Кажется, что каждый день новый алгоритм позволяет компьютерам диагностировать болезни с беспрецедентной точностью. И это подтверждает прогнозы о том, что ИИ скоро заменит врачей (по крайней мере, частично).
Что, если компьютеры смогут заменить пациентов? Если виртуальные пациенты смогут заменить реальных людей, например, на некоторых этапах испытаний лекарств, смогут ли они ускорить разработку? Что, если бы существовало «силиконовое лекарство»?
Аналогичным образом, потенциальные вакцины, которые, вероятно, не будут работать, могут быть «введены» виртуальным пациентам. Этот процесс сократит время и затраты на тестирование и позволит избежать тестирования опасных «кандидатов» на живых добровольцах.
Лекарство из кремния
Это способ определения экспериментов с лекарствами и лечением виртуальных органов или систем организма, чтобы предсказать, как реальный человек отреагирует на терапию.
В ближайшем будущем в исследованиях на поздних стадиях все еще будут нужны реальные пациенты, но испытания с виртуальными пациентами позволят быстро и экономически эффективно провести первую оценку безопасности и эффективности, резко сократив количество людей, необходимых для исследований.
Как это работает?
Начнем с самого начала: мы не можем говорить о виртуальных пациентах, не говоря о виртуальных органах. «Моделирование» виртуального пациента начнется со сбора всех анатомических данных, которые поступят в результате неинвазивной диагностики человека. Затем эти данные будут сопоставлены со сложной математической моделью механизмов, управляющих функцией этого органа.
Специальные алгоритмы, работающие на мощных компьютерах (возможно, скоро на квантовых компьютерах), будут решать полученные уравнения и неизвестные, создавая виртуальный орган, который выглядит и ведет себя как настоящий.
Виртуальные пациенты: мы уже в процессе
La FDAУправление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, орган США, который занимается вопросами продуктов питания и лекарств, уже использует компьютерное моделирование вместо испытаний на людях для оценки новых маммографических систем. Агентство также опубликовало руководство по организации испытаний лекарств и устройств с участием виртуальных пациентов.
Анализ сердечного ритмаОблачный сервис, одобренный FDA, позволяет врачам определять ишемическую болезнь сердца на основе компьютерных томографов сердца пациента. Система HeartFlow использует эти изображения для построения модели потока жидкости, протекающей по коронарным кровеносным сосудам, таким образом выявляя аномальные состояния и их тяжесть. Без этой технологии врачам пришлось бы выполнять инвазивную ангиограмму, чтобы решить, следует ли вмешиваться и как это делать.
Эксперименты с цифровыми моделями отдельных пациентов также могут помочь адаптировать терапию для любого количества состояний, и они уже используются в лечении диабета.
Подход, основанный на инженерии
Философия кремниевой медицины и виртуальных пациентов не нова. Способность создавать и моделировать работу объекта в сотнях рабочих условий на протяжении десятилетий была краеугольным камнем инженерной мысли. Например, для проектирования электронных схем, самолетов и зданий.
Остается несколько препятствий на пути его широкого внедрения в медицинские исследования и лечение.
Во-первых, необходимо подтвердить прогностическую силу и надежность этой технологии, а для этого потребуется ряд достижений. Сюда входит создание высококачественных медицинских баз данных на основе большой и этнически разнообразной базы пациентов, состоящей из женщин и мужчин. Уточнение математических моделей для учета многих процессов взаимодействия в организме. Дальнейшие изменения в методах искусственного интеллекта, разработанные в первую очередь для компьютерного распознавания речи и изображений, которые необходимо расширить, чтобы обеспечить биологическое понимание.
Нужен другой способ, но отделка великолепная
Научное сообщество и отраслевые партнеры решают эти проблемы с помощью таких инициатив, как Проект Живое Сердце компании Dassault Systèmes, Jubmap. (своего рода Google Карты ячеек) e Microsoft Здравоохранение NExT.
В последние годы FDA и европейские регулирующие органы одобрили коммерческое использование компьютерной диагностики. Однако соблюдение нормативных требований требует значительных затрат времени и денег.
Создание спроса на эти инструменты является сложной задачей, учитывая сложность экосистемы здравоохранения. Кремниевая медицина должна быть в состоянии обеспечить экономически эффективную ценность для пациентов, врачей и организаций здравоохранения, чтобы ускорить внедрение этой технологии.
