Срочная новость

Сейчас воспроизводится:

Моё виртуальное сердце


футурис

Моё виртуальное сердце

Джеку шесть лет. Он и его родители живут на восточном побережье Англии. Время от времени они приезжают в Лондон, с удовольствием проводя денёк-другой в столице. Но главная причина их регулярных визитов бьётся у Джека в груди.

Мама мальчика, Сара Джонс, рассказывает: “Мы узнали о его болезни, когда я была на двадцать восьмой неделе беременности – нам сообщили, что у него гипоплазия левых отделов сердца, положение очень сложное, потребуется трёхэтапная паллиативная хирургия. Конечно, для нас это было потрясением”.

Сразу после своего появления на свет Джек перенёс три операции на открытом сердце, и теперь родители приводят его на регулярные обследования. Здесь, в детской больнице Эвелина, доктор Разави следит за состоянием здоровья Джека с помощью современных электронных приборов.

“Он приклеивает на меня наклейки, и мне ничего не нужно делать, нужно просто расслабиться!”- делится впечатлениями Джек. “Аппарат делает так: бум, бум, бум… Но я не знаю, как он работает”.

Очень просто: этот прибор использует ультразвук. Отражение звуковых волн от тканей и клеток крови показывает, что происходит внутри сердца в данный момент. Эхокардиография позволяет быстро получить множество полезных данных о работе системы кровообращения пациента. Жизненно важный метод, учитывая масштабы этой проблемы.

Реза Разави, возглавляющий отделение медицинской визуализации лондонского Кингз-колледжа, поясняет: “Врождённые заболевания сердца присущи примерно одному ребёнку из каждых ста, и для населения в целом проблемы с сердцем, конечно, очень актуальны: это самая распространённая причина болезней и смертности на Западе, а теперь она уже становится самой распространённой причиной и в развивающихся странах мира”.

Эхокардиография и другие способы визуализации полезны, но далеко не всесильны. Эта больница участвует в европейском научном проекте, который оставляет нынешний уровень диагностики далеко позади.

Одна из исследователей института Рэйна Ханна Беллшем-Ревелл показывает: “То, что мы имеем на экране сейчас – это просто картинка, на которой можно увидеть, насколько велики кровеносные сосуды, как они соединяются – однако она ничего не говорит нам о том, как это сердце бьётся. Но если у нас, как мы надеемся, появится модель, в которую можно будет внести и анатомические данные, и данные о сокращении сердца – мы сможем точнее предсказать, у кого из детей раньше появятся осложнения, и мы сможем испытывать те или иные методы лечения на виртуальной модели вместо того, чтобы пробовать их непосредственно на детях”.

Реза Разави продолжает: “Мы бы хотели иметь возможность заранее увидеть последствия терапии, особенно если это какой-то особенно сложный или дорогой метод лечения: хотелось бы точно знать ещё до его применения, поможет он или нет. И в решении этой задачи компьютерные модели могут быть очень удобны: они позволяют испытывать те или иные средства и наблюдать результат без реального вмешательства, делая всё “in silico” – на компьютере.”

Итак, реалистичная модель должна включать все нужные врачам сведения о пациенте. Но как нам получить эти данные?

Юрген Веесе из научно-исследовательского подразделения Philips демонстрирует нам последние достижения в области медицинской визуализации: “У нас есть разнообразные сканеры, при помощи которых можно получать изображения сердца. Здесь вы видите сканер, использующий для этой цели магнитное поле. Его отличительные функции – возможность собирать информацию о биении сердца, о свойствах тканей сердечной мышцы, получать изображение циркуляции крови через сердце”.

Медицинские сканеры создают серию цифровых снимков сечения сердца. Из этой стопки слайдов довольно просто получить трёхмерный объект – на некоторых сканерах для этого достаточно нажать одну кнопку.

“Здесь вы видите рентгеновский компьютерный томограф”,- продолжает экскурсию Юрген. “Этот тип сканера использует рентгеновские лучи для создания изображения сердца. То есть вы проецируете рентген со всех сторон и из серии двумерных снимков получаете единое трёхмерное изображение. Особенностью этого сканера является очень высокая разрешающая способность – можно получить очень чёткие снимки кровеносной системы и сердца”.

Чтобы перейти от трёхмерного изображения к модели, его нужно тщательно проанализировать. Необходимые алгоритмы разрабатываются здесь, в хай-тек-кампусе Эйндховена. Каждое сердце уникально, так что компьютер должен определить и измерить все его особенности, чтобы создать точную объёмную карту этого органа персонально для каждого пациента. Однако на этом этапе это лишь схема, а не действующая модель.

Юрген объясняет: “Эта технология позволяет извлечь из изображений геометрические данные, но она не даёт возможности предсказать, как это сердце будет биться при изменении каких-либо факторов. Для того, чтобы делать прогнозы относительно функционирования сердца после терапии или при изменении кровотока, необходимы дополнительные модели, которые описывали бы биофизику различных частей сердца. Вот с их помощью уже можно будет прогнозировать последствия терапии и делать выбор между различными вариантами лечения”.

И здесь на помощь приходят инженеры. Сердце – это по сути очень эффективный насос. Его геометрическая схема – своего рода чертёж сложной машины. А знания и опыт в области испытаний машин и прочих рукотворных объектов методом компьютерного моделирования у инженеров давно уже есть.

Профессор вычислительной физиологии Оксфордского университета Ник Смит рассказывает: “Эти методы использовались для анализа мостов и строений ещё в пятидесятых, шестидесятых и семидесятых годах двадцатого века. Тогда же начали появляться компьютеры, которые позволили задействовать данные методы в разработке наземного, воздушного и космического транспорта. А в последние годы эти же технологии начали применяться для решения самых сложных задач в области биологии, физиологии и медицины”.

Результат – виртуальное сердце, которое работает в точности как его реальный прототип, показывая, например, недостаточно эффективные клетки или позволяя изучить распространение электрического импульса в сердечной мышце пациента перед имплантацией ему кардиостимулятора.

“Мы приближаемся к возможности предсказывать реакцию пациента на терапевтическое вмешательство и подбирать на этом основании наиболее подходящие методы лечения”,- говорит Смит. “На мой взгляд, это помогает перевести медицину из области практики, наблюдений, проб и ошибок на научную основу, дающую нам понимание действия движущих механизмов”.

Потребуются годы исследований и клинических испытаний, прежде чем виртуальное сердце сможет стать точным инструментом прогнозирования, дающим надежду тем, кому она особенно нужна.

Доктор Разави говорит, аккуратно подбирая слова: “Такие дети, как Джек, в детстве чувствуют себя достаточно хорошо, но ближе к концу детского возраста у них начинаются тяжёлые осложнения, их жизнь обрывается – гораздо раньше, чем у остальных людей. Конечно, мы стараемся искать новые способы лечения, чтобы увеличить их продолжительность жизни, и данный проект этому поиску в значительной степени помогает”.

“Я хочу стать доктором, когда вырасту!” – говорит Джек. “Потому что это очень интересно: можно увидеть, что в сердце у других людей!”

www.euheart.eu

Выбор редакции

Следующая статья
Робот-ребёнок

Sci-tech

Робот-ребёнок