不要错过一个节拍:计算机模拟可以治疗最常见的心律紊乱

约翰霍普金斯大学的科学家们成功地创建了心脏上腔的个性化数字副本，并使用它们来指导患有持续不规则心跳的患者的精确治疗。这些模拟准确地确定了临床医生需要破坏组织以恢复正常心律的位置。

这项概念验证研究发表在自然生物医学工程8月19日，这是朝着模拟驱动治疗迈出的有希望的一步，并为该团队定于今年秋季开始的fda批准的临床试验奠定了基础。

“个性化的数字副本使我们能够准确地模拟和分析10名患者的心电活动，并确定其位置组织需要被摧毁，”约翰霍普金斯大学工程与医学院生物医学工程系的Murray B. Sachs教授Natalia Trayanova说。

“使用这种复制品的美妙之处在于，我们可以测试和预测不规律的心跳在哪里持续，这是我们在临床中无法做到的。我们一遍又一遍地模拟临床过程，直到我们确定不规律的心跳不会再次出现。”

特拉亚诺娃说，这种方法有可能消除治疗此类心律紊乱的反复试验过程，并防止重复手术。

心房颤动，或来自心脏的两个上腔，即心房的异常电信号，是心律不规则的最常见原因，影响着全球1-2%的人。如果不及时治疗，房颤会导致致命的中风。

这种疾病的典型治疗方法被称为导管消融，就是将一根发射射频的导管插入心脏，破坏发出不稳定电信号的组织。具体来说，心脏病学家将破坏心房四条肺静脉周围的组织，研究人员认为，这是信号失灵的通常起点。

然而，有一部分患有持续性房颤和心房瘢痕(纤维化)的患者并不能从肺静脉周围的标准病变中获益，他们往往必须接受多次手术，因为异常信号不断从他们心房的新区域出现。每一次手术都会形成新的疤痕组织，这改变了心房的电活动，使瞄准放电区域变得更加困难。

该团队对消融过程的个性化模拟驱动指导，称为通过心律失常发生建模的最佳目标识别(OPTIMA)，使用来自约翰霍普金斯医院的10名患者的对比增强MRI扫描来创建患病心房的个性化数字副本。

对于每个个性化模型，研究小组进行了初始模拟，以预测不稳定的电信号以及组织应该在哪里被破坏。因为每次消融都会重新配置心房电活动并且可以产生新的心律失常，研究人员进行虚拟消融，直到没有新的心律失常出现。

然后，研究人员将最终的组织目标区域“地图”导入临床系统，用于导管导航。然后，医生们不仅将导管引导到目前导致错误放电的组织，还引导到未来会导致错误放电的组织，正如模拟所预测的那样。整个过程，从获得核磁共振成像到在手术室展示最终的地图，花了不到一周的时间。在未来，特拉亚诺娃和团队希望整个过程可以缩短到一天。

虽然这是一项旨在证明可行性的概念验证研究，而不是一项旨在衡量患者结果的临床试验，但在300多天的观察期内，任何患者的房颤都没有复发。在这10名患者中，只有1名患者再次进行了消融，而且是简单的房性心律失常。

“我非常乐观地认为，这种个性化模拟驱动的方法将被证明是显著改善更晚期房颤患者导管消融结果所需的缺失环节。这种新方法可能会将目前的方法转变为导管消融的心房纤颤这项研究的作者之一、约翰·霍普金斯大学医学教授休·卡尔金斯补充道。

这项研究及其成功只是约翰霍普金斯大学心血管诊断和治疗创新联盟(ADVANCE)的一个项目，该中心旨在将心血管工程方法引入临床，由Trayanova和Calkins共同指导。

Trayanova补充说:“这一成功是一个令人兴奋的例子，说明工程技术如何应用于临床，帮助提高治疗的准确性，并使患者免于多次昂贵且有时有风险的手术。