פורצים גבולות בחקר מחלות הלב

לראשונה סימולציה מלאה של לב אנושי בתלת ממד
בעקבות עבודת צוות של מומחים מדיסציפלינות טכנולוגיות ומקצועיות שונות ברחבי העולם, יכולים לראשונה רופאים ומנתחים לגשת לסימולציית תלת-ממד של לב פועם מכל מכשיר נייד, וזאת הודות למשוב שהתקבל מעסקים ומהאקדמיה ובהובלת חברת התוכנה הגלובלית דאסו סיסטמס, לה יש סניף בישראל. יחד הם סייעו להפיק סימולציית 3D ריאליסטית ביותר ומאושרת-מדעית של הלב האנושי.

פרויקט "הלב האנושי" (The Living Heart) זמין עתה בגרסה מסחרית, והצוות שמאחוריו גאה לספר כי זהו המוצר הראשון מסוגו. באמצעות מודל דיגיטלי מונפש במלואו בתלת ממד, יוכלו יצרנים של מכשור רפואי, חוקרים ואנשי רפואה, לבצע מבחנים וירטואליים ולהמחיש תגובות של הלב בדרכים שלא היו אפשריות דרך מבחנים פיזיים מסורתיים.

כיום משתמשים רופאים בדיו מיוחד ובמצלמות רנטגן כדי לצפות בפעולת הלב האנושי. אבל טכנולוגיה דיגיטלית חדשה זו, שפותחה על ידי יצרנית התוכנה השנייה בגודלה באירופה ומובילת פרויקט הלב האנושי, דאסו סיסטמס, בשיתוף אוניברסיטאות בבריטניה, כולל אוקספורד, גלזגו ו- University College London, צפויה לשנות את ההבנה והטיפול בלב האנושי.

פרויקט "הלב האנושי" יכול לשמש לחקר פגמים מולדים או מחלות לב על ידי שינוי הגדרת מאפייני צורה ורקמות של הלב בעורך תוכנה קל לשימוש. בנוסף, ניתן להכניס לתוך הסימולטור מכשור רפואי כדי לחקור את ההשפעה שלו על תפקוד הלב, לוודא את היעילות שלו, ולצפות את האמינות שלו תחת תנאי פעילות שונים. לדוגמא, ניתן להעריך סטנטים כדי למצוא את הסוג, הגודל והמיקום בו הם יספקו את הביצועים הטובים ביותר.

מודל "הלב האנושי" כולל פרטים אנטומיים מוגדרים-היטב של הלב, כמו גם מבנה כלי דם, כגון קשת אבי העורקים, עורק הריאה, והעורק הנבוב (SVC). התגובה הדינאמית של מודל הלב נשלטת על ידי חוקי פיסיקה של חשמל, מבנה וזרימת נוזלים.

כאשר הוצג הלב הוירטואלי בתלת ממד בפני מומחים, הם יכלו לראות לראשונה כיצד לב עובד באמת. סריקות דו ממד וצילומי רנטגן אינם יכולים לספק תמונה מלאה, אבל בתלת ממד ניתן לראות כיצד הכל נע בתוך הגוף. בשימוש במערכות ראש לצפייה במציאות וירטואלית או חדרי הקרנה רב ממדיים – 'מערות' בהן המומחים יכולים אפילו לנוע בתוך הלב האנושי, אפשר לגלות את הפרטים והסודות הקטנים החבויים בו.

האבחון לא רק קל יותר, אלא גם ניתן לשיתוף עם מטופלים, ומאפשרת הבנה רבה יותר על ידם. כאשר רופא מראה למטופל בדיוק כיצד נראה מצב המחלה שלו ואיך היא משפיעה על הלב שלו, או ההשפעה של תרופות או של קוצב לב, הדבר משפר את רמת ההבנה ומפחית חרדות.

פרויקט זה מצרף יחד מאמצים נפרדים של חוקרי לב מובילים, מפתחי מכשור רפואי ומומחים, ומשלב את הידע שלהם לתוך מקור מידע יחיד. את הלב הדיגיטלי הגנרי אשר זמין כעת, ניתן להתאים בקלות כדי לדמות כל מצב או מחלה. הוא חושף את הדחפים החשמליים אשר גורמים ללב לפעום, וניתן גם להתאים את מודל התלת ממדי כך שייצג בדיוק אדם מסוים.

פרסונליזציה של הלב הדיגיטלי, כך שיהווה עותק מדויק של לב אדם מסוים, מאפשרת לחיישנים ניידים ולטכנולוגיה לבישה לנטר בריאות ברמה של 24/7, וליישם נתונים אלה עבור בריאותו. המשמעות היא שניתן לאסוף מידע על סגנון חיים במשך שבועות וחודשים, כדי לבנות תמונה הרבה יותר מפורטת של השפעות על הלב, כפי שמעולם לא היה זמין בעבר. התקווה היא שבקרוב ניתן יהיה לבקר רופא באופן אישי או דרך האינטרנט כדי לצפות בתלת ממד בלבו של המטופל, ולהבין באופן מלא את מצבו וכיצד זה משפיע עליו.

בעבודה עם חברות מדעי חיים, מידול מפורט של מכשירים כגון סטנטים (תומכנים), קוצבי לב או שסתומים, יכול להתבצע בתלת ממד, ולהיחקר ולהתבצע באופן מושלם בתוך סימולציית הלב לפני שאלה נכנסים לשימוש בעולם האמיתי. הטכנולוגיה של דאסו סיסטמס מראה כיצד מכשירים פועלים בתנאים אמיתיים כשהם נתונים להשפעות חיצוניות, ולקצב הקבוע אשר גורם למכשירים לתקלות.

ד"ר רוברט שוונגל מבית החולים הרפואי אלפרט באוניברסיטת בראון, אמר: "הייתי מודע להתקדמות בטכנולוגיות סימולציה, אבל לפני פרויקט 'הלב האנושי' לא הייתי מודע לכך שהיא יכולה לתת מענה לאתגרים שיש לי כקרדיולוג ומרצה לרפואה. על בסיס העבודה שביצעתי עם פתרונות ה- 3D של דאסו סיסטמס, אני מאמין כי מוצר כזה יכול להיות רב עוצמה בחינוך המטופלים שלי, סטודנטים לרפואה ומומחי רפואה, וכן להוביל ליכולות אבחון משופרות ולהתאמה אישית של טיפולים רפואיים".

עם פרויקט "הלב האנושי" כמצע בדיקות וירטואלי, מנתחים יוכלו לנסות באופן דיגיטלי טכניקות ותרופות חדשות, ובסופו של דבר עם מודלים של מטופלים ספציפיים.

הדבר המדהים בפיתוח זה, הוא העובדה שמומש בפועל. חוקרים רבים ניסו לעשות זאת במשך עשרות שנים. הושגה מידה מסוימת של הצלחה, אבל לעתים קרובות היא לא הייתה מוצקה מספיק, הייתה מסובכת מאוד לתפעול, ולא ניתנה להתאמה אישית בקלות.

פיתוח חדש זה, תולדה של עבודת צוות בין תחומי מארצות שונות, הוא מהפכה בנגישות. בעבר, הדגש היה תמיד היה על מידול הלב עצמו, בדרך כלל ללא יכולת לכלול מכשירים. אבל מאחר שפרויקט "הלב האנושי" מחבר אינטראקציה של תחומי כימיה, אלקטרוניקה, פיזיקה ונוזלים בסימולציה יחידה, קל כעת לראות כיצד מכשירים מתנהגים. אלה חדשות נפלאות עבור חברות מדעי חיים חדשניות, המשתמשות בכך כדי לשפר את המוצרים והשיטות שלהן עבור טיפול קרדיולוגי. עם הזמן זה עשוי להוביל לטיפול קרדיולוגי משופר לכולם.