2025年12月1日
在诸多令人心跳加速的事物中——新恋情、恐怖电影、剧烈运动——一种称为室性心动过速的心律失常尤为危险。
异常的电信号使心脏加速跳动，有时快到无法泵血。患者可能会昏厥，长时间的心律失常甚至可能导致死亡。旨在使促成心律失常的心脏组织小部分形成疤痕的消融术往往无法奏效。
伍斯特理工学院(WPI)研究员周世杰正致力于改变这一现状，他利用非侵入性临床测试的大量数据、计算方法和人工智能(AI)在数字模型中重建心律失常等心脏事件。他的目标是使消融术更加安全和精准。在美国心脏协会(AHA)和美国国立卫生研究院(NIH)的资助下，周正开发能够精确绘制心脏电路图、准确定位问题点并识别最佳治疗位置的技术。
"治疗室性心动过速极具挑战性，"生物医学工程系助理教授周说道。"消融术后，室性心动过速复发率约为30%至70%。然而，通过从众多患者收集的算法和数据，我们可以构建使临床医生能够为患者争取更好治疗效果的工具。"
室性心动过速起源于心脏的下部腔室，即心室，通常由心脏病引起。治疗方法包括β受体阻滞剂等药物、植入式起搏器、导管消融和放射治疗。作为一种微创手术，导管消融涉及将一根长而灵活的管子插入血管，将探头引导至心脏的特定位置，然后使用射频能量或极冷温度使组织形成疤痕并阻断异常信号。
"一些心律失常患者需要多次接受消融术，因为该手术常常失败。"
——周世杰
生物医学工程系助理教授
周于2024年加入WPI教师队伍。当他还是计算机工程专业的硕士生时，一位企业高管鼓励他为心律失常患者开发智能手机应用程序。在了解治疗室性心动过速所涉及的挑战后，周转向了加拿大达尔豪斯大学(Dalhousie University)的博士和生物医学工程项目，该项目包括两年的医学院课程。
"我的背景同时包含医学和工程学训练，我的目标是在几年内将研究成果从实验室推进到临床应用，"周说。"转化研究进行起来很吸引人，但对患者来说也至关重要。"
现在，周的研究基于通过非侵入性方法收集的心脏信息，包括放置在身体上的传感器记录电信号，以及将二维扫描拼接成三维图像的计算机断层扫描。
周于2025年3月获得AHA的职业发展奖，用于开发使用扫描和数据构建患者心脏3D计算机模型(即"数字孪生")的软件。这个为期三年、价值23.1万美元的项目旨在构建一个能够精确定位心律失常起始位置的系统。周和一位合作者将在波士顿布莱根妇女医院(Brigham and Women's Hospital)进行试点研究来测试该软件。
AHA于2025年6月向周授予了另一项为期两年、价值19.9999万美元的拨款，用于开发一种自动分析原始心电图(ECG)信号的AI工具。心电图使用放置在皮肤上的电极测量心脏的电活动。周的项目将开发一种能够客观、精确预测患者心脏最佳消融位置的工具，这可能会使手术过程更短、更准确。
最近，NIH于2025年9月向周授予了一笔23.25万美元的拨款，用于为期两年的项目，旨在创建一种识别心脏立体定向体部放射治疗目标的技术。这种也被称为cSBRT的非侵入性手术使用高度聚焦的辐射束来消融心脏中的异常组织。周将使用一个大型临床数据集(已去除个人详细信息并包含导管消融的准确信息)来验证一种识别辐射目标的非侵入性功能和结构定位方法。
在他的实验室里，周将五彩缤纷的心脏数字图像投影到电脑屏幕上，图像完整呈现了肌纤维和异常信号发射的电点。
该技术建立在他于达尔豪斯大学攻读博士学位期间启动的工作基础之上，包括与新斯科舍省卫生局(Nova Scotia Health Authority)合作的临床心脏电生理学研究奖学金，以及在约翰斯·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的博士后培训，他在那里开发并申请了多项相关发明的专利。
"一些心律失常患者需要多次接受消融术，因为该手术常常失败，"周说。"在某个时间点，患者不能再接受消融术。改进这一手术并将真正解决方案交到医生手中非常重要。"
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