医生通过患者心脏的“数字孪生”模型，改善了危及生命的心律失常患者的消融手术效果。
在首个针对心脏数字孪生技术的临床试验中，约翰·霍普金斯大学的研究人员创建了患者心脏的数字复制品，然后在这些复制品上测试手术方案，再对真实患者实施手术。与传统方法相比，使用数字孪生模型使手术更快、更精准，并显著降低了患者心律失常的复发率。
这项研究今天发表在《新英格兰医学杂志》上，证明了该方法的安全性、可行性和令人鼓舞的结果。
“对患者来说，数字孪生技术可以改变生活，甚至挽救生命，”第一作者、专门治疗心律失常的心脏病专家乔纳森·克里斯平（Jonathan Chrispin）说。“我们证明，通过仅针对心脏的关键部位，我们可以让手术更安全、更短、更有效。”
医学数字孪生是器官的计算机模型，能模拟器官行为并具有预测能力。这些心脏模型由约翰·霍普金斯大学开发。
数字孪生可以帮助医生诊断和治疗问题，还可以根据患者的基因和心脏结构预测并发症风险。
在FDA批准的TWIN-VT试验中，10名参与者均曾经历心脏病发作并患有室性心动过速——一种可能危及生命的心律失常。这种心律失常通常通过消融手术治疗，即破坏引发心律失常的组织，但医生很难精准定位需要消融的靶点。手术时间很长，成功率较低。心律失常常在消融后复发，可能需重复手术多次才能见效，这会进一步损伤心脏。
对于每位参与者，团队基于临床增强MRI的3D成像创建了患者个性化心脏数字孪生模型。通过数字孪生，团队研究了每个心脏如何处理电信号，然后预测引发心律失常的区域、每位患者的最佳治疗方案，以及消融后心律失常是否会复发。
“在患者的数字孪生中，我们可以在治疗真实患者之前尝试不同的治疗场景，为治疗医生提供最佳、最理想的方案，减少对心脏的损伤，提高成功治疗的可能性，”资深作者、生物医学工程教授娜塔莉亚·特拉亚诺娃（Natalia Trayanova）说，她的团队开发了本临床试验中使用的数字孪生技术。“数字孪生使我们能够处理临床检查可能无法发现的所有潜在心律失常来源。我们穷尽所有可能性。”
这些由数字孪生预测的靶点随后被导入手术室中导航消融导管的系统。克里斯平及其团队根据患者数字孪生的预测执行了精简的消融手术。
每次消融后，医生都无法在任何受试者中诱发心律失常，表明手术成功。两名患者在恢复期间出现短暂发作。一年后，所有10名患者均未再出现心律失常。传统消融治疗的长期成功率仅为60%，而这里达到了100%。
此外，8名患者完全停用了抗心律失常药物，其余两名患者减少了剂量。
“我们证明了这项技术不仅可行，而且效果卓越，”特拉亚诺娃说。“这标志着该技术的一项最高成就，使我们能够进一步推进更大规模的临床试验。”
团队计划在更大规模的试验中进一步测试心脏数字孪生技术，并将其扩展到其他心脏疾病。
他们还在努力使该技术可在桌面上运行，从而在几分钟内为医生提供信息。作者包括：共同第一作者阿迪约索·普拉卡萨（Adityo Prakosa）、尤金·霍尔莫夫斯基（Eugene Kholmovski）、阿拉文丹·科兰达伊维卢（Aravindan Kolandaivelu）、康斯坦丁诺斯·N·阿罗尼斯（Konstantinos N. Aronis）医学博士、罗纳德·D·伯格（Ronald D. Berger）和休·卡尔金斯（Hugh Calkins），均来自约翰·霍普金斯大学；以及强生医疗科技的阿曼达·巴塞隆（Amanda Barcelon）。
该研究由美国国立卫生研究院（NIH）资助（R01HL174440）和Leducq基金会支持。
——吉尔·罗森（Jill Rosen）
本文最初发表于Hub。
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