The Washington Post · Lenny Bernstein i Laurie McGinley

Dues vegades per setmana, desenes de persones es reuneixen a l’Hospital Infantil de Boston per planificar les operacions cardíaques més complexes. Analitzen còpies digitals tridimensionals de cors projectats en una pantalla i es fixen en cada vas sanguini malmès i cada ventricle mal format que pugui representar un risc per a la vida o la salut d’un nen.

Aquests “models digitals” del cor poden girar-se o desmuntar-se, peça a peça, a la pantalla de l’ordinador, cosa que permet als cirurgians de planificar amb precisió l’operació següent. Amb l’ajuda d’enginyers biomèdics, els metges poden veure l’impacte de la intervenció en més funcions cardíaques, com ara el flux de sang i oxigen, el sistema elèctric del cor i la pressió sobre les vàlvules –tot això, abans de fer la primera incisió.

Els experts confien que, algun dia, la tecnologia podrà complementar-se amb sensors que els pacients duran posats per a transmetre dades en temps real al duplicat digital. Això permetria de crear un “bessó digital” o “virtual” del cor, cosa que seria un punt d’inflexió per a aquesta mena de models digitals.

Fins ara s’han fet servir models digitals del cor dels pacients en unes 1.300 intervencions quirúrgiques a l’hospital. Aquest “agermanament digital” ha fet passes de gegant aquests darrers anys; ara, els metges també poden tenir accés a models digitals de pulmons, fetges, cervells, articulacions, ulls, vasos sanguinis i més parts del cos. La tecnologia també s’empra per provar nous dispositius mèdics i, fins i tot fàrmacs, amb models informàtics prou potents per a predir l’impacte d’una nova molècula en òrgans i cèl·lules. Té el potencial de reduir, o fins i tot substituir, l’ús d’animals en experiments i d’éssers humans en assaigs clínics.

“És una tecnologia revolucionària”, explica Ellen Kuhl, catedràtica d’enginyeria de la Universitat de Stanford.

El naixement del cor virtual

El 1989, l’enginyer Steve Levine i la seva dona van tenir una filla.

La nena va néixer amb un defecte cardíac rar i greu. Mentre creixia, els metges van decidir de posar-li un marcapassos, però la quantitat de conjectures i suposicions a què els metges van recórrer durant el tractament va deixar Levine astorat –en el sentit negatiu del terme.

Levine –que a la feina s’encarrega de desenvolupar programes informàtics per al disseny, la simulació i la fabricació de productes tridimensionals– sabia que ja ningú no construïa un avió o un vehicle nou i, una volta construït, el provava. El programari permet als dissenyadors de crear i provar en un entorn virtual objectes com ara una ala, un timó i una roda, en compte d’haver-los de posar a provar en un entorn físic. Una volta aprovat aquest examen virtual, els dissenys s’afegeixen al producte físic final.

Així doncs, es preguntà Levine, per què els procediments cardíacs i els dispositius coronaris no es proven de la mateixa manera que una peça d’avió? Al cap i a la fi, un cor no és res més que una bomba subjecta a les lleis de la física –com qualsevol altra bomba.

El 2014, Levine va engegar el Living Heart Project (“Projecte cor viu”), que va acabar reunint centenars de metges, enginyers, funcionaris públics i representants de la indústria de tot el món que tenien els coneixements necessaris per a construir el primer cor tridimensional i plenament funcional en un entorn virtual.

En un primer moment, molts van dubtar que el projecte pogués dur-se a terme: en cada operació de cor, ben mirat, hi ha una vida en joc. Els riscs podien ser massa grans per a abandonar el mètode tradicional de confiar en les habilitats i l’experiència d’un cirurgià. No obstant això, a poc a poc es van anar creant models del cor a partir de tomografies computades i ressonàncies magnètiques comunes, i el programari va anar-se perfeccionant. Finalment, els models es van provar en animals i en éssers humans, i es van obtenir resultats favorables en tots dos casos.

“Estava convençut que, si els components bàsics eren correctes, el producte final també ho seria”, explica Levine, que afegeix que la col·laboració en model de codi obert ha estat la clau de l’èxit del projecte.

En tan sols un any de feina, els integrants del projecte tenien un cor que funcionava; en dos, havien obtingut un producte que podia posar-se a la disposició d’usuaris com ara els cirurgians de l’Hospital Infantil de Boston. El cost del projecte, al llarg de deu anys de feina, ha ascendit probablement a centenars de milions de dòlars, si se sumen les hores en què hi han treballat experts de tot el món.

“Quan tens aquest model, pots personalitzar-lo amb unes certes característiques, una certa anatomia o una altra”, diu Kuhl. “En cirurgia cardíaca, no pots provar vint coses diferents: tan sols tens una oportunitat”, continua.

En un informe publicat el desembre del 2023, l’Acadèmia de Ciències, Enginyeria i Medicina nord-americana –l’organisme independent fundat que assessora el govern dels Estats Units en qüestions científiques– va publicar la seva avaluació de la tecnologia, l’ús de la qual s’estén ràpidament pels hospitals del país. L’informe defineix un bessó digital com una rèplica virtual que “imita l’estructura, el context i el comportament d’un sistema natural, d’enginyeria o social, […] s’actualitza dinàmicament amb dades del seu bessó físic, té capacitat predictiva i facilita informació a l’hora de prendre decisions importants”.

Tan sols en el cas de les intervencions quirúrgiques, els partidaris dels bessons digitals auguren un estalvi de costs mèdics gràcies a cirurgies més curtes, menys risc de complicacions i una necessitat més baixa d’operacions de seguiment. Els ingressos dels bessons digitals per a l’atenció sanitària als Estats Units es calculà que eren d’uns 1.600 milions de dòlars l’any 2023, una xifra que és previst que arribà a 21.100 milions l’any 2028.

Més enllà de la teoria

El projecte de Levine va esdevenir encara més personal enguany, quan els metges li van detectar un tumor benigne de la mida d’una pilota de golf a la base del cervell. No representava un risc vital immediat, però li havia erosionat part del crani, li havia envaït els sins paranasals i li pressionava el nervi òptic. El tumor havia assumit la funció de la seva glàndula pituïtària, cosa que n’havia multiplicat l’hormona del creixement i li havia fet créixer les mans i els peus.

Thomas Beaumont, el neurocirurgià de la Universitat de Califòrnia a Sant Diego que va operar Levine, va crear una rèplica digital del seu cap, incloent-hi el tumor, per poder planificar l’operació. Amb la imatge en una pantalla del quiròfan, Beaumont va dur a terme l’operació d’una manera no invasiva, va extirpar el tumor peça a peça i va reparar el teixit malmès a mesura que operava.

L’estructura òssia de cada pacient és diferent, segons que explica Beaumont. Les artèries caròtides es corben diferentment en cadascú, per exemple. Tot això, diu, ha de poder visualitzar-se en tres dimensions perquè la cirurgia tingui èxit.

“Ara que puc veure-ho al quiròfan, disminueix la tensió mental? Crec que la resposta és que sí. Em permet no haver de projectar tota aquesta anatomia sobre allò que veig”, relata.

Tota aquesta feina de modelatge té un cost molt elevat, i ni els programes de salut governamentals ni les assegurances privades estan disposats a pagar per gran part de la feina d’enginyeria que impliquen. L’Hospital Infantil de Boston, per exemple, té més enginyers biomèdics que cirurgians en plantilla, en gran part perquè –a diferència de molts hospitals petits– pot permetre-se’ls.

Aquest mes, la Fundació de la Ciència nord-americana, en col·laboració amb els Instituts de la Salut, ha concedit més de sis milions de dòlars en fons de recerca a set projectes dedicats a explorar el desenvolupament de bessons digitals per a l’ús en l’atenció sanitària i la recerca biomèdica.

Moltes empreses privades, centres mèdics acadèmics i governs, per la seva banda, han començat a explorar l’agermanament digital. Aquests anys vinents, els experts creuen que la intel·ligència artificial podrà fer-se servir a l’hora de construir aquests models virtuals.

• Subscribe to The Washington Post
• Podeu llegir més reportatges del Washington Post publicats en català a VilaWeb