这幅来自约翰·霍普金斯大学2026年3月提供的视频图像显示，一名心律不齐患者心脏的数字孪生正被用于模拟治疗方法。 —— 约翰·霍普金斯大学/美联社
科学家创建了患者病变心脏的虚拟复制品，其精确度足以通过阻断这些数字孪生中的危险心律不齐，来向医生展示如何更好地治疗真实患者。
这些定制模型的首批临床试验之一表明，它可能改善对室性心动过速的治疗。室性心动过速是一种出了名的难以治疗的心律失常，是心脏骤停的主要原因，美国每年约有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迈出了一小步。美国食品药品监督管理局允许数字孪生技术仅指导10名患者的治疗，还需要更大规模的研究。
但周三发表在《新英格兰医学杂志》上的这些结果公布之际，医生们正越来越多地探索如何将这项长期用于航空航天及其他行业的技术用于改善健康。
迈阿密大学的心脏病专家杰弗里·戈德伯格博士没有参与这项研究，他在15年前就尝试过更初级的迭代，并对这些新发现表示赞赏。他说：“这正是我们设想的。”
医生们长期使用三维模型（无论是物理模型还是计算机生成的模型）来模拟疾病和练习技术。但约翰·霍普金斯大学的生物医学工程师纳塔利娅·特雷亚诺娃表示，真正的数字孪生可以预测真实器官对不同治疗的反应。她的实验室正在开创基于高级MRI扫描和每位患者其他数据开发的彩色交互式模型。
“我们在治疗患者之前先治疗孪生，”特雷亚诺娃说，“它起作用了吗？如果起作用了，是否会出现需要更多或不同治疗的新情况？”
心脏的电系统驱动我们的心跳。当电波在心脏下腔（心室）中发生短路，阻止心室将血液泵送到全身时，就会引发室性心动过速，这是一种极快的心跳。
“你会看到这颗心脏基本上在颤抖，”特雷亚诺娃说。
药物可以有所帮助，但主要治疗方法是消融术，即医生将导管穿入心脏以烧灼异常放电的组织。但这有点像试错，患者需要在麻醉下度过数小时，而医生则要确定瞄准的部位。重复消融很常见，许多患者植入了除颤器作为备用。
特雷亚诺娃的患者心室数字孪生就此登场。计算机屏幕上旋转着色彩——蓝色、绿色、黄色和橙色——显示心脏的电波如何穿过心室的健康区域，然后卡在受损组织上。它陷入了一种环形运动，她将其比作飓风的漩涡。
“它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。
该技术定位电波反复撞击的功能失调区域。虚拟消融该区域将显示这是否能解决问题，或者是否会产生另一种也需要消融的心律失常。“然后我们再次戳它，”她解释道。
特雷亚诺娃的团队为10名研究参与者中的每一位都创建了定制消融目标。心脏病专家将这些目标转移到他们用作引导的映射系统中，只瞄准这些目标，而不是自行寻找。
一年多后，8名患者没有出现心律失常，而2名患者在康复期间仅经历了一次短暂的发作——这比治疗通常60%的成功率要好，该研究的主要作者、约翰·霍普金斯大学的心脏病专家乔纳森·克里斯平博士说。除两人外，所有患者也停止了抗心律失常药物。
更重要的是，通过瞄准“我们认为至关重要的特定区域”，心脏病专家可能会烧灼更少的组织，克里斯平说：“我们有可能使这些手术更短、更安全、更有效。”
约翰·霍普金斯团队希望在其他医院进行更大规模的研究来验证数字孪生方法，并且已经开始一项试验，将其用于治疗一种更常见的心律失常——心房颤动。其他研究人员正在研究将数字孪生用于癌症护理。
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