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Gêmeos Digitais na saúde: outro ‘de você’, cuidando de você

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Nossa réplica digital estará atenta a nossa saúde real

Você poderá viver para sempre! Quer dizer, seu ‘gêmeo digital’, sua cópia virtual alimentada por máquinas inteligentes, ainda estará na nuvem quando você já não estiver mais neste mundo real. Mas enquanto estiver, seu digital twin, sua contrapartida digital, estará lhe ajudando a viver mais e melhor. “Você pode pensar que haverá outro de você no espaço cibernético, assim como sua alma. Mas não é uma alma, só seu gêmeo virtual. Será como a sua ‘encarnação’ no espaço cibernético, sendo essencialmente um modelo de simulação, um banco de dados que registra sua descrição digital em um servidor de nuvem. Quando as informações sobre você mudam, os registros mudam de acordo”, explica o Shengli Wei professor no Anyang Institute of Technology (China) em seu estudo “Is Human Digital Twin possible?”, publicado em 2021 no Computer Methods and Programs in Biomedicine-Update.

Se você quer saber como um carro de Fórmula 1 pode ser controlado pelo box da equipe, pense no gêmeo digital dele que está à disposição dos engenheiros a cada corrida. Nele é inserido cada autódromo, cada curva, cada mudança climática e cada evento incidental, simulando em tempo real as consequências, riscos e vantagens competitivas, monitorando o piloto a cada volta. Ou seja, cada etapa da Fórmula 1 é antecipada em máquinas digitais de alta precisão, capazes de informar ao piloto sobre as consequências da pilotagem durante a corrida.

Gêmeos digitais são réplicas (contrapartidas) de objetos, processos, estruturas dinâmicas, e... entidades humanas, que funcionam em paralelo ao seu original. Trata-se de um velho conceito da engenharia (prototipação) que reduz custos, amplia funcionalidades, mitiga erros humanos e cria universos paralelos de testagem. Como ‘réplica digital’ de algo do mundo físico, o gêmeo digital só passou a ser viável devido aos avanços da sensorização (IoT) e das ferramentas de inteligência artificial. Elas captam elementos do mundo físico e os enviam para serem replicados em ativos virtuais. A sincronização do gêmeo digital depende da comunicação com o espaço cibernético, feita por meio da Internet, 4G, WiFi, e, principalmente, 5G, que potencializa o sincronismo de ‘forma contínua e quase em tempo real’. De forma geral, a geminação permite antecipar o futuro ou rever o passado sem o custo de vivenciá-lo. As conclusões aprendidas numa réplica-protótipo-digital podem ser aplicadas ao sistema original com muito menos risco e custo. Um gêmeo digital é capaz antecipar situações, simular cenários e prognosticar eventos adversos, não importando onde a instalação real esteja localizada. Eles existem em mundos diferentes: no mundo real estará você, no virtual o seu gêmeo, que existe exclusivamente para que você possa otimizar a sua existência real.

A ideia de ‘replicar humanos’ não é nova. Descartes (1596–1650), considerado o ‘pai da modernidade’, talvez tenha sido o primeiro a ponderar filosoficamente sobre a ideia de gêmeos mecânicos‘um sistema que de alguma forma replica um indivíduo, uma parte de um indivíduo ou um conjunto de indivíduos’. Todavia, só por volta de 1960 os radiologistas começaram a usar modelos computacionais (‘phantoms’) para replicar a reação do tecido humano a certos processos, como, por exemplo, a radiação. Os ‘phantoms digitalizados’ foram em muitos aspectos os ancestrais dos ‘gêmeos digitais’, sendo que o uso mais antigo da expressão é de 1994, no campo da imagem médica (ler: “New design for three-dimensional arterial phantoms” - Radiology Journal). A diferença entres os phantoms e os twins é que um gêmeo digital está conectado à sua contraparte-real de forma full, sendo sua contínua atualização realizada com grande agilidade e velocidade.

As possibilidades de ‘digital twins’ na saúdemedicina ou na prática médica vem crescendo. Segundo pesquisa da Accenture (junho/2021), 66% dos executivos da área de saúde nos EUA esperam que os investimentos em gêmeos digitais aumentem substancialmente nos próximos três anos, sendo que 25% deles relataram que suas organizações já estão experimentando gêmeos digitais em 2021’. Num futuro não tão distante todos nós teremos representações gêmeas de nossos corpos, sendo atualizadas a cada ano, ou mês, ou semanalmente de modo a podermos prevenir e prognosticar eventos nocivos à saúde. Nesse sentido, um considerável ganho da tecnologia digital twin está na medicina personalizada. O gêmeo digital fornece uma estrutura conceitual específica para cada indivíduo, identificando e analisando antecipadamente as implicações de cada terapia ou procedimento clínico. Quando aplicados as pessoas, os gêmeos digitais são representações in sílico do indivíduo, refletindo dinamicamente o status molecular, fisiológico e estilo de vida ao longo do tempo. Essa perspectiva vai redefinir o conceito de 'normalidade' ou 'saudabilidade', aprimorando o conjunto de padrões de cada indivíduo, que têm hoje como pano de fundo os ‘padrões observados na população’, que não refletem singularidades ou características individuais. Assim, os gêmeos digitais replicam um objeto ou órgão humano e funcionam em paralelo com o original. Segundo definição do Digital Twin Consortium (ecossistema global composto pela indústria, governo e academia objetivando acelerar o desenvolvimento dos digital twins): “um gêmeo digital é uma representação virtual de entidades e processos do mundo real, sincronizados numa frequência e fidelidade específicas”.

As práticas emergentes de inovação tecnológica nos dias de hoje estão atreladas ao cataclisma pandêmico. É dele, nele e para ele que digital health avançou 10 anos em 2. "A Covid-19 revelou que não entendemos o sistema imunológico bem o suficiente em nível individual para sermos capazes de projetar tratamentos ideais. A medicina, no momento, é amplamente reativa: você vai ao médico quando está doente ou depois de um grande problema. O que precisaríamos fazer é prever quando haverá um problema e fazer pequenas intervenções para evitar que ele se torne sério. A medicina carece de um componente-chave da prática científica, porque você não consegue realizar experimentos controlados no nível dos indivíduos. Os gêmeos digitais resolvem esse problema permitindo experimentos e controles virtuais nos quais avaliamos o que acontecerá a um indivíduo específico após um tratamento específico", explica James Glazier, professor de sistemas inteligentes na Indiana University School (Luddy School of Informatics, Computing and Engineering), e coautor do estudo “Using digital twins in viral infection”, publicado em março de 2021 na Science.

Um gêmeo digital na Saúde pode (1) prever resultados para procedimentos específicos, simulando, por exemplo, um experimento clínico invasivo; ou (2) pode fornecer suporte em avaliações terapêuticas e diagnósticas voltadas a cada diferente paciente, reduzindo riscos médicos. Da mesma forma, (3) pode ser usado ​​em hospitais para simular fluxos de processos, detectando possíveis erros, anomalias ou inconsistências do sistema existente. Vestíveis inteligentes (4) podem alimentar em tempo real o gêmeo digital (em nuvem) com dados clínicos que detectem sintomas em estágios iniciais. O gêmeo virtual também pode (5)  melhorar o desempenho de medical devices executando centenas de simulações, com diferentes condições em diferentes pacientes. Por outro lado, (6) médicos podem receber do gêmeo digital sinais vitais, condições médicas, respostas a medicamentos, elementos dietoterápicos, dados de açúcar no sangue e muito outros elementos que vão compor o seu quadro diagnóstico, sem precisar de qualquer contato ou consulta médica com o paciente. Sem falar no vasto (7) suporte ao treinamento de residentes médicos, que podem entender melhor a anatomia do corpo humano, suas diferenças fisiológicas e anatômicas de paciente para paciente.

‘Corações virtuais’, por exemplo, já podem ser personalizados aos pacientes, sendo atualizados constantemente para compreender a progressão das doenças, como o HeartModel, da Philips, ou as soluções da Siemens-Healthineers, ou mesmo da startup FEops, que conta com uma solução (HEARTguide) que combina uma réplica do coração do paciente com análises anatômicas que melhoram o tratamento das doenças cardíacas. No segmento da ‘Medicina Genômica’, pesquisadores suecos mapeiam o RNA de camundongos por meio de gêmeos digitais, podendo ajudar a prever o efeito nos seres humanos de diferentes dosagens de medicamentos para artrite. Na mesma direção, a Empa (instituto independente suíço que realiza testes nas áreas de ciência e tecnologia de materiais) utiliza cópias digitais que permitem terapias médicas personalizadas, modelando centenas de avatares com base em pessoas reais. Já a plataforma da Q Bio realiza uma ‘varredura de corpo inteiro’, capturando os dados em 15 minutos e sem qualquer exposição à radiação. Usa modelos avançados de física computacional (Q Bio Mark I) que, segundo a empresa, podem ser mais precisos em vários diagnósticos do que a ressonância magnética convencional.

Com estágio avançado, o mercado de soluções em digital twins corre para construir regulações e até legislações específicas que protejam as consequências sociais e éticas, principalmente no contexto da privacidade e segurança cibernética. Uma boa ideia desse ‘debate moral’ pode ser acompanhada no estudo “The use of digital twins in healthcare: socio-ethical benefits and socio-ethical risks”, publicado em 2021 no BMC Journal. A preocupação moral é de tal ordem que em novembro de 2021 a startup MindBank Ai, uma das primeiras provedoras mundiais de ‘personal digital twin’, enviou a ONU uma sugestão de documento que deveria ser adicionado a “Declaração de Direitos Humanos” e que proteja o ‘gêmeo digital pessoal’“Todos os gêmeos digitais pessoais são iguais em dignidade e direitos aos seus homólogos humanos e qualquer ato no gêmeo digital pessoal que contradiga a Declaração dos direitos humanos deve ser percebido como um ato sobre a pessoa humana que eles representam”. Se acha que tudo isso não passa de ‘galhofa modernista’, pense que empresas detentoras de grande ‘capital intelectual’ já podem hoje ‘transferir anos de experiência armazenada e trancada na mente’ de seus funcionários para um gêmeo digital B2B, que está em constante atualização. Assim, o funcionário-colaborador pode ser “eterno”, ou seja, seu gêmeo digital pode nunca desaparecer do cogito cartesiano da empresa (“penso, portanto sou”), mesmo que o profissional tenho migrado para outras paisagens corporativas.

A empresa Twin Health lançou em novembro de 2021 a iniciativa “#PledgeToReverse”, uma plataforma que ajuda a “reverter o diabetes usando tecnologia digital”. A startup objetiva modificar o diabetes tipo 2 atacando a causa-raiz por meio de recomendações baseadas em dados altamente personalizados. Nesse contexto, a empresa conduz em 2022 o programa Twin True Reversal, que seleciona usuários para o ensaio por meio de uma ‘especial-page’, disponível para qualquer pessoa visitar e se candidatar a participar do projeto. A empresa desenvolveu um Whole Body Digital Twin, uma representação dinâmica do metabolismo de cada indivíduo (corpo inteiro), construído a partir de milhares de data-points coletados diariamente por meio de sensores vestíveis. O Whole Body Digital Twin é um modelo preditivo que fornece aos profissionais de saúde orientação individualizada de nutrição, sono e atividades dos pacientes, ajudando a reverter e prevenir doenças metabólicas crônicas (estudo randomizado sobre o whole-body-digital-twin para reversão do diabetes foi publicado no journal da American Diabetes Association um junho de 2021).

Também na Saúde Pública as apostas nos gêmeos digitais crescem. Uma oportunidade-chave é desenvolver sistemas virtuais gêmeos para rastrear e gerenciar surtos de doenças. O trabalho “Digital Twins: From Personalised Medicine to Precision Public Health”, publicado em julho de 2021 no Journal of Personalized Medicine e orientado pelo pesquisador Maged N. Kamel Boulos, cientista britânico com 30 anos de experiência e professor na University of London e na University of Batha, mostrou como os gêmeos digitais na saúde podem alcançar espaços para soluções inovadoras na saúde pública. O trabalho mostra que é possível desenvolver um sistema de gêmeos digitais para rastrear e gerenciar surtos de doenças, considerando as lições aprendidas com a Covid-19. Seu modelo envolve um (1) banco de informações dos pacientes, populado por dados clínicos de várias e diferentes fontes; (2) uma plataforma de computação em nuvem; (3) sistemas de rastreabilidade utilizando IA; e (4) tecnologia blockchain. Um gêmeo digital seria representado pelo smartphone do indivíduo, sendo ele o responsável pelo upload de registros, variando de dados estáticos (inseridos uma única vez, como nome, idade, sexo e problemas de saúde subjacentes) a dados atualizados, baseados nos sintomas atuais do usuário. Cada hospital é pareado de forma semelhante na geminação digital, atualizando dados sobre recursos médicos disponíveis (leitos, equipe médica, equipamentos, etc.). A conjunção de todas essas instâncias promoveria uma ‘centelha de alertas’ para indivíduos próximos aos ambientes de contaminação acima do limite, gerando uma orientação em cadeia (políticas epidemiológicas de saúde pública) de modo a reduzir “imediatamente” os focos de contaminação. Nesse sentido, os gêmeos digitais também trazem benefícios a saudabilidade nos ambientes urbanos (cidades), ajudando-os a formular intervenções de saúde pública com extrema precisão. Ou seja, segundo o estudo, é possível implementar políticas epidemiológicas graduadas, segmentadas e conduzidas à públicos de acordo com a personalização de suas caraterísticas sanitárias (“malha de controles virais para diferentes controles individuais”). Com isso, é possivel realizar ensaios, simulações, testes de stress, avaliações de risco sistêmico, etc. com antecedência, sob autorização dos usuários e sem causar pânico populacional. A diferença com os ‘aplicativos rastreadores de sintomas’ (contact tracing), utilizados na Covid-19 por alguns países, é que o gêmeo digital permite decisões por camadas personalizadas de usuários, identificando não só a sua geolocalização, mas também o perfil clínico deles.

O investidor Warren Buffett certa vez expressou: “É bom aprender com nossos erros. Mas é melhor aprender com os erros dos outros”. Será melhor ainda se o ‘outro’ for o seu gêmeo digital, que poderá errar todos os dias sem nem mesmo você saber. Falhar na vida real é caro e muitas vezes irreversível, mas no mundo virtual é bem mais barato e alterável. O projeto “MED²ICIN”, desenvolvido pelo Fraunhofer Institute, é um exemplo real. Como sabemos, diagnosticar e tratar doenças crônicas, como esclerose múltipla, câncer ou demência tem sido um processo extremamente complexo e caro. Apesar das melhorias contínuas nas bases de dados, as informações clínicas são em sua grande maioria não-estruturadas e nem sempre estão disponíveis para aqueles que tratam do paciente. O MED²ICIN combina dados e os compara com quadros clínicos específicos (diagnósticos, progressão da doença, medicação, terapias, etc.) de outras pessoas com a mesma condição. Levando em consideração essas diretrizes, o projeto produziu um ‘modelo digital holístico do paciente’ (gêmeo digital). O Hospital Universitário de Frankfurt, por exemplo, já começou a trabalhar com o digital twin desenvolvido pelo Fraunhofer para avaliar o contexto da ‘doença inflamatória intestinal crônica’ (DII). Para esse fim, foram disponibilizados dados (EHRs) de mais de 600 pacientes com DII, utilizando 170 parâmetros diferentes. A combinação de dados permite inúmeros ensaios clínicos, que não alteram o status real do paciente pois são realizados em seus respectivos gêmeos digitais. Assim, no MED²ICIN, é permitido errar, corrigir, simular, errar novamente, perseverar, acertar e refazer o ensaio com todos os insights sendo gravados e aproveitados em futuras observações. Nesse sentido, é preciso lembrar que o gêmeo digital precisa do total consentimento do indivíduo-real para sua utilização.

Em sua essência, o modelo digital twin é um software que usa dados do mundo-vivo para criar simulações no mundo-virtual. Trata-se, portanto, de código programável num ‘substrato de silício’, que pode apoiar coisas vivas que só existem num ‘substrato de carbono’. Assim, a geminação digital é mais uma ocupação do ambiente FIGITAL, onde pessoas (mundo físico) compartilham dados clínicos (mundo digital) para obter ganhos de saúde em escala (mundo social). Aplicações de digital twins em ambientes 5G, por exemplo, poderão utilizar os EHRs não só como fonte de informação médica, mas também como repositório de ensaios clínicos personalizados. E quando ao final de nossa vida a medicina for insuficiente, e nada mais pudermos fazer a não ser doar nossos órgãos para tentar salvar outro corpo, será estimulante pensar que poderemos também doar nosso gêmeo digital’ para que entidades médico-científicas possam salvar milhares de outros corpos. A doação de milhões dessas réplicas digitais, repletas de conhecimento científico, talvez possa promover uma passagem consistente e gradual de uma medicina ‘imediatista’ para uma medicina realmente preventiva e personalizada. 

 

Guilherme S. Hummel

Scientific Coordinator Hospitalar Hub

Head Mentor – EMI (eHealth Mentor Institute)

TAG: Hospitalar
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