AI og rumfartsmodeller bruges til at optimere blodgennemstrømningen i venerne

Kunstig intelligens er blevet trænet til at bruge software til rumfartssimulering til at designe en enhed, der i sidste ende kan forbedre dialyse for patienter.

Holdet fra Imperial College London og deres kolleger har brugt computermodelleringsteknikker - normalt brugt til at simulere, hvordan ustabile luftlommer flyder over et fly - til at modellere, hvordan ustabile strømme i blodet flyder i venerne hos patienter, der gennemgår dialyse.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Fysik af væsker , blev udført i samarbejde med forskere fra Hammersmith Hospital, Northwick Park Hospital, og St Mary's Hospital.

Når nyrerne holder op med at fungere korrekt, kan dialyse bruges til at fjerne affaldsstoffer og overskydende væske fra blodet ved at omdirigere det til en maskine, der skal renses. For at forbinde denne maskine til patienten skal der dannes en speciel forbindelse mellem en arterie og en vene i patientens håndled eller overarm. Dette kryds kaldes en arterio-venøse fistler (AVF).

Imidlertid, på grund af unormale og meget ustabile blodgennemstrømningsmønstre, cirka 50 procent af AVF'erne blokerer og svigter inden for måneder efter deres oprettelse, fordi arterievæggene betændes, som er kendt som intimal hyperplasi. Det betyder, at patienter skal gennemgå en anden procedure og i nogle tilfælde gentagne procedurer. Ofte kan patienter løbe tør for områder på armen, hvor AVF kan udføres, forhindre dem i at bruge den livreddende dialyseprocedure.

Holdet har brugt modelleringsteknikker fra rumfartsindustrien til at træne en computer, ved hjælp af maskinlæringsalgoritmer. Machine learning er en applikation af kunstig intelligens (AI), der giver systemer mulighed for automatisk at lære og forbedre af erfaring uden at være eksplicit programmeret.

AI'en gik derefter videre og optimerede formen på en AVF, så ustabiliteten i blodgennemstrømningen kunne undertrykkes. Prototypeapparatet, som de har udviklet til at holde AVF'en i optimal form, har indtil videre gennemgået indledende test i grise, som har haft succes.

Det næste trin vil involvere at udføre forsøg med grise i flere måneder ad gangen for yderligere at teste effektiviteten af ​​AVF-enheden. Selvom disse forsøg er en succes, vil de være flere år væk fra at udføre kliniske forsøg med patienter.

Dr Peter Vincent, medforfatter fra Department of Aeronautics ved Imperial College London, sagde:"Vi bruger rutinemæssigt computersimuleringer til at studere luftstrømmen over flyvemaskiner. De samme teknikker, kan nu bruges til at optimere medicinsk udstyr, inklusive AVF."

Dr. Richard Corbett, medforfatter fra Hammersmith Hospital, tilføjet:"Hæmodialyse er en livsopretholdende behandling, der bruges af millioner af patienter verden over, som har nyresvigt. Disse patienter er afhængige af arterio-venøse fistel-procedurer (AVF) for at rense deres blod.  Men, dysfunktion og svigt i AVF er et reelt problem for disse patienter, fører til et stort antal hospitalsindlæggelser og ekstra operationer.

"Denne teknologi giver store løfter for disse patienter. Ved at forbedre resultaterne fra AVF-kirurgi, det kan potentielt reducere behovet for gentagne operationer, hvilket kunne og føre til dialyse af bedre kvalitet."

Ultimativt, holdet håber, at deres prototype AVF-teknologi kan være til gavn for andre medicinske procedurer for at optimere formen af ​​blodkarforbindelser, såsom hjerte-by-pass-transplantater og nyretransplantationer.