隨著人工智能飛速發(fā)展，數(shù)字孿生（Digital Twin）技術(shù)在心血管醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用正從概念走向現(xiàn)實。近日，Circulation 雜志發(fā)表的一項前沿研究，首次在人體臨床試驗中驗證了心臟數(shù)字孿生技術(shù)在疤痕介導(dǎo)的心室性心動過速（VT）治療中的預(yù)測價值。這一重大突破與2022年中國科學(xué)院葛均波院士提出的醫(yī)療元宇宙數(shù)字孿生概念不謀而合，標志著精準個體化心血管診療的新時代已然來臨。

數(shù)字孿生：從概念到臨床

數(shù)字孿生是指在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建真實對象的數(shù)字化復(fù)制品，它試圖在實時狀態(tài)下鏡像其現(xiàn)實世界中的對應(yīng)物。

Jagmeet P. Singh MD

麻省總院

數(shù)字孿生整合了來自各種來源的信息，包括傳感器、模擬和多模態(tài)臨床與歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以幫助預(yù)測個體生物系統(tǒng)的行為和表現(xiàn)。

在心臟領(lǐng)域，數(shù)字孿生是患者心臟的虛擬復(fù)制品，通過計算模型迭代性地融合患者特異性的臨床數(shù)據(jù)，以進行臨床相關(guān)的預(yù)測。這種模型需要在真實臨床環(huán)境中進行前瞻性評估，以實現(xiàn)模型驗證和優(yōu)化。

數(shù)字孿生技術(shù)首次人體驗證

研究團隊招募了18名患有疤痕介導(dǎo)的心室性心動過速的患者（15名缺血性心肌病，3名非缺血性心肌病）。研究團隊通過延遲釓增強心臟磁共振成像（LGE-CMR）生成了每位患者的心臟數(shù)字孿生模型，以反映患者心肌疤痕的分布模式。

數(shù)字孿生制作

在這一模型中，研究人員以標準化的方式將疤痕、健康組織和邊界區(qū)的電生理特性應(yīng)用于患者的心臟數(shù)字孿生。通過模擬起搏誘發(fā)VT，團隊識別了VT關(guān)鍵峽部，并對其進行模擬消融。結(jié)果顯示，與非預(yù)測位點相比，數(shù)字孿生預(yù)測的消融位點具有更多的心電圖異常和更長的心電圖持續(xù)時間。

研究者對4名患者進行了詳細的心臟電活動檢測，發(fā)現(xiàn)其中3名患者的實際心律失常位置與數(shù)字孿生技術(shù)預(yù)測的位置非常接近（誤差小于5毫米）。

這一突破性研究證明，心臟數(shù)字孿生技術(shù)能夠準確預(yù)測引起心室性心動過速的心臟疤痕區(qū)域，為醫(yī)生精確定位治療靶點提供了全新思路。

葛均波院士的心臟元宇宙與數(shù)字孿生理念

早在2022年，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院、中國科學(xué)院葛均波院士就提出了醫(yī)療元宇宙在心血管健康領(lǐng)域的應(yīng)用愿景。葛院士指出，元宇宙的主要特征是萬物互聯(lián)、虛擬與現(xiàn)實結(jié)合和去中心化，它通過人工智能、擴展現(xiàn)實技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈技術(shù)和云計算（數(shù)字孿生）等五大技術(shù)系統(tǒng)共同支持和完成。

葛院士詳細闡述了數(shù)字孿生在心血管健康管理中的應(yīng)用場景：構(gòu)建個體化的數(shù)字孿生就是將真實個體的生物學(xué)、機體、器官、組織、多細胞和亞細胞等維度的數(shù)據(jù)創(chuàng)建為模型，再由模型構(gòu)造數(shù)字孿生，通過數(shù)字孿生具體數(shù)據(jù)預(yù)測真實個體發(fā)病風(fēng)險、作出疾病診斷、分析預(yù)后情況和進行治療優(yōu)化。

葛院士描述的一個生動案例是62歲的John通過數(shù)字孿生患者、數(shù)字孿生環(huán)境、居家檢測、可穿戴設(shè)備等在數(shù)字空間建立網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了心血管健康的全面監(jiān)測和管理，甚至在出現(xiàn)癥狀前預(yù)測并預(yù)防了心臟事件的發(fā)生。

數(shù)字孿生技術(shù)：挑戰(zhàn)與未來

Singh教授指出，當(dāng)前技術(shù)仍面臨挑戰(zhàn)：目前的心臟磁共振成像分辨率有限，無法清晰捕捉引發(fā)心律失常的微小心臟結(jié)構(gòu)。特別是那些導(dǎo)致心律異常的細小心肌纖維通道，現(xiàn)有技術(shù)尚無法直接顯示。

此外，健康組織、疤痕和邊界區(qū)的傳統(tǒng)分類可能過于簡單化，難以定義疾病進程的連續(xù)性。研究發(fā)現(xiàn)，超過一半的心臟疤痕異常區(qū)域未被數(shù)字孿生模型準確預(yù)測。這主要是因為當(dāng)前技術(shù)還無法精確描述心臟組織的電學(xué)特性。

隨著數(shù)字孿生技術(shù)在心血管領(lǐng)域的不斷深入應(yīng)用，我們正站在個體化精準醫(yī)療的新起點。數(shù)字孿生時代已經(jīng)來臨，我們開始擁抱這些進步的同時，也必須確保駕馭技術(shù)并保持自身的分析技能，因為并非所有事物都能被完美建模。

從葛均波院士的心臟元宇宙理念到 Circulation 最新研究的突破，數(shù)字孿生技術(shù)正逐步成為心血管疾病預(yù)防、診斷、治療和管理的新范式。

葛均波院士

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院

醫(yī)療元宇宙的未來，將是虛擬醫(yī)院依賴可穿戴設(shè)備遠程獲取數(shù)據(jù)以及一滴血多組學(xué)測試人工智能輔助，實現(xiàn)精準治療。雖然醫(yī)療元宇宙的長路漫漫，但是未來必來，未來已來！

參考文獻

Qin D, Singh J P. Digital Twins: The Future for Ventricular Tachycardia Ablation?[J]. Circulation, 2025, 151(8): 534-536.

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