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Miércoles 28/09/2022  

Libro del corazón

Corazón humano gemelo creado por la Ciencia

ofrecerá al mundo una herramienta inapreciable para evaluar y controlar muchas enfermedades, la eficacia de nuevos fármacos y dispositivos médicos artificiales

Publicado: 23/08/2022 ·
13:46
· Actualizado: 23/08/2022 · 13:47
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  • Corazón gemelo digital 3D. Imagen: Humanitas EU.
Autor

José Manuel Revuelta Soba

Catedrático de Cirugía y Profesor Emérito de la Universidad de Cantabria. Ex-Jefe de Cirugía Cardiovacular del Hospital Valdecilla de Santander

Libro del corazón

Descubriendo el interior del corazón humano, órgano maravilloso, fuente de vida e investigación de calidad

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Novedosos corazones virtuales están apareciendo como resultado de la incesante investigación, por parte de diversas instituciones y empresas biomédicas, que trata de conseguir un prototipo de ser humano completo 3D -gemelo virtual-, con la ayuda de la inteligencia artificial y la extensísima información procedente de datos clínicos y fuentes especializadas -Big Data-. Si este ambicioso proyecto científico finalmente se logra, ofrecerá al mundo una herramienta inapreciable para evaluar y controlar muchas enfermedades, así como la eficacia de nuevos fármacos y dispositivos médicos artificiales.

El corazón -motor de la vida- es un órgano único complejo, cuyos latidos se repiten 100.000 veces/día (30 millones de latidos/año) para movilizar más de 7.000 litros de sangre/día (2,5 millones de litros/año). Para ello, se requiere de la acción coordinada de diversos campos físicos y químicos interaccionando de manera muy precisa, sin descanso alguno, para garantizar un llenado cardiaco constante de la sangre circulante y su expulsión presurizada al sistema circulatorio.

Los modelos de corazones virtuales existentes no tienen capacidad para identificar la respuesta eléctrica y/o mecánica cardiaca global, las modificaciones electromecánicas de sus cuatro cámaras tras la implantación de diferentes dispositivos artificiales (marcapasos, desfibriladores automáticos, prótesis valvulares, sistemas de asistencia circulatoria) o la administración de nuevos fármacos vasoactivos.

Recientemente, la agencia oficial norteamericana FDA (del inglés, Food and Drug Administration) ha aprobado un importante estudio de investigación traslacional denominado El Proyecto Corazón Vivo (del inglés, The Living Heart Project), con la participación de destacados científicos de universidades estadounidenses (University of California at Berkeley, Stanford University), médicos, ingenieros, educadores y agencias reguladoras en el diseño y el desarrollado de un modelo de corazón gemelo humano digital 3D de simulación realista.

https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2014.04.001

Este simulador cardiaco fue creado a partir de múltiples imágenes de obtenidas de tomografías y resonancias magnética, aparte de cuantiosos datos matemáticos sobre el acoplamiento excitación-contracción en un entorno de elementos finitos. El corazón gemelo virtual 3D permite explorar y comprender las características físicas y electromecánicas en el diseño de dispositivos artificiales cardiacos para un determinado paciente. En el futuro, este novedoso simulador posibilitará la planificación del tratamiento quirúrgico personalizado para ciertas enfermedades valvulares cardíacas. Por otro lado, ayudará a la fabricación los dispositivos artificiales “a medida”, reduciendo la experimentación animal y el número de voluntarios sanos o enfermos para los ensayos clínicos. Esta herramienta virtual reducirá el tiempo en la realización de las diversas fases de los ensayos clínicos, garantizando la excelencia en la calidad de fabricación y el control de los nuevos dispositivos biomédicos, al favorecer la eficiencia en la innovación industrial.

Modelo corazón gemelo 3D. Imagen: European Journal of Mechanics

Actualmente, se investiga sobre su potencial para obtener información acerca de las diferencias entre el corazón de la mujer y el hombre, las fases de la insuficiencia cardíaca, la acción y efectos colaterales de los nuevos fármacos sobre el rendimiento de la contractilidad cardiaca, las alteraciones cardiovasculares en los episodios de arritmias, los resultados de la cirugía reconstructora valvular, el comportamiento y la durabilidad de nuevas bioprótesis y prótesis mecánicas valvulares, los sistemas de asistencia ventricular y corazones artificiales, aparte de facilitar los imprescindibles controles oficiales por parte de las agencias reguladoras (FDA, EMA: European Medicines Agency). Este prometedor corazón gemelo virtual 3D podría también establecer una base tecnológica para la formación y la capacitación técnica de los futuros cirujanos cardiacos y el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades; además, representa un innovador instrumento para la optimización del complejo proceso de la implantación de las futuras tecnologías para el tratamiento de las enfermedades cardiovasculares, primera causa de muerte en el mundo.

Bernard Marr, autor de varios libros best-sellers, conocido futurista y asesor estratégico de nuevas tecnologías para gobiernos y empresas, ha publicado un interesante artículo de divulgación científica, en la revista Forbes, titulado “Las cinco mayores tendencias de tecnología de atención médica en 2022”:

  • Gemelos humanos virtuales
  • Telemedicina
  • Formación médica mediante la realidad extendida
  • Inteligencia artificial aplicada a los datos médicos
  • Medicina personalizada y genómica

Este interesante análisis pone de relieve que la pandemia de COVID-19 ha favorecido que numerosas empresas tecnológicas estén centrando su experiencia en la digitalización industrial para resolver, de manera más eficiente, los procesos de fabricación y venta de sus productos y servicios. Según el Healthcare Industry 2022, el 80% de los proveedores de atención médica planean aumentar la inversión en tecnologías y soluciones digitales en el próximo quinquenio.

La inteligencia artificial (IA) permite replicar los procesos cognitivos humanos en computadoras, desarrollando conocimientos inteligentes. Efectivamente, se prevé un crecimiento importante de su utilización en áreas como la telemedicina, medicina personalizada, genómica y dispositivos portátiles, con la ayuda de la computación, la realidad extensiva y el Internet de las cosas – IoT (del inglés, Internet of Things). El IoT describe los objetos físicos mediante sensores con capacidad de procesamiento, softwares y complejas tecnologías que se conectan e intercambian datos con otros dispositivos y sistemas a través de internet y otras redes de comunicación. ​

Durante la actual pandemia de coronavirus, hemos visto la creciente utilización del trabajo online, la docencia online en colegios y universidades, las consultas médicas y reuniones virtuales, utilizando diversas herramientas de telecomunicación disponibles -Microsoft Teams-- y redes sociales que están reemplazando a las reuniones presenciales. Durante los primeros meses de COVID-19, las consultas médicas online superaron el 50% en nuestro país; según la empresa Deloitte, la mayoría de los pacientes están satisfechos con estas consultas virtuales. De hecho, en los pueblos aislados con escasez de médicos, estas consultas virtuales han permitido salvar vidas.

En la actualidad, la inteligencia artificial y el internet de las cosas constituyen elementos esenciales en esta nueva etapa de la Medicina.

 

La nueva formación médica especializada

La utilización de aplicaciones transformadoras de la realidad se va imponiendo en el sector de la salud. La realidad extendida (RE) -término que hace referencia a la combinación de los entornos reales y virtuales junto a las interacciones humano-máquina generados por computadoras y dispositivos artificiales- implica la realidad virtual (RV), la realidad aumentada (RA) y la realidad mixta o híbrida (RM). Se vienen utilizando lentes y auriculares que alteran nuestra percepción del mundo, colocándonos en entornos completamente virtuales -realidad virtual- o superponiendo elementos virtuales con imágenes a tiempo real en el mundo que nos rodea -realidad mixta-.

Quirófano cardiovascular HoloLens. Imagen: Philips Microsoft HoloLens

Los auriculares y gafas de realidad virtual permitirán a los futuros especialistas médicos habituarse con el funcionamiento del cuerpo humano, sin poner en riesgo a los pacientes o requerir de prácticas en los cadáveres humanos. La tecnología inteligente -aprendizaje automático- alertará a los profesionales sanitarios cuando los sensores detecten errores durante el aprendizaje o la práctica clínica. La realidad virtual ha comenzado a utilizarse para el tratamiento de algunas enfermedades, cómo el entrenamiento de los niños autistas en las habilidades sociales, pacientes con enfermedad de Alzheimer, enfermos con pacientes con dolor crónico y ansiedad persistente.

Los esfuerzos de Microsoft para fabricar sus propios dispositivos de realidad aumentada y realidad virtual parecen estar diluyéndose, ya que la compañía ha cancelado algunos planes de lanzar el nuevo modelo de gafas de realidad mixta HoloLens 3, por discrepancias en su consejo de dirección.

Algunos directivos creen que esta nueva versión de HoloLens debería estar disponible únicamente para los ejércitos y determinadas empresas, mientras otros responsables piensan que debería ampliarse para el uso de la población general. Recientemente, la compañía Microsoft ha obtenido un contrato de 21.900 millones de dólares para abastecer con sus gafas HoloLens al ejército de Estados Unidos.

El novedoso sistema AccuVein facilita a médicos y enfermeros en la localización de las venas cuando necesitan administrar medicamentos intravenosos en enfermos anémicos o con venas difíciles de identificar, mediante la proyección de luz sobre la piel, monitorizando automáticamente las zonas de incremento en la temperatura por la presencia del flujo sanguíneo.

Por otro lado, el sistema Microsoft HoloLens se utiliza en quirófanos permitiendo al cirujano recibir información “a tiempo real”, sobre lo que está sucediendo en el organismo de su paciente, y poder compartir su criterio quirúrgico con otros profesionales o estudiantes que puedan estar observando la intervención quirúrgica.

Existen otras aplicaciones de realidad virtual para profanos de la Medicina, como el mapeo e instrucciones a tiempo real sobre las unidades disponibles DEA (Desfibrilador Externo Automático), programa ARIADNA, denominado en Europa AED4EU (del inglés, Automatic External Defibrillator 4 European Union), identificando el DEA en el lugar público más cercano.

 

Inteligencia artificial en Medicina

La progresiva utilización de técnicas de Inteligencia Artificial está mejorando la gestión eficiente de la información médica. La automatización del contacto inicial con el paciente y su clasificación nosológica disminuyen notablemente el tiempo de la consulta médica.

https://doi.org/10.1016/j.metabol.2017.01.011

El sistema Babylon Health es un proveedor de servicios de salud digital que combina una plataforma impulsada por IA con operaciones clínicas virtuales para los pacientes que están conectados con sus médicos a través de su aplicación web y móvil. Este programa médico, aún de carácter privado, utiliza diversos tipos de chatbots. Un chatbot, o simplemente bot, es un software basado en IA capaz de mantener una conversación a tiempo real -texto o por voz-, mediante un lenguaje virtual que recopila una amplia información sobre los síntomas y los dirige a profesionales sanitarios según la situación clínica de cada paciente.

La IA consigue crear la denominada conversación lineal mediante un flujo de preguntas/respuestas que no permite una comunicación fluida, sino respuestas automáticas. Por el contrario, la conversación no lineal es capaz de interpretar las intenciones del usuario y su contexto para responder de manera precisa. Si un paciente hace una petición, el chatbot la comprenderá y le devolverá la opción más ajustada a su requerimiento. La conversación híbrida consiste en una combinación de las anteriores, ofreciendo la posibilidad de mantener una conversación fluida y personalizada con el paciente, de forma que cuando el chatbot no sabe responder a una determinada pregunta, avisa inmediatamente a un agente humano especializado para atender la respuesta que le están requiriendo.

Aunque el procesamiento del lenguaje virtual mejora cada año, la IA no permite aún captar ciertas características del lenguaje humano como el doble sentido, la ironía o el sarcasmo y, menos aún, los diversos estados de ánimo, particularmente en los enfermos que están sufriendo o asustados por lo que les está sucediendo. Cada día vemos cómo “el mundo se está automatizando”, con las lógicas frustraciones de muchos usuarios por tan rápidos avances tecnológicos, en especial las personas mayores.

La posibilidad de que “el sistema se caiga” en plena conversación, obliga a comenzar de nuevo con preguntas rutinarias y tediosas, dando que pensar: “esta dichosa máquina que no me entiende”. Por ello, este moderno e innovador panorama virtual requiere de un tiempo de adaptación que, si no se respeta, suele causar rechazo, incluso malestar y desconfianza por parte de algunos enfermos y familiares.

La compañía EMPA (del inglés, European MD-PhD Association), fundada en Holanda en 2015, en su programa Connecting Medicine to the Future utiliza la IA mediante un software de modelado personalizado que predice la dosis exacta de los analgésicos, incluidos los opiáceos, necesario en cada momento por cada paciente. Esta herramienta digital ha resultado muy efectiva, mejorando la vida de muchos pacientes con dolor crónico, al evitar los peligros inherentes a la sobredosis de estos fármacos.

Las compañías farmacéuticas Novo Nordisk y Glooko han creado el programa digital “Monitorización remota personalizada para pacientes con diabetes”, que brindan recomendaciones a medida sobre la dieta, el ejercicio y el manejo de la enfermedad, en función de las lecturas del azúcar en sangre y otros factores específicos, con la importante ayuda de la IA.

El estudio de los genes -genómica- utilizando la tecnología actual con IA, para mapear genomas individuales -estructura del ADN de una persona-, resulta esencial para crear la medicina personalizada. Estos avances están consiguiendo nuevos tratamientos contra el cáncer, enfermedades neurodegenerativas o cardiovasculares.

Los progresos de la IA permitirán mejorar los recursos humanos dedicados a la salud, reducir las listas de espera de las consultas e intervenciones quirúrgicas en las instituciones sanitarias públicas y, consecuentemente, salvar vidas humanas.

Afortunadamente, vivimos en una época de apasionantes avances tecnológicos, de constantes progresos en la utilización de la inteligencia artificial y el internet de las cosas, aplicables en muchas facetas de nuestra vida. En un futuro no lejano, dispondremos de una aplicación web “a la carta” de nuestro corazón gemelo 3D conteniendo una valiosa y completa información médica que facilitará el diagnóstico precoz y el tratamiento personalizado de las más frecuentes enfermedades o agresiones externas que pudiera sufrir “nuestro corazón real”

 

El único límite para la inteligencia artificial es la imaginación humana

Christian Duffey – Escritor estadounidense, especialista en inteligencia artificial y dispositivos móviles

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