פרויקט "הלב החי"

עבודה עם מודלים בתלת-ממד אינה דבר חדש. תעשיות רבות אימצו את טכנולוגיית הסימולציה בתלת-ממד, ועתה נראה שגם תחום הבריאות מגלה כיצד עולמות וירטואלים יכולים לקדם את הרפואה, המחקר והטיפול.

לשפר טיפול רפואי עם עולמות וירטואלים

השימוש בסימולציות תלת-ממד בתהליכי פיתוח ובחינה של מוצרים חדשים הוכיח את יעילותו בכמה וכמה תעשיות. בתעשיית הרכב, למשל, מבחני ריסוק מתבצעים בסביבות וירטואליות וכמעט לא נעשים יותר בממד פיזי. לעומת זאת ברפואה עדיין מקובל לעבוד עם תמונות דו-ממדיות, שאינן מספקות תמונה מלאה על מצבו של המטופל.

היות שהנתונים זמינים כיום בפורמט דיגיטלי, המעבר מהסטנדרט המקובל בעולם הרפואה לתלת-ממד יאפשר מה שכבר עובד היטב בתעשיות אחרות: תאומים דיגיטליים. מיפוי דיגיטלי של אובייקטים ותהליכים בעולם האמיתי, מאפשר, למשל, לנתח באופן וירטואלי חלקי גוף, איברים ספציפיים או את גוף האדם כולו. יתרה מזו, כאשר מזינים את המודלים עם נתונים אמיתיים של המטופל, אפשר לדמות את התוצאות בתנאים זהים לתנאי האובייקט מהעולם האמיתי.

קרדיולוגיה היא אחד התחומים שיכולים להפיק תועלת רבה מהשימוש בתאומים וירטואלים.

"דוח הלב" שפרסם The Heart Foundation מראה, שמחלות לב וכלי דם הם הסיבה השכיחה למקרי מוות בגרמניה. שיטות טיפול מודרניות עם טיפול מונע הם אבני יסוד של בריאות המטופל.

כדי ליישם את טכנולוגיית התאום הווירטואלי על גוף האדם, השיקה דאסו סיסטמס בשנת 2014 את פרויקט "הלב החי", שנועד ליצור תאום וירטואלי של הלב האנושי. עד עתה נרתמו למשימה יותר מ-100 גופים מהתחומים מחקר, תעשיות, מהתחום הרפואי והרגולציה. עם דאסו סיסטמס הם עזרו לפתח את סימולציית התלת-ממד הראשונה של לב אנושי פועם, באמצעות פתרון התוכנה SMULIA.

המדע והמחקר מתמודדים עם המורכבות של הלב האנושי עשרות שנים, והצליחו להעניק סיוע משמעותי להצלחת פרויקט "הלב החי". לדוגמה, המכון לרפואת כלי דם נתמכת מחשב ב-Charite  שבברלין מקדיש שנות מחקר רבות כדי להבין טוב יותר ובאופן מקיף יותר את הלב האנושי. מעניינת במיוחד האינטראקציה של הלב עם איברים אחרים, עם תרופות ועם מגוון דרכי טיפול.

בדרך זו החוקרים מסייעים מאוד ליכולת למפות את הלב וירטואלית באופן מלא. למרות ההתקדמות, קיימות שאלות רבות, בעיקר בנוגע למומי-לב מסובכים במיוחד (מולדים) ולאינטראקציה שלהם עם ציוד רפואי ורקמות חליפיות.

גם הסביבה הקלינית מחוברת לפרויקט הלב החי. האתגר הוא לחקור שיטות טיפול חדשניות ביחס עלות-תועלת חיובי תוך עמידה בדרישות רגולציה מחמירות מבחינת בטיחות המטופל. לדוגמה, קלינאים מהמרכז הגרמני לחקר הלב בברלין ומהמרכז הגרמני ליכולות הלב בטובינגן, תומכים בפרויקט על ידי ביצוע הערכות בעבודה היום-יומית לסימולציות ומציאת דרכים לשיפור.

חברות מהתחום הרפואי משתמשות במודל כבר עתה בתהליכי הפיתוח שלהן. למשל, יצרנית החלקים לציוד רפואי ADMEDES. באמצעות סימולציות אפשר לבחון יישומים חדשים ומכשירים על מודל "הלב החי". ביצוע מבחנים וירטואליים במעבדה חוסך עלויות, זמן להקמת פרוטוטייפ והיקף הניסויים בבעלי חיים.

בניגוד למודל שנלקח מבעלי חיים, הלב הווירטואלי יכול להכיל מידע קליני ולהיות נאמן לאורך זמן ללב האנושי ולאופן פעולתו. הדבר מאפשר להאיץ את הפיתוח ותהליך האישור, מה שמזרז Time to market של מכשירים רפואיים חדשים. המודל ממשיך להתפתח עם המשוב שמגיע מהחברות.

הודות לכל השחקנים המעורבים, בהם ה-FDA האמריקני, פרויקט הלב החי רשם עד עתה הצלחות רבות. כבר היום מודלים מותאמים אישית של הלב האנושי משמשים במחקרים קליניים. למשל, בניתוחים לתיקון פגמים חמורים בלב של תינוקות. אפשר לבצע ניתוחים וירטואליים רבים בפיקוח הרופא הבכיר, עד שמחליטים על הדרך הטובה ביותר.

סטודנטים לרפואה וצוותי בתי חולים, וגם המטופלים עצמם, מפיקים תועלת מן הלב החי. למשל, התאום הווירטואלי של הלב יכול לשמש בהכשרה ובהתנסות על ידי ביצוע ניתוחים בעולם הווירטואלי. באמצעות הדמיה אפשר לבצע אופטימיזציה ולקצר תהליכי פיתוח. באמצעות לב וירטואלי למשל אפשר להתאים טוב יותר מסתמי לב מלאכותיים לתנאי המחלה בקרב קבוצות מטופלים או מטופל יחיד. המודל הווירטואלי חוסך זמן, ניסויים שנויים במחלוקת בבעלי חיים ובנייה של מודלים פיזיים.

השלב הבא: גוף אנושי וירטואלי

המחקר של היום עשוי להצעיד לשלב הבא את הטיפול, את פיתוח התרופות ואת הטכנולוגיה הרפואית. דאסו סיסטמס כבר עובדת עם שותפים על הדמיה וירטואלית של איברים נוספים, למשל פרויקט "הריאה החיה" ופרויקט "המוח החי", שכרגע נמצאים בשימוש במחקר הפרעות נוירולוגיות כגון אפילפסיה. בהתבסס על נתונים אינדיבידואליים של מטופל, אפשר ליצור הדמיה של פעולות מוחיות ולסייע בהבנת המחלה, בניבוי התקפים ובסיווגם.

המודלים הווירטואליים של האיברים המורכבים האלה נמצאים בשלבים מתקדמים, וכבר עתה אפשר לחשוב צעד קדימה ולדמות את גוף האדם כולו משורה של מודלים אינדיבידואליים. שימוש כזה בתאום הווירטואלי סולל את הדרך להתפתחות רפואה מותאמת אישית. כל מטופל יוכל לקבל טיפול מדויק לגופו, לגנים שלו ולמטאבוליזם שלו.

* דירקטור בכיר, הדמיית אנוש, דאסו סיסטמס.