Het lijkt wel sciencefiction: op de ‘digitale tweeling’ van een patiënt met een herseninfarct of hersenbloeding testen wat de beste behandeling is voor deze patiënt. Het is nu inderdaad nog toekomstmuziek, maar deze mogelijkheid komt wel degelijk snel dichterbij. Onderzoekers van Amsterdam UMC hebben namelijk een Horizon-subsidie van de Europese Commissie van 10 miljoen euro gekregen om dit in zes jaar tijd werkelijkheid te maken. In een consortium van 19 partners uit 12 landen leidt Amsterdam UMC dit zogenaamde ‘Gemini-project’.
De inzet van digitale tweelingen in de gezondheidszorg is een recente, spannende en snelgroeiende discipline, die voortbouwt op de fundamenten van geavanceerde technologieën in medische beeldvorming, data-integratie en computermodellering. De toekomst van digitale tweelingen in de gezondheidszorg belooft meer gepersonaliseerde en effectieve behandelingen voor patiënten.
Onderzoekers gebruiken al jaren computers om nieuwe ontwerpen van auto’s en vliegtuigen te simuleren in vele situaties. Ook Max Verstappen rijdt zijn race eerst op de computer op een virtueel racecircuit, voordat hij in een echte Formule-1-auto stapt. Henk Marquering, hoogleraar Translationele artificiële intelligentie: “Vreemd genoeg zijn computersimulaties in de geneeskunde nog ongebruikelijk. Terwijl het een ontzettend waardevol instrument kan zijn. Met dit project willen wij de behandeling voor individuele patiënten met een beroerte eerst gaan testen op een digitale tweeling. De artsen zien in de simulatie welke behandeling werkt en welke niet.”
Digitaal tweeling rukt op
Onderzoek doen met een digitale tweeling is in de gezondheidszorg nog relatief zeldzaam, maar er zijn in Nederland wel al meerdere voorbeelden van. Ontwikkelteams in bedrijven als Philips zijn bijvoorbeeld betrokken bij het creëren van toepassingen voor digitale tweelingen, met initiële projecten in de mondverzorgingssector. Ze hebben bijvoorbeeld een innovatieve monddouche ontworpen die de tanden reinigt met een combinatie van water en lucht, met speciale aandacht voor een mondstuk dat effectief reinigt zonder het tandvlees pijn te doen.
Een ander recent voorbeeld van een digitale tweeling vinden we bij onderzoeksinstituut CARIM, waar een groep onderzoekers werkt aan ‘het digitale tweelinghart’: een computermodel waarmee het menselijk hart wordt nagebootst. De technologie helpt wetenschappers om vernieuwend onderzoek te doen naar hartziekten en de best mogelijke persoonlijke behandeling daarvan.
Behandelingen simuleren
Het nieuwe Amsterdamse onderzoek is technologisch hoogstaand. Alfons Hoekstra, hoogleraar Computational Science aan de Universiteit van Amsterdam, vertelt over de ontwikkeling van digitale tweelingen van patiënten met een beroerte: “Het is geen animatie, maar gaat om echte berekeningen. We voeren van de patiënt met een beroerte de bloeddruk in, het hartritme, de informatie uit de hersenscan en andere medische gegevens. Vervolgens rolt er een soort ‘digitale tweeling’ uit waarop we behandelingen kunnen simuleren.”
Een concreet voorbeeld is de verwijdering van een bloedprop bij een herseninfarct. Door simulaties uit te voeren, kunnen artsen zien of een specifieke behandeling de bloedprop van de patiënt intact laat of deze juist uiteen doet vallen. Het laatste is potentieel levensbedreigend. “Door vooraf te testen krijgt de patiënt de meest optimale behandeling”, zegt hoogleraar Neuroradiologie Charles Majoie.
Kennisgedreven AI
Bijzonder is dat bij het Amsterdamse onderzoek met de digitale tweeling van een patiënt met een herseninfarct gebruik wordt maakt van kennisgedreven kunstmatige intelligentie, waarbij diepgaande biologische en medische kennis over beroertes wordt geïntegreerd met computermodellering. Dit verschilt van datagedreven AI, die voornamelijk afhankelijk is van grote datasets.
“Het blijft een versimpeling, maar we komen nu wel te weten wat goed voor de individuele patiënt is. Hoe meer metingen we in de digitale tweeling kunnen stoppen, des te preciezer kunnen we voorspellen wat de beste behandeling zal zijn”, vertelt Hoekstra. “Deze manier van data invoeren in een computermodel wordt ook wel kennisgedreven kunstmatige intelligentie genoemd, waarbij diepgaande biologische en medische kennis van beroertes gebruikt wordt. Dit is anders dan bij datagedreven kunstmatige intelligentie, daar wordt puur gekeken naar grote hoeveelheden gegevens (data) van heel veel patiënten. De data wordt vervolgens gebruikt om voorspellingen te doen.
Marquering vult aan: “Het is een nieuwe tak van sport die we hier beoefenen. We combineren de computergegevens met de fysische en biologische kennis die we hebben. Computerwetenschappers en artsen werken intensief samen om onze visie te realiseren.”
Zorg op maat
In de aankomende vier jaar werken de onderzoekers aan de techniek die het mogelijk moet maken om zo’n digitale tweeling te creëren. Als die techniek er eenmaal is, verwachten ze nog zo’n twee jaar nodig te hebben om er een computersimulatie van te maken die bruikbaar is in de praktijk. Zodat artsen straks met behulp van hun computer tot de best passende behandelmethode voor hun patiënten komen. Marquering stelt: “Een behandeling die eerst virtueel is uitgetest op je digitale tweeling? Dat is pas zorg op maat!”
