室速风险预测准确率达 96%！国内虚拟心脏仿真领军人夏灵：个体化心脏建模仿真技术能够准确定位心律失常消融靶点

编辑：田小幺

近日，浙江大学生物医学工程研究所原所长、国内虚拟心脏仿真领军人夏灵教授以「个体化心脏建模仿真技术及其临床应用前景」为题，分享了个体化心脏建模仿真技术在室速消融、房颤消融、预测心律失常猝死风险等方面的优秀表现。

在第六届北京智源大会的「智慧医疗和生物系统：影像、功能与仿真」论坛上，浙江大学生物医学工程研究所原所长、国内虚拟心脏仿真领军人夏灵教授，以「个体化心脏建模仿真技术及其临床应用前景」为题，分享了个体化心脏建模仿真技术在室速消融、房颤消融、预测心律失常猝死风险等方面的优秀表现。

如夏灵教授所言，「心律失常是心脏疾病诊治的难点，消融靶点定位是关键，个体化心脏建模仿真技术能够实现对心律失常精确彻底消融，降低复发率。」目前，夏灵教授团队已经基于个体化心脏建模仿真技术，利用 AI 在指导室速消融、房颤消融、预测心律失常猝死风险等方面，形成了可供借鉴的方法论，并且在美国的临床手术中进行了成功实践。

HyperAI超神经在不违原意的前提下，对夏灵教授的深度分享进行了整理汇总。

消融靶点定位是心律失常诊治的关键

我一辈子从事心脏建模仿真技术的研究，近几年重点跟随欧美的步伐，特别是美国约翰霍普金斯大学的个体化心脏建模仿真技术，主要针对心律失常疾病的治疗方法进行研究。

众所周知，心律失常是心脏疾病诊治的难点，其他结构性心脏疾病或多或少能够通过影像检查来了解病症，但心律失常是和电相关，影像方面基本都看不到。

上图左边的是正常心脏，跳动得非常有规律。但右边的就很不规律，心尖只要有一个刺激就会发生紊乱，心脏跳动的速度也非常快，一旦出现心室颤动就需要立马除颤，不然就会有生命危险。除颤就是采用强电流刺激，让所有的细胞恢复到不应期，然后心脏恢复有规律的跳动。如果手术方法对室速进行治疗的话，关键则是要找到消融靶点。

临床应用中，心律失常消融手术前需要对靶点进行标测，最常用的是 Carto 系统以及 Ensite 系统。

但是，我认为现在的心内标测仍存在一些问题，一方面，「诱发-标测-诱发-标测」需要经历多次循环，一般会消耗高达几个小时；另一方面，心脏是立体结构，但标测技术却只能标测心内膜，不能标测心外膜和中间心肌层，而心内膜和心外膜的靶点消融能量是不一样的，心外膜需要穿刺才能消融靶点，有时候就会导致消融手术失败。

同时，医生在诱发心律失常时可能只选择部分点位，容易遗漏需要消融的潜在靶点，从而增加复发率。

个体化心脏建模仿真一次性标测所有潜在靶点

近期，欧洲、特别是美国约翰霍普金斯大学，已经通过对患者进行延迟强化磁共振扫描，利用个体化心脏建模仿真技术，实现了心律失常消融靶点的定位。

一般而言，复杂心律失常的起因是心脏基质发生变化（例如心肌瘢痕、纤维化等），诱发因素是早搏，在个体化心脏模型中，只要给予适当的电刺激（模拟早搏），就可以诱发出心律失常或诱发不出心律失常。在这种情况下，个性化建模仿真能够一次性标测出所有的潜在靶点，相比常规标测技术有更高的成功率及更少的复发率，对正常心肌细胞的损伤降到了最低。

过去，为患者构建模型的过程耗时很长，但如今，全自动 AI 技术大大加快了三维心脏模型构建的时间，甚至连规律性心肌纤维方向等生理参数都能够直接复制到模型中，医生可以直接在不同点位施加虚拟刺激。

心脏建模仿真预测心肌病室性心动过速

最近这些年，心源性猝死的发病案例越来越多，也越来越年轻化。中国每年约有 54 万人死于心源性猝死，但幸存者小于 1%，这背后的罪魁祸首主要是心梗患者、扩张型心肌病与肥厚型心肌病。

* 论文标题：Utilization of implantable cardioverter-defibrillators for the prevention of sudden cardiac death in emerging countries: Improve SCA clinical trial * 论文链接：10.1016/j.hrthm.2019.09.023

然而，目前临床上对于心源性猝死并没有很好的解决方案，仅仅是在左心室射血分数在 35% 以下时，建议植入心律转复除颤器 ICD。但是，仅参考左心室射血分数值的预测结果并不准确，进而导致很多患者在临床实践中，出现了应植入而未植入、或植入后无获益甚至有害的尴尬局面。

* 论文题目：计算机心脏建模仿真技术预测心肌病室性心动过速风险一例 * 论文链接：10.3760/cma.j.cn112148-20201115-00911

举例而言，一位 51 岁的高风险男性患者，在房颤治疗后，心室风险依然很大，临床建议植入 ICD，但后续治疗并没有植入，导致患者仅仅过了几个月就发生了猝死，呼叫 120 也没来得及救治。

我们利用心脏建模仿真技术预测了 100 余例患者室速风险，预测准确率 96%。目前在北京安贞医院重大科技创新项目和浙江省领雁计划项目的支持下继续开展研究。

另外，现阶段房颤的病人越来越多，据统计我国约有 2 千万名患者，但每年的手术量却只有 20 万台，这就意味着有 99% 的患者得不到有效治疗。而目前开展电生理手术的医院并不多，很多患者发病后也来不及做手术。

对此，我们团队的学生在美国对一位多次复发的患者，基于建模仿真指导进行了房颤消融，通过对解剖结构建模，模型预测的转子状态及位置中有 3 个在左心房，1 个在右心耳，医生据此完成了手术后，术后两年内患者都没有复发。

综合来看，个体化心脏建模仿真技术未来在临床应用上有三大重点方向，首先是指导室速消融，通过仿真出所有靶点（内膜、中层、外膜），实现精准、彻底消融。其次是预测心律失常猝死，通过预测仿真是否会发生室速或室颤，为患者是否需要植入 ICD 预防提供依据。最后是指导房颤消融，通过仿真最佳消融术式，消融所有靶点，减少复发率。

关于夏灵教授

夏灵教授

夏灵教授于 1987 年毕业于浙江大学电机系工业自动化专业，获工学学士学位，1996 年毕业于浙江大学生物医学工程系，获生物医学工程专业博士学位，毕业后留校任教，浙江大学生物医学工程研究所前任所长，原浙江大学生物医学工程教育部重点实验室副主任。兼任中国生物医学工程学会理事、医学图像信息与控制分会主任委员、《国际生物医学工程杂志》编委等学术职务。

夏灵教授长期从事虚拟心脏建模仿真、磁共振成像系统关键技术研究，主持承担了7 项国家自然科学基金、3 项 973 计划项目子课题、1 项国家支撑计划项目子课题和 1 项 863 计划项目，授权国家发明专利 10多项。1999 年获首届全国优秀博士学位论文奖，2004 年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2017 年作为主要完成人获国家技术发明二等奖。

值得注意的是，夏灵教授实验室（生物医学建模与仿真实验室）于 2006 年挂牌，率先在国内开展虚拟心脏建模仿真研究工作，是目前国际上计算心脏领域最活跃的研究组之一。团队累计发表论文 150 余篇，其中 SCI、EI 收录 120 多篇，在 IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, JOURNAL OF MOLECULAR AND CELLULAR CARDIOLOGY 等杂志发表过多篇文章