ENGINEERINGNET.BE - Levine werkt al 15 jaar aan het virtualiseren van het menselijk lichaam.
“Sindsdien is het één van onze strategische pijlers.” Het doel een betere wereld te creëren door het harmoniseren van producten, leven en natuur, zat van bij de start in het project ingebakken. Het eerste subproject werd het ‘levend hart’: een virtuele tweeling van het hart.
Het professionele en het privéleven van Levine grepen in elkaar en er zat druk op. Zijn dochter -Jessie Levine- was immers geboren met een hartafwijking. Haar linker en rechter hartkamer hadden van plaats geruild. Toen ze twee was, kreeg ze een pacemaker ingeplant.
De dokters konden geen zekerheid bieden hoe haar toestand zou evolueren.“Ik wou haar in leven houden. En Dassault Systèmes wilde ‘leven’ onderzoeken.” ‘The living heart’ project was geboren. Levine rekent nu dat zijn dochter één kans op 23 miljard maakte om de cruciale groeifase te overleven. Vandaag is zijn dochter zelf dokter en voltooit ze haar studies kinderneurologie.
“Het lichaam gehoorzaamt aan dezelfde fysische wetten als de machines die we bouwen”, zegt ingenieur Levine. Je begint met wat er al bestaat en je bouwt het gewoon na. Zo eenvoudig? Niet helemaal. Levine ervaarde dat de informatie die nodig was om een virtuele tweeling van het hart te maken over verschillende soorten specialisten/experten -elektrische, mechanische, dynamica,…- verspreid was.
“Dat die specialiteiten zo ver uiteen lagen, maakte het moeilijk.” Niet echt een technisch maar een organisatieprobleem omdat de mensen met de verschillende expertises ook niet met elkaar praatten. Het proces ging er niet zozeer om de twin te bouwen maar wel om te leren dat te doen. “Het meest uitdagende was het samenbrengen van de verschillende wetenschappers -dokters worden anders getraind dan ingenieurs- en ze te laten samenwerken rond dezelfde mens. See one, do one, teach one,” aldus Levine.
Vandaag werken echter 165 organisaties in 28 landen en meer dan duizend mensen in de medische onderzoeksgemeenschap hier rond samen. “Ze maken gebruik van hetzelfde referentiemodel dat nu ook voor andere organen wordt ingezet.” Dassault Systèmes fungeert daarbij als een hub. Nu, na 13 jaar, gaat de aandacht van Dassault Systèmes naar het hele lichaam.
Wil je echter met alle bevindingen en ervaringen doorschuiven van een interessant wetenschappelijk project naar meer, naar toepassingen en behandelingen, dan moet ook de regelgeving volgen. “Na vijf jaar gelooft ook de FDA dat een virtueel model mogelijk is en publiceerde het een leidraad. Met de verrijking van de data hoef je nu ook op minder mensen te testen."
“In de lagere school bracht ik oude pacemakers mee om ze in de klas te bespreken. Ik was nooit bang om naar de cardioloog te gaan”, vertelde Jessie Levine. Als student koos ze voor kindergeneeskunde. Nu is ze neuroloog resident in het laatste van vijf jaar studie. Daarna hoopt ze op nog een fellowship-jaar.
“Ze inspireerde door haar bestaan. Maar ook door haar attitude. Ze liet op zich experimenteren. Maar niet zomaar. Al heel jong vroeg ze bij iedere behandeling te bewijzen dat de voorgestelde behandeling haar zou helpen,” zegt vader Levine,
“Mijn aha-moment was, toen ze naar de universiteit ging, en de dokter vroeg om een MRI van haar hart te maken. Zij riposteerde ‘Ik heb metaal in mijn lijf, wat zal je met de scan doen?’ De dokter wist toen niet wat antwoorden. Vandaag zou hij dat wellicht wel weten.”
Zes maanden geleden belde haar vader haar op, vertelt Jessie Levine. Een CT-scan leerde dat hij een hersentumor had. De 5 cm grote tumor zat rond zijn oogzenuw. “Ik zou blind moeten zijn. Er lekte hersenvocht wat leidde tot infecties. Zo heeft men het ontdekt.” Zijn aandoening werd tegelijk het begin van het ‘Living Brain-project’ bij Dassault Systèmes.
Als ingenieur begreep Levine wat er aan de hand was, maar hij moest er ook mee omgaan als… patiënt. “Ik had een vertrouwenspersoon nodig”, zei Steve Levine. “Zij begreep mijn positie,… en ze stapte naar voor. Ze legde me uit wat de risico’s waren, de mogelijke ingrepen en ze zorgde ook voor de chirurg.”
Bij de ingreep, die twaalf uur duurde, maakte de chirurg gebruik van de virtuele tweeling van zijn hoofd. Een minimaal invasieve operatie verwijderde de tumor via de neus. “Hij hoefde me niet in twee te klieven. Ik leef nog.” Zes weken erna was hij weer op de been. “Alles wat nog volgt is nu een geschenk.”
Ondertussen denkt hij niet aan ‘vertragen’. “Alles in mijn lijf zegt me nóg harder te gaan.(…) Hoe meer je weet over je lichaam, des te beter af ben je.” Ondertussen houdt hij allerhande sensordata bij. “Elk van ons moet zijn eigen sensordata verzamelen,” pleit hij. Dat doe je best nog vóór welke symptomen dan ook problematisch worden.
Dit jaar is het de tiende verjaardag van het ‘living heart’-project. Aanvankelijk werd het hart met de hand gerepliceerd. “Sinds de laatste versie van het model beschikken we over een parametrische versie waarbij we grootte, vorm en diepte kunnen wijzigen met een druk op de knop. Dit model spreekt de taal van de computer. Daarmee kan je een gehele populatie bedienen. En duizend ingrepen op één patiënt simuleren om er de beste aanpak uit te halen.”
De ingenieur die hij is, ging de voorbije jaren systematisch te werk. Na het ‘levend hart’ volgde de ‘levende long’, de ‘lever’ -“Veel kankerbehandelingen zijn zeer slecht voor de lever…”- nieren, gewrichten, het oog,… "In het Space Health Center in Houston werken we aan ruimteblindheid. Wie langer in de gewichtloze ruimte verblijft, verliest immers langzaamaan zijn gezichtsvermogen.
We kijken naar de achterkant van het oog, de sensoren -de staafjes en kegeltjes van het netvlies- en de doorbloeding. We kunnen virtuele tweelingen en simulaties van het oog onder nul aantrekkingskracht laten lopen.”
In die virtuele tweeling kan men de zwaartekracht aan- en uitzetten. Het gaat er om het fenomeen te begrijpen. Is er minder bloeddruk in de aders van de ogen zonder de aantrekkingskracht van de aarde? “We zien iets dergelijks ook met het hart. De doorbloeding is nodig om het hartweefsel levend te houden.”
“De vraag is hoe we in heel vroege stadia virtuele twins kunnen maken. Het komende decennium mikken we er op het klinisch onderzoeksproces -dat test hoe goed nieuwe medische behandelingen werken bij mensen- in een regelgevend kader gegoten te krijgen. We zullen beginnen in pediatrie.”
Bij de volgende versie van het virtuele hart zal AI ingezet worden en zal men gepersonaliseerd op maat van de patiënt werken. Ooit ziet Levine het resultaat van een MRI-onderzoek daags erna op de telefoon van de patiënt verschijnen met een aanbevolen behandeling, waarna die naar de dokter kan stappen.
Hoe commercialiseer je zoiets als virtuele tweelingen? “Aanvankelijk ga je met bedrijven praten die pacemakers produceren en andere apparatuur. Er is ook steeds het regulatoire aspect. We willen geld verdienen met het virtueel testen op modellen van mensen.”
Levine dacht aanvankelijk dat de farma-industrie zou evolueren van dierenproeven naar proeven op virtuele dieren en vandaar naar proeven op virtuele mensen “maar ze willen weg van proeven op dieren en onmiddellijk naar de virtuele mens.” Hij erkent echter dat er gevallen zijn waarbij proeven op dieren nog steeds zinvol blijven.
“We leerden een werkend hart, lever, brein, long, oog te produceren. Het werkt. De volgende horizon is een systeemmodel te ontwikkelen dat de verschillende organen met elkaar verbindt” aldus Levine. Een standaard communicatieprotocol tussen de verschillende organen, zeg maar. Een systeemmodel van systemen. “Ons medisch systeem kan echter niet om met systemische problemen”, merkt Levine op. De verschillende specialisten praten immers niet met elkaar…
Er wordt ook gekeken naar hoe cellen -op molecule- en atoomniveau- omgaan met geneesmiddelen, bijvoorbeeld. Vandaag gebeurt dat bijna altijd fysisch, met dierenproeven. Waarna ook proeven op mensen gebeuren. Dat testen schuift mettertijd naar virtuele tweelingen, verwacht Levine.
Het virtuele testen gebeurt op verschillende schalen. “Je gebruikt het model dat het best met die schaal overeenkomt.” Levine is optimistisch. Gelukkig is het lichaam ‘eindig’. “Het is met andere woorden ‘te doen’.
We kunnen het lichaam systematisch in beeld brengen. Er zijn maar enkele systeemmodellen van doen.”
Lees ook:
3DExperience World in Houston
3DExperience 2025: Over humanoïde robots (2)
3DExperience 2025: Ontwerp van fitness- en sporttoestellen (3)
