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L'approccio gemellato di Digital per la cardiologia apre le nuove possibilità nei sistemi diagnostici clinici

Facendo uso di trattamento matematico di immagine, gli scienziati alla cooperazione della ricerca diBioTechMed-Graz hanno trovato un modo creare i gemelli digitali dai cuori umani. Il metodo apre le possibilità completamente nuove nei sistemi diagnostici clinici.

Sebbene le opzioni del trattamento stiano migliorando costantemente, le malattie cardiovascolari sono ancora una di cause della morte più frequenti in Europa. Il successo del trattamento varia dal paziente al paziente e dipende dal quadro clinico determinato, come plancia di Gernot, ricercatore all'istituto della biofisica all'università medica di Graz spiega facendo uso di un esempio: “Per esempio, la terapia dello stimolatore cardiaco non riesce in circa 30 per cento dei pazienti cardiaci che hanno avuti uno stimolatore cardiaco impiantato per risincronizzazione meccanica del battito cardiaco.„

Per potere eliminare in anticipo tali interventi, la plancia ha sviluppato un modello elaborato dal calcolatore insieme ai matematici Gundolf Haase e Kristian Bredies dall'università di Graz e dal buttero di Thomas dell'informatico dall'istituto di dispositivo ottico del computer e della rappresentazione all'università tecnologica di Graz, rispettivamente, con cui medici possono pre-simulare la terapia ottimale e drammaticamente migliorano il successo del trattamento.

Modelli di valore univoco di Digital

I ricercatori usano i dati diagnostici da MRI, da ECG e da altri esami del cuore della persona da trattare. Gli algoritmi della rappresentazione hanno un un'immagine digitale del cuore del paziente da questo materiale di dati. Questo modello su misura infine fornisce una ricchezza di informazioni che contribuiscono a capire il quadro clinico determinato ed a passare i vari scenari terapeutici.

Il buttero di Thomas spiega la sfida: “Per simulare un tal battito cardiaco nel computer, dovete calcolare milioni di variabili. Ciò richiede le procedure matematiche complesse, gli algoritmi speciali ed il hardware speciale che possono realizzare miliardi di atti di calcolo al secondo.„

Il metodo è pronto per usare

Il metodo messo a punto è così specializzato e automatizzato che i gemelli digitali anatomicamente corretti dei cuori pazienti possono già essere prodotti ordinariamente in una regolazione clinica. Ad un punto seguente, i ricercatori vogliono più ulteriormente migliorare la tecnologia e permettere all'adeguamento completamente automatico di tutti gli aspetti funzionali del battito cardiaco.

Ciò richiedono ulteriori sforzi nella ricerca di base, particolarmente in quelle aree dell'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale (AI) che concedono un alto livello di personalizzazione.„

Plancia di Gernot, ricercatore, istituto di biofisica, università medica di Graz

Fuoco su ulteriore sviluppo

Un approccio molto di promessa è basato sugli ultimi metodi di AI per controllo ottimale e sui fuochi sulla propagazione delle onde nel cuore, che è gestito tramite l'allineamento delle fibre di muscolo del cuore. Il consorzio vuole applicare questo approccio in collaborazione con Cardiocentro Ticinio (centro per cardiologia su ordinatore, Lugano) in un nuovi progetto di ricerca e prova per comprendere “gli organi di comando„ nel modello facendo uso delle tecniche di apprendimento automatico in tal modo che il battito cardiaco simulato viene vicino quanto possibile al battito cardiaco reale.

I primi studi clinici di convalida hanno luogo in preparazione di 2021 in collaborazione con Daniel Scherr dalla divisione della cardiologia all'università medica di Graz. La plancia ed il buttero suppongono che i prototipi utilizzabili di un cuore gemellato digitale completamente automatizzato possono essere provati clinicamente già del 2022. La tecnologia di simulazione su cui il metodo è basato già sta distribuendosi al dal NumeriCor start-up basato a Graz ed è utilizzata dalle società mediche principali della tecnologia nel settore di R & S.