Digital twins: Τι είναι τα ψηφιακά δίδυμα που θα φέρουν επανάσταση στην Υγεία

Η δημιουργία ενός ψηφιακού διδύμου, που θα επιτρέπει στους γιατρούς «να βλέπουν την εικονική εκδοχή του ασθενούς», αναμένεται να φέρει επανάσταση στην Υγεία. Η Αμάντα Ραντλς, η οποία έχει βραβευθεί με το ACM Prize in Computing το 2023, για την πρωτοποριακή έρευνά της στην υπολογιστική Ιατρική, παρουσίασε στο φετινό Heidelberg Laureate Forum τα ψηφιακά δίδυμα (digital twins) για το αγγειακό σύστημα.

Τα ψηφιακά δίδυμα είναι ψηφιακά μοντέλα συστημάτων του οργανισμού μας, που τροφοδοτούνται από δεδομένα, τα οποία συλλέγονται από τις έξυπνες συσκευές (wearables) που φοράμε στο σώμα μας κατά τη διάρκεια της καθημερινότητάς μας, αλλά και από το ιατρικό μας ιστορικό, τα αποτελέσματα των ιατρικών εξετάσεων και των απεικονιστικών ελέγχων που έχουμε υποβληθεί. Η ίδια η Ραντλς φορούσε το έξυπνο δαχτυλίδι και το έξυπνο ρολόι της, κατά τη συνάντησή της με δημοσιογράφους, στο περιθώριο του φόρουμ, στη Χαϊδελβέργη. Οι συσκευές αυτές την ειδοποιούσαν για ενδεχόμενη κούραση, βάσει των μετρήσεων που λάμβαναν. Μετρήσεις, όπως αυτές, μπορεί να γίνουν πολύ χρήσιμες στο μέλλον για τη χαρτογράφηση του οργανισμού μας και τελικά την πρόγνωση σοβαρών ασθενειών.

Τα ψηφιακά δίδυμα είναι μια προσέγγιση γνωστή στη Μηχανική, ενώ τα τελευταία χρόνια κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος στις έρευνες γύρω από την Υγεία, με στόχο την εξατομικευμένη προσέγγιση του ασθενούς. Όπως εξήγησε στο ΑΠΕ- ΜΠΕ η Αμάντα Ραντλς, αναπληρώτρια καθηγήτρια Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Duke των ΗΠΑ, «σήμερα διαχειριζόμαστε τις κρίσεις αφού συμβούν. Ο στόχος είναι με τα ψηφιακά δίδυμα να λειτουργήσουμε περισσότερο προληπτικά, ώστε να διαχειριζόμαστε τις κρίσεις πριν συμβούν. Για παράδειγμα έχεις πόνο στο στήθος, πηγαίνεις στο γιατρό, ο οποίος εντοπίζει το πρόβλημα και λειτουργεί θεραπευτικά. Εμείς θέλουμε να εντοπίσουμε τα προβλήματα προτού εκδηλωθούν τα συμπτώματα».

Η δημιουργία του ψηφιακού διδύμου, συνέχισε, θα επιτρέπει στους γιατρούς «να βλέπουν την εικονική εκδοχή του ασθενούς», στην οποία να δοκιμάζουν ιατρικές παρεμβάσεις για να διαπιστώσουν ποια προσέγγιση του ταιριάζει περισσότερο, χωρίς καν να αγγίξουν τον ίδιο τον ασθενή.

Ψηφιακά δίδυμα μέσα στην επόμενη δεκαετία

Η έρευνα της Αμάντα Ραντλς έχει επικεντρωθεί στην ανάπτυξη λεπτομερών ψηφιακών μοντέλων αγγειακών συστημάτων και σε νόσους όπως η στένωση καρωτίδας, η καρδιακή ανεπάρκεια και η περιφερική αρτηριακή νόσος. Εκτιμά ότι στα επόμενα πέντε με δέκα χρόνια θα υπάρχει ένα ψηφιακό δίδυμο του αγγειακού μας συστήματος που θα χρησιμοποιείται από τους γιατρούς σε τακτά χρονικά διαστήματα.

Ένα πρώτο δείγμα αυτού, επισημαίνει, βλέπουμε σήμερα με την ανίχνευση του ακανόνιστου καρδιακού ρυθμού από τις φορετές συσκευές. Στο μέλλον η παρακολούθηση των βιοδεικτών μέσω των φορετών συσκευών είναι πιθανό να μειώσει και τον αριθμό των απεικονιστικών εξετάσεων. Επιπλέον, η παρακολούθηση των ασθενών με καρδιακά προβλήματα πιθανώς να γίνεται στο μέλλον όχι με εμφυτεύσιμες συσκευές, αλλά μέσα από το ψηφιακό δίδυμό τους. Ωστόσο, η Αμάντα Ραντλς εκτιμά ότι θα χρειαστούν πολλά χρόνια για να δημιουργηθούν ψηφιακά δίδυμα για όλο το ανθρώπινο σώμα και τις λειτουργίες του.

Ένας άλλος τομέας που έχει στραφεί η ερευνητική ομάδα της Ραντλς είναι η πρώιμη έρευνα σχετικά με τα ψηφιακά δίδυμα στον καρκίνο και ειδικότερα την κατανόηση των καρκινικών κυττάρων, αλλά και τον βέλτιστο προγραμματισμό ακτινοβολίας και χημειοθεραπείας.

Για τη δημιουργία των ψηφιακών διδύμων χρειάζονται τεράστιοι αριθμοί δεδομένων και άρα, απαιτείται η χρήση υπερυπολογιστών. Η ομάδα της Αμάντα Ραντλς έχει εισαγάγει μια νέα τεχνική που περιορίζει τη χρήση μνήμης, μειώνοντας τελικά το υπολογιστικό υλικό που απαιτείται για προσομοιώσεις υψηλής ανάλυσης. Μεγάλο ερευνητικό στοίχημα αποτελεί ο εντοπισμός των αλλαγών στους βιοδείκτες που μεταφράζονται σε προβλήματα υγείας, αλλά και η μετατροπή όλων αυτών των δεδομένων σε εύχρηστη πληροφορία για τους γιατρούς και εκεί η τεχνητή νοημοσύνη θα παίξει καταλυτικό ρόλο.

(Με πληροφορίες από ΑΠΕ-ΜΠΕ)