数字孪生作为再现复杂解剖结构和模拟研究身体与医疗器械之间关系的技术资源，其重要性与日俱增。在医疗行业应用的关键优势之一是能够通过虚拟测试收集数据以补充临床试验，并为制造商增加监管证据。美敦力公司在这方面已经取得一些进展，近期Kevin Sack博士发表的工作成果中使用Simpleware软件创建了一个数字孪生，由经验证的机电全心脏模型研究房室（AV）传导阻滞。
创建数字孪生
美敦力构建并验证了一个针对特定受试者的四腔猪心脏模型，从体内数据中研究机电耦合现象。完整工作流程的简要总结为：
- 对已消融房室结和安装有Micra AV™ 起搏器的家养猪进行CT扫描，将图像数据导入Simpleware中做分割处理，识别出心房并在舒张末期创建心室，然后生成用于仿真的网格。
- 该网格模型的构建是为了研究机电耦合性能，包括用实验记录的LV压力-容积环进行机械校准，通过比较从体内CT扫描创建电子模型的左、右心室表面进行验证。
- 将验证的模型函数与同一受试者的房室传导阻滞仿真进行对比。
从这项研究中，美敦力能够证明除了传导中断，房室传导阻滞还会引起心搏脱漏后舒张期整个心脏应力和应变的增大。更普遍地说，该项目验证了四腔跳动心脏模型的机电功能，用以研究病理功能障碍，并收获了关于心脏的宝贵知识。
深远影响
随着数字孪生成为医疗器械制造商和临床专业人员更加倾向使用的研究工具，美敦力这项研究取得的成果展示出数字孪生在加速新疗法和理解性能方面的巨大潜力。此外，计算模型提供的灵活性意味着可以获得有用的数据，这些数据可能从患者那里收集会非常困难或有风险。
我们也很期待把数字孪生作为计算工作流程的一部分之后还将如何发展。Simpleware软件非常适合为这些应用提供快速准确的图像数据分割服务，尤其是最近推出的人工智能工具可以极大加速处理扫描数据时的常见工作流程。
参考
- 致谢和更多信息请参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/news-and-events/digital-twins-medtronic.html
- Sack K L, Blauer J J, Campbell M P, et al. Creating a Digital Twin to Investigate AV Block: In-sights From a Validated Electromechanical Full-Heart Model[C]//2020 Computing in Cardiology. IEEE, 2020: 1-4.