华盛顿——科学家们创建了患者患病心脏的虚拟复制品，其精确度足以在这些数字“孪生”中阻断危险的不规则心跳，从而向医生展示如何更好地治疗真实患者。
这些定制模型的首次临床试验之一表明，它可能改善对心室性心动过速的治疗。这是一种难以治疗的心律失常，是导致心脏骤停的主要原因，在美国每年约30万人因此死亡。
这项由约翰·霍普金斯大学研究人员进行的研究只是初步的小规模探索。美国食品药品监督管理局允许该数字孪生技术仅指导10名患者的治疗，未来还需要更大规模的研究。
但周三发表在《新英格兰医学杂志》上的这些结果，正值医生们越来越多地探索如何将长期用于航空航天等行业的数字孪生技术用于改善健康。
迈阿密大学的心脏病专家杰弗里·戈德伯格博士未参与该研究，他曾在15年前尝试过更初级的迭代版本，并对这一新发现表示赞赏。“这正是我们当初设想的，”他说。
医生们早已使用3D模型（包括物理模型和计算机生成模型）来模拟疾病和练习技术。但霍普金斯大学的生物医学工程师纳塔莉亚·特拉亚诺娃表示，真正的数字孪生能预测真实器官对不同治疗的反应。她的实验室正在开创色彩丰富的交互式模型，这些模型基于每位患者的高级MRI扫描和其他数据。
“我们在治疗患者之前先治疗孪生体，”特拉亚诺娃说，“它有效吗？如果有效，是否会出现新的问题？”这些新问题可能需要更多或不同的治疗。
心脏的电系统驱动着我们的心跳。心室性心动过速是一种超快的心跳，当电波在心脏的下腔室（心室）中短路，阻止心室将血液泵送到全身时就会触发。
“你会看到这颗心脏基本上在颤抖，”特拉亚诺娃说。
药物可以有所帮助，但主要治疗方法是消融术——医生将导管插入心脏，烧灼异常放电的组织。但这有点像试错，患者在麻醉下躺上数小时，医生才能确定目标位置。重复消融很常见，许多患者还植入了除颤器作为备用。
于是，特拉亚诺娃团队开发了患者心室的数字孪生。计算机屏幕上呈现出蓝色、绿色、黄色和橙色等色彩漩涡，显示心脏的电波如何在健康区域移动，然后被困在受损组织上。它陷入一种循环运动，特拉亚诺娃将其比作飓风的漩涡。
“这让我能够重现患者器官的功能，然后预测最佳消融方式，”她说。
该技术定位了电波反复撞击的功能失调区域。虚拟消融后，可以观察是否能解决问题，或者是否形成另一种需要消融的心律失常。“然后我们再次‘戳’它，”她解释道。
特拉亚诺娃的团队为10名研究参与者分别定制了消融目标。心脏病专家将这些目标传输到他们使用的引导系统，并仅瞄准这些目标，而非自行寻找。
一年多后，8名患者没有出现心律失常，另外2名患者仅在愈合期间出现过一次短暂发作——这比治疗通常60%的成功率更好，该研究的主要作者、霍普金斯大学心脏病专家乔纳森·克里斯平博士说。除两人外，其余患者均停止了抗心律失常药物。
更重要的是，通过瞄准“我们认为关键的区域”，心脏病专家可以消融更少的组织，克里斯平说：“我们有可能使这些手术更短、更安全、更有效。”
霍普金斯团队希望在其他医院开展更大规模研究，进一步验证数字孪生方法，并已开始一项试验，将其用于治疗更常见的心律失常——房颤。其他研究人员也在研究数字孪生在癌症治疗中的应用。
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