一种新型软体机器人人类心脏模型能够重现类似疾病的压强、血流、瓣膜运动和血液泄漏变化，为心脏研究和设备测试提供了一个真实可靠的平台。
软体机器人心脏能否帮助研究人员在设备应用于患者前研究疾病并测试心脏设备？悉尼新南威尔士大学(UNSW Sydney)的研究人员表示可以。他们已经开发出一种完全合成的软体机器人人类心脏模型，该模型能够在真实的实验室环境中跳动、扭转、模拟瓣膜泄漏，并重现心脏疾病的关键特征。
当心脏和血管长期处于压力之下时，心脏病通常会逐渐发展。高血压、高胆固醇、糖尿病、吸烟、肥胖、不健康饮食和缺乏运动都会损害血管，减少血流量，并使心脏长期超负荷工作。（✔ 可信来源 心脏病风险因素）
这个全合成模型重现了人类心脏的左侧，并包括人工瓣膜、乳头肌和腱索等关键内部结构。这些结构对心脏健康功能至关重要，在心脏病中常常受到影响。
该技术可以为研究人员和医生提供一种更安全、更真实的方法来研究心脏病、测试心脏设备、减少对动物模型的依赖，并最终为个体患者制定治疗计划。
软体机器人心脏重现人类心跳
UNSW模型由柔性硅胶膜和软体机器人人工肌肉制成。这些肌肉缠绕在类似心脏的结构周围，以重现人类心脏的自然收缩和扭转运动。
团队中的博士后研究员James Davies博士表示，该模型使用柔性材料和人工肌肉，排列方式模仿了人类心脏的分层肌肉结构。人工肌肉由液压压力驱动，使研究人员能够控制心室肌肉模型的运动，并模拟血液在心脏左侧的泵入和泵出。
与许多传统实验室模型不同，这个机器人心脏包括有助于控制二尖瓣的结构。在真正的心脏中，二尖瓣帮助血液向前流动并防止反向泄漏。
机器人模型模拟心脏瓣膜泄漏
该模型的一个主要优势是能够重现二尖瓣问题，包括二尖瓣脱垂和反流。在这些情况下，瓣膜不能正常关闭，血液会反向泄漏，而不是有效地流经心脏。
研究人员能够调整支撑二尖瓣的人工乳头肌的张力。通过改变这种张力，他们能够在受控的实验室环境中重现类似疾病的瓣膜行为。
来自UNSW生物医学工程学院和UNSW医学机器人实验室的Scientia副教授Thanh Nho Do表示，病变的瓣膜可能会变得泄漏或僵硬，增加心脏的工作负担，并导致心力衰竭。（✔ 可信来源 与死者设计对话：人们如何与生成式幽灵互动）
压强、血流和超声成像类似人类心脏病
科学家们使用超声成像、压强测量和血流测量来测试软体机器人心脏与真实心脏的相似程度。
健康的瓣膜功能产生正常的压强和血流模式。当研究人员诱导疾病时，模型显示出增加的反流、降低的出口压强和减少的血流量，这些变化与人类心脏瓣膜疾病一致。
Scientia教授Nigel Lovell表示，该模型的超声成像也类似于人类心脏成像。研究人员可以观察到类似人类的瓣叶运动，并可视化瓣膜上的血流，包括由诱导瓣膜泄漏引起的反流射流。
与超声心动图的兼容性很重要，因为超声在临床心脏病学中被广泛用于评估心脏结构和功能。
模型可能有助于研究难治性心力衰竭
软体机器人心脏还重现了射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）中观察到的几种变化。
HFpEF是一种复杂的心力衰竭形式，其中心脏仍然可以泵出正常比例的血液，但在心跳之间难以放松和适当充盈。它通常与高血压、心律不齐、肾脏疾病、肥胖和糖尿病等疾病同时发生。
当研究人员模拟心跳之间放松减少时，模型显示出更慢且效率更低的充盈。这增加了心脏内部的压力，与HFpEF患者通常观察到的情况非常吻合。（✔ 可信来源 与死者设计对话：人们如何与生成式幽灵互动）
据说HFpEF约占心力衰竭病例的50%，值得拥有专门的机械治疗选择。
机器人心脏可能减少动物测试需求
由于该模型可控且可重复，研究人员认为它可以在早期心脏设备开发过程中减少对动物测试的依赖。
人工心脏为科学家提供了一种测试手术工具、植入物和心脏设备的方法，同时仍然保留了人类心脏的重要解剖和生理特征。
该团队还在跳动的模型内部测试了一种新开发的软体机器人心脏导管。该导管能够在人工心脏内导航并检测与移动心脏结构的接触，展示了该平台如何支持未来手术工具的开发。
Do表示，更广泛的目标是构建逼真的人工心脏模型，帮助研究人员在设备在动物身上测试或应用于患者之前理解疾病并开发更安全、更有效的设备。
患者特异性心脏模型是未来目标
研究人员还展望了一个未来，即可以使用医学影像数据构建患者特异性的模型版本。
这些个性化的机器人心脏可以帮助临床医生在手术前测试不同的设备、植入物尺寸和治疗策略。这可能会改善手术规划，并帮助医生为每位患者选择最合适的治疗方案。
然而，研究人员强调，当前模型仍是一个概念验证，而不是成熟的临床工具。
需要对真实患者数据进行更深入的验证。未来版本必须在更广泛的心脏解剖结构和疾病严重程度范围内进行测试。材料、控制系统和成像兼容性也需要进一步改进。
Davies博士表示，当前工作应被视为一个赋能平台。它表明软体机器人人工心脏可以以传统桌面模型无法实现的方式重现疾病机制，为患者特异性建模、设备测试和最终治疗规划开辟了一条道路。
参考文献：
- 心脏病风险因素
- 与死者设计对话：人们如何与生成式幽灵互动
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