaylanan ilk dijital insan kalp modelleme aracıdır ve kalp girişimci doktorların ameliyat öncesinde veya sırasında hastanın kalp yapısını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir, böylece en iyi cerrahi planı bulunabilir.
Levin, ilk finansal muhabirlerine söyledi, sanal kalp projesinin ilham kaynağı kızı Jessie'den geldi. Jessie doğduğunda nadir ve ciddi bir kalp hastalığı vardı. Doktorlar onun kalbine bir pacemaker yerleştirdi. Jessie şu anda 35 yaşında ve kalbi 5 kez pacemaker ile değiştirildi.
Doktorlar, Jesse'nin kalp hastalığını tedavi ederken büyük belirsizliklerle karşı karşıya kaldılar, çoğunlukla deneyime ve tahmine dayanarak bu durumu yönettiler, bu da Lavin'e derin bir izlenim bıraktı. O zamandan beri, Lavin, Jesse gibi doğuştan kalp hastalığı olan çocukların kalp hastalıklarının gelişimini daha iyi araştırmalarına yardımcı olacak bir dijital sistem geliştirmeyi umdu.
"Şu anda kimse gerçek bir uçak veya otomobil yapmaz ve onu sürer gibi, " dedi Leven First Financial Reporter'a, "Bu ürünler gerçekten monte edilmeden önce, yazılım programları ve bilgisayar sistemleri tasarımcılara bu parçaları öncelikle sanal ortamda yapmalarına ve test etmelerine olanak tanır, o zaman neden kalp ameliyatı ve koroner girişim cihazları önceden test edilemez?"
Mühendis kökenli olan Lavin, bu sorunu fiziksel düşünceyle ele almaya devam etti ve kalbin bir "pompa" olduğunu düşündüğü için fizik yasalarına tabi olması gerektiğini düşündü. Bu düşünce, sanal kalp projesinin temelini oluşturdu.
"Eğer oluşturulan model doğruysa, o zaman son ürün de doğru olacaktır." dedi. Bu başarı, açık kaynaklı sistemden gelmektedir. Levi, projenin açık kaynaklı işbirliğinin on yıldır devam ettiğini belirtti. Dünya çapından yüzlerce doktor, mühendis ve endüstri standartları belirleyicileri, hükümet yetkilileri bu projede yer alarak kendi uzmanlık alanlarını katkıda bulunuyorlar ve amacı, sanal ortamda ilk tam işlevli üç boyutlu kalbi inşa etmektir.
Levin, başlangıçta, birçok kişinin bu proje hakkında şüpheleri vardı, sonuçta her kalp ameliyatı hayatla ilgilidir ve şu anda kalp ameliyatları hala doktorların becerisine ve deneyimine dayanmaktadır. Ancak zamanla, üç boyutlu modeller yaygın CT taramalarından ve manyetik rezonans (MR) görüntülerinden oluşturuldu, yazılım aşamalı olarak geliştirildi, proje adım adım doğrulandı ve hayvanlar üzerinde ve nihai insan testlerinde de başarılı bir performans sergiledi.
"Sanal kalp projesini yönlendiren sürekli gelişen bir ekosistemdir; önde gelen kardiyovasküler araştırmacılar, tıbbi cihaz geliştiricileri, düzenleyici kurumlar ve kalp uzmanlarıyla birlikte çalışarak, klinik olarak doğrulanmış, yüksek derecede hassas, ticarileştirilebilir kişiselleştirilmiş dijital insan kalp modeli ve yeni dijital tedaviler geliştirmeyi hedefliyoruz." Leven ifade etti.
Doğuştan kalp hastalığı olan çocuklar muhtemelen ilk faydalananlar olacaktır
Birkaç yıllık çabanın ardından, Levin'in ekibi tam donanımlı bir sanal kalp inşa etmeyi başardı ve bunu Boston Çocuk Hastanesi cerrahlarına sundu. Levin'e göre, çocuk kalp doktorlarının konjenital kalp hastalığı olan çocuk hastalıklarının gelişimini tahmin etme konusunda eksiklikleri olduğundan, çocuk kalp bilimi dijital ikiz teknolojisinin klinik ticarileşmeye ilk adım atabileceği bir bölüm olabilir.
Şu anda, her hafta iki kez, Boston Çocuk Hastanesi Kalp Bölümü'nde, onlarca uzman en karmaşık kalp ameliyatlarını planlamak için bir araya geliyor. Ekrana yansıtılan kalp üç boyutlu sayısal görüntülerini analiz ediyorlar, her hasar görmüş damar veya anormal kalp odacığı çocuğun yaşam sağlığı için potansiyel bir tehdit oluşturabilir.
Bu üç boyutlu sayısal görüntüler, cerrahların yaklaşan ameliyatları hassas bir şekilde planlamalarını sağlamak için bilgisayar ekranında döndürülebilir veya parçalara ayrılabilir. Tıbbi mühendislerin yardımıyla doktorlar kanın ve oksijenin akışını, kalbin elektrik sinyallerini ve kapakçıkların kalp fonksiyonunu nasıl etkilediğini görebilirler, hatta planladıkları kapakçığın kalp onarımına nasıl etki edeceğini sayısal görüntüler aracılığıyla tahmin edebilirler.
Levin, gelecekte, bu dijital teknolojiye sensörlerin veya giyilebilir cihazların eklenebileceğini ve insan kalbi için veri iletimi oluşturacak bir yol oluşturacağını söyledi. Bu geri besleme döngüsü, bir insan kalbinin 'dijital ikizini' oluşturacak ve doktorlara, cerrahi planlarının en iyi olduğundan emin olmaları için yeni yöntemler sunacak.
Boston Children's Hospital pediatric cardiac surgeon and director of the 3D visualization project, David Hoganson, is in charge of the project. As of now, his team has performed approximately 2000 surgeries using digital heart models.
Shanghai Jiao Tong University Affiliated Xinhua Hospital Pediatric Heart Center, Head of Cardiology Chen Sun has to deal with a large number of complex congenital heart disease children every day. These children sometimes need treatment just after birth due to poor ventricular development, and some develop Kawasaki disease or myocarditis at the age of 2 or 3, many of the mechanisms of these diseases are still unclear.
Chen Sun told the First Financial Journalist that his team is also conducting digital twin research in the field of industry-university cooperation, based on the fusion of multimodal images of echocardiography and enhanced CT of the heart and great blood vessels, developing related algorithms, building 3D and 4D models of pediatric congenital heart disease to better understand the development of pediatric congenital heart disease.
Chen Sun frankly stated that the reason why foreign digital technology is leading in clinical applications is mainly based on two advantages: one is that they have a mature payment system, and products can achieve commercialization faster; the other is that the foreign ecosystem is relatively developed, forming a system of interdisciplinary research in basic medicine, engineering, clinical and other fields.
Yeni Hua Hastanesi Çocuk Kalp Merkezi Başkanı Dr. Peng Yongxuan, ilk ekonomi gazetesine şunları söyledi: 'Sanal kalp, ülke içinde kardiyovasküler alanın araştırma odaklarından biri haline geldi. Dijital ikiz teknolojisi, tıbbi seviyenin daha da gelişmesine yardımcı olacak zorunlu bir trenddir ve tıp alanına devrim niteliğinde değişiklikler getirecektir.'
O, ülke içinde çocuk kalp hastalıkları alanında, sanal kalp teknolojisinin AI algoritmalarıyla optimize edilmesi, çoklu modal görüntü birleştirme vb. gibi büyütme aşamalarından sürekli olarak dijital ikiz modeli doğruluğunu artırmaya yönelik araştırma aşamasında olduğunu belirtti ve gelecekte gerçek klinik uygulamalarda ilerlemeyi daha da keşfedeceğini ifade etti.
"Dijital ikiz kalp, yeni bir teknoloji ve yardımcı araç olarak, güçlü işlevi sistematik kullanım yöntemleriyle ortaya çıkarılabilir. Örneğin, bazı uzun süredir kullanılan iki boyutlu parametreler (çap, alan) üç boyutlu parametrelerle (alan, hacim) değiştirilebilir. Ön operasyon planlaması, cerrahi simülasyon ve hastalığın evrimi tahmini gibi şeyler, farklı hastalıklara göre ilgili metodolojiler geliştirmeyi gerektirir." dedi Peng Yong.
Son birkaç yılda, tıp alanında 'dijital ikiz' giderek olgunlaşıyor ve akciğer, karaciğer, beyin, eklem, göz, damarlar ve diğer vücut bölgelerinin modellerine dönüşmüştür. Yakın gelecekte tüm insan vücudunun sanal ikizinin oluşturulması da mümkün olabilir. Şu anda bu yeni teknoloji, yeni tıbbi cihaz ürünlerini test etmek ve yeni ilaç moleküllerinin organlar ve hücreler üzerindeki etkilerini tahmin etmek için kullanılmaktadır. Gelecekte, hayvan deneylerini azaltabilir hatta yerine geçebilir.
Bu modeller, kardiyovasküler hesaplamalı tıbbı tek bir temel üzerinde oluşturacak, eğitim, eğitim, tıbbi cihaz tasarımı, klinik deneyler, klinik tanı gelişimini teşvik edecek ve ileri tıbbi cihaz yeniliğinin dönüşümü için daha etkili yollar sağlayacaktır. Şu anda, ABD FDA, Dassault Systèmes ile sanal bir kalp üzerindeki işbirliği araştırma protokolünü 10 yıla uzattı ve pacemaker dahil olmak üzere kardiyovasküler cihazların implante edilmesini, yerleştirilmesini ve performansını değerlendirmektedir.
Üretken yapay zekanın geliştirilmesiyle, Dassault'un Sanal Kalp projesi büyük dil modelleri getiriyor. Levin, CBN'ye verdiği demeçte, ekibinin şu anda bireysel hastalar veya hasta popülasyonları için yapılandırılabilen yeni nesil sanal kalp modellerini test ettiğini ve yapay zeka güdümlü özelleştirme ve otomasyon yeteneklerinin tıbbi cihazların geliştirilmesini kolaylaştırmaya ve hızlandırmaya yardımcı olacağını söyledi.
"Yapay zeka modellerinin faydalarından biri, gelecekte çok fazla hasta verisine ihtiyaç duymayabileceğimiz, modelin sürekli öğrenmesine ve çok fazla veri üretmesine izin vermek için yalnızca az miktarda veriye ihtiyacımız olmasıdır. Bu, yapay zeka geliştirmenin dijital ikiz teknolojisi üzerindeki önemli bir etkisidir. Levin dedi.
Ayrıca, yapay zeka yeteneklerinden yararlanarak, her bir bireysel kalp için yapılan 'manuel modelleme' değişime uğrayacak. 'Manuel modelleme genellikle uzun bir süre gerektirir, şimdi tek bir tuşla otomasyonla modellenerek, birkaç gün süren süreç birkaç dakikaya kadar kısaltılabilir, bu süreç için devrim niteliğindedir.' dedi.
AI tıp çağı yaklaşıyor
Ülke içinde, klinik doktorlar aynı zamanda sanal ikiz teknolojisinin uygulama olasılıklarını keşfetmektedirler. Son zamanlarda, Şangay Jiao Tong Üniversitesi Tıp Fakültesi bağlı Renji Hastanesi ameliyathanesinde, insan-makine işbirliğiyle 'hassas savaş' gerçekleştirildi. Renji Hastanesi Nörofonksiyonel Grup lideri Zhou Hongyu ekibi hasta CT ve MRI görüntü verilerini Sino adlı bir cerrahi robot sistemine aktardı, AI algoritma sistemi sayesinde otomatik olarak intrakraniyal üç boyutlu modeli yeniden oluşturabilir ve apsenin üç boyutlu konturunu hassas bir şekilde çizebilir.
Üç boyutlu veri görüntüleri sayesinde, gölge ışıklar altında, Ruijin Hastanesi Nöroşirurji Yardımcı Baş Hekimi Guo Liemei, ameliyat robotunun mekanik kolunu sorunsuz bir şekilde kontrol ediyor ve robotun planladığı ameliyat yoluna göre, 0.1 milimetre tekrar konumlandırma hassasiyeti ile drenaj tüpünü önceden belirlenmiş kanala yavaşça boşaltıyor.
Zhou Hongyu, ilk finans muhabirine, geçmişte bu tür bir ameliyatın doktorun "hissine" ve deneyimine dayandığını, ancak şimdi nörogörüntüleme teknolojisinin gelişmesiyle, BT ve manyetik rezonans için işlem sonrası görüntü verilerinin, geçmişte kraniyotomi ile gözlemlenmesi gereken derin bir beyin yapısı oluşturmanın ve cerrahi yolu üç boyutlu bir sistem temelinde planlamanın, kan damarlarından ve önemli fonksiyonel alanlardan kaçınmanın ve insan gözünün ve insan elinin fizyolojik sınırlarını aşabilen robotlar aracılığıyla hassas konumlandırma ve cerrahi navigasyon elde etmenin mümkün olduğunu açıkladı.
"Sistem, delinme derinliğini ve açısal ofseti gerçek zamanlı olarak gösteriyor ve ayrıca geleneksel cerrahi ile elde edilemeyen bir perspektif olan kan damarlarından ve fonksiyonel alanlardan akıllıca kaçınabiliyor." Dedi.
Renji Hastanesi Nöroşirürji Anabilim Dalı Direktörü Profesör Feng Junfeng, CBN muhabirine şunları söyledi: "Beyin cerrahisi 'milimetre çağına' girdi. Makine öğrenimi cerrahi verileri toplamaya devam ediyor ve gelecekte, delinme yolunu otonom olarak optimize ederek doktorlar için bir 'yapay zeka danışmanı' haline gelebilir." ”
Benzer sahnelerin gelecekte hastane kalp kateter odalarında da görülmesi muhtemel. Fudan Üniversitesi bağlı Zhongshan Hastanesi Kardiyoloji Bölümü Direktörü, Akademisyen Ge Junbo, bir "meta evren kateter odası" sahnesini ilk finansal gazeteciye şöyle anlattı: Bu kateter odası yapay zeka destekli karar verme sistemi, sesli kontrol sistemi, robot destekli ve dokunsal geri bildirim sistemi, karma gerçeklik hologram sistemleri ve yüksek hızlı internetten oluşuyor.
"Bu kateter odasında, hastalar ameliyat tedavisi almadan önce tüm bilgiler doktorun bir dizi yazılım sistemine yansıtılmıştır. Doktorlar Vision Pro gibi karma sanal cihazları taktıktan sonra ameliyatı ve anatomiyi simüle edebilir, ameliyat süreci önceden prova edilmiştir." Ge Junbo, 21st Century Business Herald muhabirlerine söyledi.
Ona göre, 'metaevren'in gösterim biçimi ve boyutu, kalp hastalıklarının teşhis ve tedavisinde de geçerlidir. Gelecekte, 'metaevren'den 'kalp evreni'ne, yapay zeka teknolojisinden faydalanarak dijital bir organ (dijital insan) oluşturmak için hassas bir şekilde bir dijital ikiz oluşturabilir, gerçek durumlarda olabilecek durumları çizebilir, doktorların ve hastaların bir hastalık faktörünün getirdiği sonuçları anlamalarını sağlayabilir.
"Bu, aterosklerotik hastalıkların insan vücudunun tüm vasküler ağını nasıl etkilediği gibi çeşitli karmaşık vasküler hastalıklar arasındaki ilişkileri anlamaya yardımcı olacaktır." Ge Junbo, "Bu, pan-vasküler hastalıkların teşhisi ve yönetimi için büyük önem taşıyor. Geleneksel bilgi artık hastalıkların tüm sonuçlarını tahmin edemez ve hasta özellikleri, klinik belirtiler, biyobelirteçler ve radyomikler dahil olmak üzere bilgilerin entegrasyonu gelecekte bir trend haline gelecektir. ”
Ge Junbo, dijital ikiz teknolojisi ve yapay zeka modellerinin gelecekte pan-vasküler hastalıkları doğru bir şekilde tahmin edebileceğini ve ayrıca kapak replasmanı gibi cerrahi alanlarda daha büyük bir rol oynayabileceğini ve doktorların hastalıklara ne zaman müdahale edecekleri konusunda tahmin ve karar vermelerine yardımcı olabileceğini söyledi.
Geçen hafta, Zhongshan Hastanesi Kardiyoloji Bölümü, ülkenin ilk kalp büyük modeli olan CardioMind'ı tanıttı. Bu model, çoklu modalite teşhis verilerini ve önde gelen doktor deneyimlerini entegre ederek, tıbbi geçmiş toplamadan yardımcı tanıya kadar olan süreci tamamen akıllı hale getiriyor. Daha da önemlisi, sistem tek bir metin verisi analizini aşarak, EKG, ultrason görüntüsü, laboratuvar testi ve diğer çoklu modalite verilerinin bütünleşik akıl yürütmesini gerçekleştiriyor.
Ancak, bu verilerin standartlaştırılması hala zorluklarla karşı karşıya. “Sayısal ikiz, çeşitli tıbbi üç boyutlu görüntüler ve fizyolojik sinyallerle organları tanımlamak anlamına gelir. CT/MR 3D görüntüleri, her bir kişinin organ yapısının farklı olması nedeniyle, bu canlı görüntüler AI modellerini ayarlamak için kullanılabilir ve kişiselleştirilmiş uygulamaları gerçekleştirebilir.” Bir tıbbi görüntüleme uzmanı, “Şu anda, organların sayısal ikizleri henüz tek bir standart haline gelmedi, ancak belirli gereksinimlere göre basitleştirilebilir, örneğin ameliyat rehberliği için özel olarak kullanılabilir.” dedi.
Ayrıca, klinik doktorlar, insan vücudunun fizyolojik verilerinin subjektif değişkenliğinin çok büyük olduğunu belirtti ve bu durum standartlaştırma zorluğunu artıracak. "İnsan vücudu verileri son derece karmaşık, milyonlarca değişken etkileşimde bulunuyor ve hassas bir şekilde simüle etmek çok zor." dedi Zhongshan Hastanesi Kardiyoloji Bölümü Direktörü Profesör Pan Wenzhi, "Tıbbi olarak bir tedavinin uygulanabilirliğini kanıtlamak için, hatta çok basit bir hipotez bile genellikle binlerce hastayı birkaç yıl boyunca kapsayacak şekilde klinik deneylere dahil etmek ve milyonlarca harcamak gerekebilir. Çünkü hastalar tekrar tekrar denenebilecekleri bir durum değil."
Aynı zamanda, AI büyük modellerin uygulamasının nesnel veriler için en avantajlı olduğunu belirtti, örneğin görüntü verileri, patoloji ve kan gibi veriler, bu verilere yerel olarak giriş yaparak doktorlara belirli yardımcı işlevler sağlayabilir.
Levin told the First Financial Reporter that the virtual heart project is still awaiting regulatory evaluation, and it will take some time for large-scale entry into clinical practice. When talking about the challenges, he said, "The lack of standards is the biggest challenge. Not only is each company doing its own product without a unified standard, but also the standards of each country are different. Therefore, the industry needs to quickly establish standards for digital twin technology to provide a reference for regulatory approval in order to quickly promote the technology into clinical practice."
(Makale kaynağı: Yicai)
Kaynak: Eastmoney.com
Yazar: 第一财经