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经济学人:心脏的数字孪生体

经济学人:心脏的数字孪生体

病患心脏的虚拟副本将辅佐大夫诊断和治疗心脏病

假如你乘坐现代客机出行,为它提供动力的每个喷气动员机大概城市有一个虚拟副本,驻守在地面上的一台计较机中。这个副本被称作“数字孪生体”,会按照传感器通报的信息不绝更新,这些传感器丈量动员机的机能,查抄磨损的迹象。有了数字孪生体,工程师就不消遵照严格的时间表去查验动员机,而可以在有需要时再维修,还可以做防范性维护,在产生妨碍前就更正问题。它们的应用越来越普遍——除航空航天外还用在了汽车制造、修建和工场筹划等规模。假如一个国际研究小组能如愿以偿,雷同的数字孪生体还将很快被用来密切存眷另一种重要的“设备”:人类的心脏。

要为患者的心脏建设一个数字孪生体,首先需要让这小我私家戴上各类百般的传感器。之后,专门的软件会把来自传感器的数据转换成心脏的计较机模仿。这个模仿会具体展示心脏的事情状态以及血液在个中的活动。并且,就像工程师在家产规模对数字孪生体的运用那样,大夫或者也可借助虚拟心脏的辅佐来做出诊断,并确定哪些治疗大概是须要的。数字孪生体后续还可以跟踪患者对这些治疗手段的回响。

问题的焦点

建设数字心脏孪生体的想法来自心脏研究项目“反映”(ECHOES),由比利时鲁汶大学医学中心的弗兰克·雷德梅克斯(Frank Rademakers)率领。参加者有欧洲和美国的若干研究小组,包罗英国的谢菲尔德大学和布里斯托大学、美国的哈佛大学和斯坦福大学,以及计较机模仿公司ANSYS和喷气动员机及医疗设备制造商通用电气等企业。

谢菲尔德大学的蒂姆·奇科(Tim Chico)认真该项目标英国分支。他说“反映”项目标一个重要内容是开拓微型传感器,让人们能在日常糊口中始终佩带监测设备,而不是只在诊所或大夫的诊室内佩带。这样就可以在患者行走、睡觉和爬楼梯等各类环境下模仿心脏的成果,而不范围于他们接管临床查抄的短临时间内。尽量此刻已有一些便携式的心脏检测设备(譬喻装在腰带上的小型心电图仪,通过贴在患者胸部的导线追踪心律和心脏电勾当),它们往往只能利用几天。数字孪生体会从一套更多样的传感器中获取数据,事情的时间也更久。

奇科增补说,部门监测事情可由现有的或改革过的消费产物来完成,好比健身追踪器和智妙手机上的康健应用。“反映”项目标成员正在开拓其他成果更先进巨大的传感器。个中一种是简·德胡奇(Jan D’hooge)和他在鲁汶大学的同事正在研发的可穿着超声波扫描仪。超声波扫描仪操作高频声波来生成体内器官的图像。德胡奇说,他们的想法是,也许可以把发生超声波脉冲的发射器和吸收回波的吸收器织进布料里,再做裁缝服,好比背心。他乐观地认为,这样就大概制造出可以或许举办心脏扫描的打扮,并且这些衣服说不定还可以清洗。

这一切将会对奇科这样的心脏病专家大有助益。患者凡是难以全面地描写本身的症状,医院的查抄也大概无法展现完整的环境——出格是人们在接管查抄时往往会感想告急。首先,用于模仿和更新心脏数字双胞胎的数据将由收罗设备记录,并按期上传。不外最终这些数据应该可以直接传送至医疗中心,就像把喷气动员机的数据传送到工程基地一样。

固然可穿着式心脏扫描仪还要几年才气问世,但构建心脏数字孪生体所需的部门元素已经靠近陈设阶段。曾经是一名航天工程师、此刻是谢菲尔德大学的医学建模专家的罗德·霍斯(Rod Hose)近期率领的EurValve项目开拓了一个系统,可协助大夫治疗心脏瓣膜疾病。EurValve从扫描功效和其他医院测试中收集关于患者病情的多种数据,并将它们与这些患者在家中通过荷兰科技团体飞利浦出产的康健跟踪手表得到的其他信息团结起来。EurValve系统可以或许对病情严重性建模,并预测心脏瓣膜替换手术的功效。研究人员但愿它能很快被应用于临床实践。

另外,通过整个心脏的数字孪生体模仿还可以模仿对特定个别所患的其他多种疾病的治疗。大夫将会更清晰地相识在某个病例身上实施某种过问手段大概发生的功效。譬喻,数字栾生体也许能显示哪种手术最适合患者的病情,照旧说药物和按期查抄更符合。

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