Новини України
Підбірка новин з українських джерел
Лікарі вилікували небезпечну аритмію за допомогою «цифрового двійника» серця
У медицині з’являється новий підхід, який ще кілька років тому здавався фантастикою: лікарі починають лікувати пацієнтів, спершу випробувавши терапію на їхній цифровій копії. Саме такий метод продемонстрували дослідники з Johns Hopkins University, створивши точні віртуальні моделі серця пацієнтів і використавши їх для боротьби з небезпечною аритмією.
Йдеться про складне порушення серцевого ритму — шлуночкова тахікардія, яке може призводити до раптової зупинки серця. Щороку ця проблема стає причиною сотень тисяч смертей. Лікування існує, але воно непросте: лікарі змушені діяти майже «наосліп», визначаючи, яку саме ділянку серця потрібно обробити, щоб зупинити неправильні електричні сигнали.
Традиційний метод — це абляція, під час якої через судини до серця вводять катетери й «припікають» проблемні тканини. Але цей процес часто займає багато часу, потребує повторних процедур і не завжди дає гарантований результат.
Саме тут на допомогу приходить концепція «цифрового двійника». Команда під керівництвом дослідниці Наталія Траянова створила точні 3D-моделі серця кожного пацієнта на основі МРТ-сканування та інших медичних даних. Ці моделі відтворюють, як електричні імпульси проходять через серцевий м’яз, де вони «застрягають» і як виникає небезпечна аритмія.
На екрані комп’ютера лікарі можуть буквально побачити, як хвиля електричного сигналу рухається здоровими ділянками, а потім починає циркулювати по замкнутому колу в пошкодженій тканині — подібно до урагану. Це дозволяє точно визначити, де саме потрібно втрутитися.
Після цього медики «проводять операцію» спочатку у віртуальному середовищі. Вони перевіряють, чи зникне аритмія після обробки певної ділянки, і чи не виникнуть нові проблеми. Лише після цього отримані дані застосовують у реальному лікуванні.
Перші результати виглядають дуже обнадійливо. У клінічному дослідженні, схваленому Food and Drug Administration, взяли участь 10 пацієнтів. Через понад рік після процедури вісім із них повністю позбулися аритмії, а ще двоє мали лише короткі епізоди під час відновлення. Це значно краще за стандартний рівень успішності, який зазвичай становить близько 60%.
Крім того, у більшості пацієнтів відпала потреба в медикаментах, а сама процедура стала більш точною: лікарі обробляли лише критично важливі ділянки, не зачіпаючи зайву тканину. Це означає менший ризик, коротший час операції та швидше відновлення.
Дослідження опубліковане в New England Journal of Medicine і вважається лише першим кроком. Попереду — масштабніші випробування, а також застосування технології для інших захворювань, зокрема більш поширеної фібриляції передсердь і навіть онкології.
Таким чином, цифрові двійники можуть стати новим стандартом у медицині. Ідея проста, але революційна: перш ніж лікувати людину, лікарі зможуть перевірити всі варіанти на її точній віртуальній копії. Це відкриває шлях до більш персоналізованого, безпечного і ефективного лікування, де помилки можна виправити ще до того, як вони стануть реальністю.
Пов'язані матеріали
Вашингтон (AP) – Вчені створили віртуальні копії хворих сердець пацієнтів, які були настільки точними, що блокування небезпечного нерегулярного серцебиття в цих цифрових "двійниках" показало лікарям, як краще лікувати реальні випадки.
Одне з перших клінічних випробувань цих індивідуальних моделей свідчить про те, що це може покращити лікування вентрикулярної тахікардії, яка є важко піддається лікуванню аритмією і є основною причиною раптової зупинки серця, що призводить до близько 300,000 смертей у США щороку.
Дослідження, проведене дослідниками з Університету Джона Хопкінса, стало першим кроком. Управління з контролю за продуктами і ліками США дозволило використовувати технологію цифрових двійників для лікування лише 10 пацієнтів, і знадобляться набагато більші дослідження.
Але результати, опубліковані в New England Journal of Medicine, з'являються в той час, коли лікарі все більше досліджують, як технології, які давно використовуються в аерокосмічній та інших галузях, можуть бути використані для покращення здоров'я.
Доктор Джеффрі Голдбергер, кардіолог з Університету Маямі, який не брав участі в дослідженні, експериментував з більш простими версіями 15 років тому і похвалив нові результати. "Це те, що ми уявляли," – сказав він.
Лікарі давно використовують 3D-моделі, як фізичні, так і комп'ютерні, для моделювання хвороб і практики технік. Але біомедичний інженер Хопкінса Наталія Траянова зазначила, що справжні цифрові двійники передбачають, як реальний орган може реагувати на різні лікування.
Її лабораторія є піонером кольорових інтерактивних моделей, розроблених за допомогою розширеного МРТ-сканування та інших даних від кожного пацієнта.
"Ми лікуємо двійника перед тим, як лікувати пацієнта," – сказала Траянова. "Чи спрацювало? І якщо так, чи виникають нові проблеми, які також потребують лікування?"
Електрична система серця забезпечує наш серцевий ритм. Вентрикулярна тахікардія – це надшвидкий ритм серця, викликаний коротким замиканням електричної хвилі в нижніх камерах органу, що заважає їм перекачувати кров до тіла.
Ліки можуть допомогти, але основним лікуванням є абляція, коли лікарі вводять катетери в серце, щоб знищити неправильно працюючу тканину. Але це дещо експериментально, оскільки пацієнти проводять години під анестезією, поки лікарі визначають, куди націлюватися.
Вторинні абляції є звичайними, і багато пацієнтів мають імплантований дефібрилятор на випадок надзвичайної ситуації.
Вступайте в цифрові двійники вентрикулярів пацієнтів Траянової.
На комп'ютерному екрані обертаються кольори – синій, зелений, жовтий і оранжевий – показуючи, як електрична хвиля серця рухається по здорових ділянках камери, перш ніж застрягти на пошкодженій тканині. Вона застряє в круговому русі, яке вона порівнює з обертанням урагану.
"Це дозволяє мені відтворити функціонування органу пацієнта і потім передбачити, який найкращий спосіб абляції," – сказала Траянова.
Технологія визначає дисфункціональну ділянку, де електрична хвиля повторно потрапляє. Віртуальна абляція покаже, чи вирішує це проблему, або чи виникає інша аритмія, яка також потребує лікування. "Тоді ми знову намагаємося," – пояснила вона.
Команда Траянової створила індивідуальні цілі абляції для кожного з 10 учасників дослідження. Кардіологи перенесли їх у систему картографування, яку вони використовують як посібник, і націлилися лише на ці цілі, замість того, щоб шукати свої.
Більше ніж через рік, вісім пацієнтів не мали аритмій, тоді як двоє зазнали лише одного короткого епізоду під час одужання – краще, ніж типовий показник успіху лікування в 60%, сказав доктор Джонатан Криспін, кардіолог Хопкінса і головний автор дослідження.
Усі, крім двох, також припинили прийом своїх ліків від аритмії.
Що важливіше, кардіологи можуть знищити менше тканини, націлюючись "конкретно на ділянки, які, на нашу думку, є критично важливими," – сказав Криспін. "Ми можемо потенційно зробити ці процедури коротшими, безпечнішими та ефективнішими."
Команда Хопкінса сподівається вивчити підхід цифрових двійників у більшому дослідженні з іншими лікарнями і вже розпочала випробування, використовуючи його для лікування більш поширеного типу нерегулярного серцебиття, званого фібриляцією передсердь. Інші дослідники вивчають цифрові двійники для лікування раку.