Artificiell intelligens har utbildats för att använda flyg- och rymdsimuleringsprogram för att utforma en enhet som i slutändan kan förbättra dialys för patienter.

Teamet från Imperial College London och deras kollegor har använt datormodelleringstekniker - som normalt används för att simulera hur ostadiga luftfickor flyter över ett plan - för att modellera hur instabila strömmar i blodet flödar i venerna hos patienter som genomgår dialys.

Studien, publicerad i tidningen Vätskans fysik , utfördes i samarbete med forskare från Hammersmith Hospital, Northwick Park sjukhus, och St Mary's Hospital.

När njurarna slutar fungera korrekt kan dialys användas för att avlägsna avfallsprodukter och överflödig vätska från blodet genom att leda det till en maskin som ska rengöras. För att ansluta denna maskin till patienten måste en särskild korsning bildas mellan en artär och en ven i patientens handled eller överarm. Denna korsning kallas en arterio-venös fistel (AVF).

Dock, på grund av onormala och mycket ostadiga blodflödesmönster, cirka 50 procent av AVF blockerar och misslyckas inom några månader efter skapandet eftersom artärväggarna inflammerar, som är känd som intimal hyperplasi. Detta innebär att patienter måste genomgå ett annat förfarande och i vissa fall upprepade procedurer. Ofta kan patienter ta slut från områden på armen där AVF kan utföras, hindra dem från att använda livräddande dialysprocedur.

Teamet har använt modelleringsteknik från flygindustrin för att träna en dator, använder algoritmer för maskininlärning. Maskininlärning är en tillämpning av artificiell intelligens (AI) som ger system möjligheten att automatiskt lära sig och förbättra från erfarenhet utan att uttryckligen programmeras.

AI gick sedan vidare och optimerade formen på en AVF så att ostadigheten i blodflödet kunde undertryckas. Prototypen som de har utvecklat för att hålla AVF i optimal form har hittills genomgått preliminära tester hos grisar, som har varit framgångsrika.

Nästa steg kommer att innebära försök med grisar i flera månader i taget för att ytterligare testa AVF -enhetens effektivitet. Även om dessa försök är en framgång kommer de att vara flera år från att genomföra kliniska prövningar med patienter.

Dr Peter Vincent, medförfattare från Institutionen för luftfart vid Imperial College London, sade:"Vi använder rutinmässigt datasimuleringar för att studera luftflöde över flygplan. Samma teknik, kan nu användas för att optimera medicinsk utrustning, inklusive AVF. "

Dr Richard Corbett, medförfattare från Hammersmith Hospital, tillade:"Hemodialys är en livslång behandling som används av miljontals patienter över hela världen som har njursvikt. Dessa patienter är beroende av arterio-venös fistel (AVF) förfaranden för att rengöra deras blod. Men dysfunktion och misslyckande i AVF är ett verkligt problem för dessa patienter, vilket leder till ett stort antal sjukhusinläggningar och extra operationer.

"Denna teknik erbjuder ett stort löfte för dessa patienter. Genom att förbättra resultaten från AVF -kirurgi, det kan eventuellt minska behovet av upprepade operationer, vilket kan leda till dialys av bättre kvalitet. "

I sista hand, teamet hoppas att deras prototyp AVF-teknik kan gynna andra medicinska ingrepp för att optimera formen av blodkärlsanslutningar, såsom vid hjärt-by-pass-transplantat och njurtransplantationer.