患者个体心脏的虚拟复制品使医生能够针对危险心律紊乱，优化和个性化一种挽救生命的医疗程序。
这些“数字孪生”模型对医生而言如同飞行模拟器，让他们在进入治疗室之前，就能在患者解剖结构的计算机模型上预览不同的干预方案。早期结果表明，与当今的标准实践相比，这种方法可能带来更好的治疗效果。研究人员于4月1日在《新英格兰医学杂志》上报告了该成果。
心脏模型可能只是前沿技术。类似的虚拟复制品很快就能帮助指导医学多个领域的治疗规划和决策，从微生物组疗法到骨科手术。
“我们已经进入了一个能够利用数字孪生来模拟体内实际生理机能的时代，”约翰斯·霍普金斯大学医学院的心脏电生理学家乔纳森·克里斯平说。“这种能力有助于推动研究并改善临床结果。”
医生通常通过将能量输送导管经腹股沟血管穿入心脏来治疗危险的心跳过快。在心脏内，他们寻找异常电活动的源头，并消融（即破坏）导致问题的组织。这会在心脏中留下微小的疤痕，从而阻止错误信号的扩散。
这种微创手术能使大约三分之二的患者恢复稳定的心跳。
克里斯平看到了改善这些几率的机会。他与约翰斯·霍普金斯大学的生物医学工程师纳塔利娅·特雷亚诺娃及其同事合作，构建了心脏的数字孪生模型，可以提前精确定位可能的靶点。
该过程始于高分辨率MRI扫描，以捕捉心脏结构并突出显示先前损伤留下的受损组织区域。软件将这些图像转换为心脏肌肉的三维数字重建，并为健康和衰退区域分配不同的电学特性。
随后，计算机模拟电信号如何在心脏中传导——信号可能在何处减慢、分裂或形成环路，这些方式可能触发危险的心律。研究人员可以在模型上测试虚拟消融，以确定在实施真实手术前关闭这些错误信号的最有效方法。
“这是一种非常强大的术前规划工具，”特雷亚诺娃说。实际上，她说，“你在治疗患者之前，先治疗了数字孪生模型。”
该团队在10名患有室性心动过速（一种起源于心脏下腔室的潜在致命心律紊乱）的患者中实施了这一策略。尽管相对罕见，但该病症每年在美国导致数万例心源性猝死。
在数字心脏模型的指导下，克里斯平及其同事证明，他们可以快速将导管引导至问题区域，将原本约三小时的手术缩短至约30分钟，并减少与长时间镇静相关的风险。
手术结束时，不能再诱发异常心律——这是评估异常电路是否已成功关闭的标准方法。
有两名试验参与者在术后几周内确实出现了短暂的异常心律复发。但在这两种情况下，植入的除颤器都发出了纠正性电脉冲，恢复了正常心跳。经过数月至数年的额外随访，所有10名参与者均未出现持续性危险心律，其中大多数人不再需要抗心律失常药物治疗。
这种方法“非常具有创新性”，西雅图华盛顿大学的心脏电生理学家巴贝克·纳泽尔说，他并未参与这项研究。“这些是最先进的心脏模拟。”
纳泽尔表示，需要在大型多中心试验中进行进一步评估，以确定该技术是否能持续带来患者护理方面的实质性改善。“这将告诉我，它究竟是改变游戏规则的技术，还是生理学上精妙的小玩意儿。”
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