Expertos VIU | Gemelos Digitales en Salud: el futuro que ya está aquí y el que viene

Imagínese una tecnología que permite a un médico ensayar diferentes tratamientos o intervenciones para un hígado o corazón, teniendo en cuenta miles de variantes y sin poner en riesgo la vida del paciente. O una capaz de simular el funcionamiento de un centro de salud, con la que sus directores puedan anticiparse a cientos de escenarios y adoptar medidas y decisiones que eviten cuellos de botella y optimicen su funcionamiento. O que sea capaz de predecir con tiempo cuando un equipo médico va a necesitar mantenimiento, evitando de esta forma cancelaciones en las citas. Imagine, incluso, que esta tecnología permite a los profesionales de la salud crear versiones digitales de partes suyas (órganos, modelos genéticos, etc.), con las que puedan predecir enfermedades o probar tratamientos, sin ningún inconveniente o riesgo para usted. Esa tecnología existe, y aunque aún no tiene desarrolladas todas las aplicaciones que hemos nombrado, tienen el potencial para desarrollarlas y más. Se trata de los gemelos digitales. Para saber exactamente que son, en qué momento de desarrollo se encuentran y cuál es su potencial para el futuro, le pedimos al Dr. Flavio Palmieri, doctor en bioingeniería e ingeniería biomédica y docente de la Maestría Oficial en Ingeniería Biomédica de VIU, que nos contestara la siguiente entrevista.    

 ¿Qué son los gemelos digitales?

Aunque no lo parezca, los gemelos digitales (o digital twin) es un concepto que lleva más de 20 años en la vida real. La idea surgió cuando un grupo de científicos de la Universidad de Michigan, empezó a investigar la posibilidad de crear representaciones digitales de sistemas físicos que tuvieran entidad por sí mismas. Sin embargo, el impulso actual proviene del crecimiento la inteligencia artificial (IA) y el Internet de las cosas.

En pocas palabras, el digital twin es una técnica que crea una réplica virtual de una entidad del mundo real. Un avión, una fábrica, un hospital… una persona.

Tres son los pilares de los digital twins: la simulación por ordenador, la ciencia de datos o IA y la facilidad de acceso a la información

¿Cómo los podemos aplicar a la salud? ¿Desde la Ingeniería biomédica que aplicaciones podría tener esta tecnología?

Como es fácil de entender, los gemelos digitales tienen múltiples posibilidades y pueden ser aplicados a objetos físicos (p. ej., equipos médicos), personas (p. ej., medicina personalizada), centros médicos y sistemas de salud.

En la simulación de objetos, como un equipo médico, el digital twin permite identificar y planear con tiempo las necesidades de mantenimiento, reduciendo las cancelaciones de citas médicas con su consecuente impacto en listas de espera y satisfacción del usuario. Además, el digital twin es una herramienta esencial a la hora de realizar cualquier tipo de prototipo o nueva versión de un equipo médico.

La aplicación de los gemelos digitales a la simulación de pacientes permite avanzar en terapias personalizadas e integrar la información clínica de otros pacientes con condiciones patologías similares al fin de aumentar el porcentaje de éxito de la terapia y reducir los costes sanitarios.

Un gemelo digital de un centro de salud podría facilitar el proceso de toma de decisiones médicas, lo que supondría una mejora en términos de costes de gestión de salud poblacional. La experiencia de la pandemia de COVID-19 es un buen ejemplo de cómo la simulación de sistemas podría haber ayudado a gestionar mejor los cuellos de botella vividos en atención primaria, urgencias o unidades de hospitalización.

Por lo tanto, los gemelos digitales proporcionan un instrumento extremadamente útil para el ingeniero biomédico a la hora de simular y analizar en detalle el impacto y la evolución temporal de terapias, patologías, estrategias de gestión de un centro de salud o equipo médico.

El término “Gemelo digital” puede sonar a ciencia ficción, pero lo cierto es que es mucho más real de lo que pensamos

¿Cuáles son las principales tecnologías involucradas/necesarias para crear gemelos digitales aplicados a la salud?

Tres son los pilares de los digital twins: la simulación por ordenador, la ciencia de datos o IA y la facilidad de acceso a la información.

Un gemelo digital se crea en un programa de ordenador que usa datos del mundo real para generar simulaciones que pueden predecir cómo funcionará un producto o proceso. Los responsables de crear un gemelo digital suelen ser expertos en matemáticas aplicadas, ciencia de datos e ingenieros. Una vez analizados la física y los datos del objeto, paciente, órgano o centro clínico, estos profesionales desarrollan un modelo matemático que simule el original.

Para generar el modelo computacional de un gemelo digital hay que recopilar muchos datos, tanto del objeto como de lo que está a su alrededor. Para ello, la IA juega un papel fundamental ya que permite el análisis rápido y en tiempo real y la integración de información obtenida de distintas fuentes (p. ej., sensores).

En general, un gemelo digital puede ser tan complejo o tan simple como se necesite. La cantidad de datos que recoja determinará también con qué precisión el modelo digital simula la versión física.

¿Cuáles son las principales beneficios que nos ofrecen los gemelos digitales en el campo de la salud?

Los gemelos digitales tienen numerosas ventajas especialmente en el campo de la salud. En primer lugar, se pueden emplear los gemelos digitales para actualizar el prototipo de un órgano artificial, equipo médico, rápidamente y comprobar los resultados de posibles mejoras sin tener que implementarlas en el modelo real. Luego, nos permite hacer predicciones sobre un tratamiento, por ejemplo, y reaccionar a tiempo a los cambios en las circunstancias específicas de cada paciente. Por último, los gemelos digitales permiten optimizar, mejorar la eficiencia, automatizar y evaluar el rendimiento futuro de los centros de salud, minimizando los costes de gestión, tiempo de espera y mejorando la calidad del servicio.

En los últimos años los gemelos digitales se han aplicado para estudios sobre el genoma y el análisis del metabolismo humano

¿Qué posibilidades futuras podrían conseguirse?

Actualmente, es difícil ver una única salida en materia de gemelo digital ya que cada día la tecnología permite realizar mejoras nunca antes imaginadas. En el campo de la salud, creo que los gemelos digitales, tendrán éxito tanto en aplicaciones clínicas (p. ej., modelos de órganos artificiales, estudios genéticos, previsión de patologías, entrenamiento de proveedores de cuidado médico …), como en la optimización de la gestión de recursos médicos y centros de salud.

¿En qué momento nos encontramos actualmente de cara a poder implementar estas aplicaciones a la práctica médica habitual?

Desde 2002, la mayoría de los proyectos en tema de gemelos digitales en ámbito medico se han llevado a cabo en el sector de la gestión del centro de salud, incluyendo áreas cuales la gestión de la seguridad, la gestión de la información, la gestión de la salud y la promoción del bienestar y el control operativo.

En 2018 Siemens Healthineers presentó cómo sería la aplicación del gemelo digital en la salud, y aunque solo era un prototipo llamó la atención de muchos médicos por sus aplicaciones en la diagnostica y tratamiento de distintas patologías. Recientemente, el proyecto Living Heart (corazón vivo) de Dassault Systèmes creó un modelo virtual preciso del corazón humano que se puede probar y analizar, lo que permite a los cirujanos representar una serie de escenarios hipotéticos para el órgano, utilizando diversos procedimientos y dispositivos médicos. El Boston Children's Hospital ahora usa esta tecnología para mapear las condiciones cardíacas reales de los pacientes, mientras que en el hospital Great Ormond Street en Londres, un equipo de ingenieros está trabajando con médicos para probar dispositivos que pueden ayudar a los niños con enfermedades cardíacas raras y difíciles de tratar.

Además, en los últimos años los gemelos digitales se han aplicado para estudios sobre el genoma y el análisis del metabolismo humano, al fin buscar nuevos medicamentos más eficaces para el tratamiento de algunos cánceres. Y hay más estudios en los cuales lo gemelos artificiales se investigan y que abarcan todos los aspectos relacionados al nuestro organismo.

En fin, el término “Gemelo digital” puede sonar a ciencia ficción, pero lo cierto es que es mucho más real de lo que pensamos y ya se está introduciendo en todos los sectores de la industria moderna incluso lo de la salud pública.