Опасное нарушение сердечного ритма вылечено с помощью цифрового двойника

Фото из открытых источников

Ученые создали виртуальные копии больных сердец настолько точные, что блокирование опасного нерегулярного сердцебиения в этих цифровых «близнецах» показало врачам, как лучше лечить реальное заболевание.

Одно из первых клинических испытаний этих специально разработанных моделей предполагает, что они могут улучшить лечение желудочковой тахикардии — крайне трудноизлечимой аритмии, являющейся основной причиной внезапной остановки сердца и приводящей только в США к примерно 300 000 смертей ежегодно.

Исследование, проведенное учеными из Университета Джонса Хопкинса, стало небольшим первым шагом. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов разрешило использовать технологию цифрового двойника для лечения всего 10 пациентов, и потребуются гораздо более масштабные исследования.

Однако результаты, опубликованные в среду в журнале New England Journal of Medicine, появились на фоне того, как врачи все чаще изучают возможность применения технологии, давно используемой в аэрокосмической и других отраслях, для улучшения здоровья.

Джеффри Голдбергер, кардиолог из Университета Майами, не принимавший участия в исследовании, 15 лет назад проводил более простые эксперименты и высоко оценил новые результаты. «Это именно то, что мы и предполагали», — сказал он.

Врачи давно используют 3D-модели, как физические, так и созданные на компьютере, для моделирования заболеваний и отработки методик. Но, по словам Натальи Траяновой, биомедицинского инженера из Университета Джонса Хопкинса, настоящие цифровые двойники позволяют предсказать, как реальный орган может реагировать на различные виды лечения.

Ее лаборатория занимается разработкой красочных интерактивных моделей, созданных с использованием передовых методов МРТ и других данных, полученных от каждого пациента.

«Мы лечим близнеца до того, как начнем лечение пациента», — сказала Траянова. «Помогло ли это? И если да, то возникают ли новые проблемы, которые потребуют более интенсивного или иного лечения?»

Электрическая система сердца обеспечивает сердцебиение. Желудочковая тахикардия — это сверхбыстрое сердцебиение, возникающее, когда электрическая волна вызывает короткое замыкание в нижних камерах органа, желудочках, и препятствует их перекачиванию крови в организм.

«Вы видите это сердце, которое буквально дрожит», — сказала Траянова.

Медикаментозное лечение может помочь, но основным методом лечения является абляция, при которой врачи вводят катетеры в сердце, чтобы прижечь поврежденные ткани. Однако это своего рода метод проб и ошибок, поскольку пациенты проводят несколько часов под наркозом, пока врачи определяют, куда направить струю.

Повторные абляции — распространенное явление, и у многих пациентов в качестве резервного варианта имплантирован дефибриллятор.

Представляем вашему вниманию цифровые двойники желудочков головного мозга пациентов, созданные Траяновой.

На экране компьютера вихрем меняются цвета – синий, зеленый, желтый и оранжевый – показывая, как электрическая волна сердца перемещается по здоровым участкам камеры, прежде чем застрять на поврежденной ткани. Она застревает в круговом движении, которое она сравнивает с вихревым движением урагана.

«Это позволяет мне воссоздать функционирование органа пациента, а затем предсказать, какой способ абляции будет наилучшим», — сказала Траянова.

Технология определяет область дисфункции, куда многократно попадает электрическая волна. Виртуальное удаление этой области покажет, решит ли это проблему или возникнет другая аритмия, которую также потребуется купировать. «Затем мы снова воздействуем на это место», — объяснила она.

Команда Траяновой создала индивидуальные мишени для абляции для каждого из 10 участников исследования. Кардиологи перенесли их в систему картирования, которую они используют в качестве ориентира, и нацелились только на эти мишени, вместо того чтобы искать их в своих собственных.

Спустя более года у восьми пациентов аритмия полностью исчезла, а у двух наблюдался лишь один кратковременный эпизод во время заживления – это лучше, чем типичный показатель успеха лечения в 60%, заявил ведущий автор исследования Джонатан Криспин, кардиолог из Университета Джонса Хопкинса.

Все, кроме двоих, также прекратили прием противоаритмических препаратов.

Что еще более важно, кардиологи могут прижигать меньше тканей, воздействуя «конкретно на те области, которые мы считаем критически важными», — сказал Криспин. «Потенциально мы могли бы сделать эти процедуры короче, безопаснее и эффективнее».

Команда из Университета Джонса Хопкинса надеется изучить подход с использованием цифровых двойников в более масштабном исследовании с участием других больниц и уже начала испытания по его применению для лечения более распространенного типа нарушений сердечного ритма, называемого фибрилляцией предсердий. Другие исследователи изучают применение цифровых двойников в лечении рака.