利用计算机模拟方法应对冠状动脉疾病:当前进展与未来展望In silico approaches to tackle coronary artery disease: where we are, where we are going. - ScienceDirect

环球医讯 / 心脑血管来源:www.sciencedirect.com美国 - 英语2026-07-27 12:22:13 - 阅读时长2分钟 - 878字
本文综述了计算机模拟方法在冠状动脉疾病研究中的最新应用进展,重点探讨了数字孪生技术如何从高级计算框架转变为临床实用工具。文章详细分析了基于物理的计算模型、计算流体动力学、有限元分析以及人工智能在冠状动脉病理生理学研究中的应用,阐述了当前技术成熟度及向临床转化的路径。研究表明,整合结构与功能信息的患者特异性数字孪生体有望显著提升冠状动脉疾病的风险分层、手术规划和功能评估能力,尽管仍面临多物理场建模高计算成本和标准化工作流程等挑战。
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利用计算机模拟方法应对冠状动脉疾病:当前进展与未来展望

引言

冠状动脉疾病(CAD)仍然是全球发病率和死亡率的主要原因,尽管在诊断成像和干预策略方面取得了实质性进展[1]。冠状动脉病理生理学的内在复杂性确实需要整合性工具,能够在患者特异性框架内桥接结构和功能信息[[2],[3],[4],[5]]。本期特刊提供了计算机模拟方法如何迅速改变我们对CAD的认识和管理的最新概述。它探讨了计算建模在理解、诊断和治疗冠状动脉病理生理学方面的日益增长的影响,不仅展示了当前技术成熟的水平,还指明了向临床转化的路径。

收集的贡献反映了(1)数字孪生(DTs)——即由物理系统或过程(物理孪生)及其数学/计算副本组成的复杂装置,通过数据收集和处理不断更新(物理到数字–P2D),并用于向人类回路(在本例中是临床医生)提供关于物理孪生演变的信息——作为临床相关技术的出现;(2)与多物理场和多尺度建模高计算成本相关的持续挑战;(3)对标准化和可靠工作流程的需求。涵盖计算结构力学、计算流体动力学(CFD)、降阶建模、人工智能(AI)和不确定性量化的进展,本期特刊勾勒了"计算机模拟心脏病学"向临床实践发展的轨迹,概述了一条通往可靠、临床适用的冠状动脉循环数字孪生的路径,该路径能够增强CAD的风险分层、手术规划和功能评估能力。

片段节选

基于物理的建模

相当一部分贡献依赖于基于物理的计算框架,包括有限元分析(FEA)、CFD和流固耦合(FSI),以研究冠状动脉生物力学和血流动力学。它们在不同临床和病理生理场景中的反复应用进一步证实了其方法论的稳健性和解决CAD复杂性的适用性。

多项研究表明基于物理的建模具有重要的工具潜力。

结论:从研究工具到计算机模拟心脏病学

通过本期特刊收集的贡献,一个清晰的演变变得明显:CAD的数字孪生技术正从先进的计算框架转变为临床可操作的工具。结构和血流动力学建模研究[[6],[7],[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14]]展示了日益增长的方法论稳健性,并针对生理和侵入性测量进行了验证。考虑不确定性的策略强化了对概率预测的需求。

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