心脏数字孪生，防止你的心脏被“割喉”
如果您正乘坐飞机旅行，很可能每一个喷气发动机在地面的计算机上有一份虚拟副本。被称为数字孪生的这份虚拟副本，将不断地从传感器获取信息，用来检查发动机的性能有无磨损迹象。数字孪生允许工程师适时关注发动机，而不是按照固定时间表维修零部件。适用范围逐步扩大-不仅仅在航空航天领域，还包括汽车制造、建筑和工厂建设。如果国际研究人员如愿以偿，类似的孪生将很快应用于人类心脏这样十分重要的装备。
制造患者心脏数字孪生将首先要求患者穿戴各类传感器。这些数据将被专门的软件转换成对器官的计算机模拟。计算机模拟示了心脏是如何工作、血液流动进入的方式等详细信息。同样地，数字孪生在工业界也是如此，它帮助医生诊断并决定什么样的治疗是必须的。数字孪生可以持续监测患者对治疗的反应。
创造心脏数字孪生的想法来源于一个心脏研究项目，称为ECHOES，该项目由比利时鲁汶大学的FRANK RADEMAKERS领导。一些欧洲和美国的小组参与其中，包括英国的谢菲尔德大学和布里斯托大学以及美国的哈佛和斯坦福大学，还包括一些公司，像ANSYS这样的计算机模拟公司和制造喷气发动机和医疗设备的通用电气公司。来自谢菲尔德大学的TIM CHICO是该项目的英国分组的领导人。他说，ECHOES的一个重要部分就是小型传感器的开发，该传感器允许人们全天穿戴监测设备，不只是在诊所里或手术中穿戴。这样可以在一系列环境下模拟心脏功能，包括步行、睡觉和爬楼，而不是仅仅在患者进行临床检查的短暂时间内。尽管一些便携式心脏设备已经上市，小型心电图仪穿戴在腰带上，连接着患者的胸腔来跟踪心率和心电活动-这些往往只使用几天。数字孪生将从传感器中绘制数据并持续更长的时间。Chico博士表示，一些监测可以在已上市或已应用的消费产品上完成，例如智能手机上的医疗应用程序和健身***。ECHOES的成员开发其他的传感器有更复杂的功能。这些包括可穿戴超声扫描仪，鲁汶大学的Jan d’hooge及其同事正在致力于此。超声传感器是通过一种声波来制作人体内图像的部分。d’hooge博士表示，这个想法是，产生超声波脉冲的发射器和接收回波的接收器都可以形成织物，用来制作衣服，比如背心。他很乐观认为，因此有可能制造出能够执行扫描心脏的衣物，并且衣物是可洗的。所有这些会很大地帮助像Chico博士这样的心脏病专家。患者通常难以充分描述他们的症状，医院测试也许不会反映出一个完整的情况-特别是人在压力之下携带这些穿戴设备的时候。起初，用于模拟和更新心脏数字孪生的数据将由采集设备记录并每隔一段时间上传。不过，它们最终应该可以直接传输到医疗中心，就像喷气发动机的数据被传送到工程基地一样。虽然可穿戴心脏扫描仪的研发还有好几年的时间，但构建心脏数字孪生所需的一些元素已接近部署完毕。前航天工程师现为谢菲尔德大学医疗建模专家Rod Hose，他正带领一个叫做EurValve的项目，帮助医生治疗心脏瓣膜疾病的患者。EurValve从扫描和其他医院的测试中收集了一些关于患者状况的数据，并将这些数据与这些患者在家时通过荷兰技术集团某款健康跟踪手表获得的其他信息结合起来。研究人员希望EurValve system不久将投入临床应用，可以为疾病建模，预测心脏瓣膜置换手术的结果。整个心脏数字孪生将在许多其他情况下模拟特定个体的治疗。这将展现一个更清楚的想法，什么类型的手术将最适合患者的病情，是否药物和常规检查更合适。随着越来越多的患者做了心脏数字孪生的测试，作为人工智能的一种形式，机器学习擅长于图像识别，将被用于研究输出。这应该使系统更加准确，帮助心脏病专家处理以前可能没见过的疑难杂症。就像飞行员知道数字孪生会照看发动机，医生们将从一个新的深度认识中受益，了解患者的心脏是如何工作的。
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