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非侵入性3-D虚拟心脏评估工具可以帮助预测患者

2019-05-08 20:18:44 医疗科技153℃

  非侵入性3-D虚拟心脏评估工具可以帮助预测患者的心律失常风险

  2016年5月11日

  当心脏中的电波在称为心律失常的情况下发生时,可能发生猝死。为了挽救处于危险中的患者的生命,医生目前植入一个小型除颤器来感知心律失常的发作并使心脏恢复正常的节律。但一个棘手的问题仍然存在:医生应该如何确定哪些患者确实需要一种侵入性,昂贵的电子植入物,而这种植入物本身并不存在健康风险?

  为了解决这个问题,一个跨学科的约翰霍普金斯大学团队开发了一种非侵入式3D虚拟心脏评估工具,以帮助医生确定特定患者是否面临危及生命的心律失常的最高风险,并将从除颤器植入物中获益最多。在5月10日在线期刊Nature Communications上发表的概念验证研究中,该团队报告说,其新的数字方法比大多数医生现在使用的不精确的血液抽吸测量结果更准确。

  “我们的虚拟心脏测试显着优于预测未来心律失常事件的几个现有临床指标”。纳塔利娅·特拉扬诺娃(Natalia Trayanova)说,该大学的就职人员是Murray B. Sachs生物医学工程教授。 “这种非侵入性和个性化的虚拟心脏风险评估可以帮助防止心脏性猝死并且允许没有风险的患者避免不必要的除颤器植入。”

  Trayanova是开发基于个性化成像的心脏计算机模型的先驱,负责监督该研究,并且是期刊文章的高级作者。她在约翰霍普金斯大学Whiting工程学院及其医学院任教,并且是该大学计算医学研究所的核心教员。在这项研究中,她与心脏病专家和共同作者约翰霍普金斯大学医学院副教授Katherine C. Wu合作,他的研究重点是磁共振成像方法,以改善心血管风险预测。

  对于这项具有里程碑意义的研究,Trayanova的研究小组利用独特的磁共振成像(MRI)记录对患者进行了预测,这些患者在心脏病发作后幸存,但心脏组织受损,导致心脏致命致心律失常。该研究是一项盲法研究,这意味着团队成员直到事后才知道他们的预测与现实生活中患者的情况有多接近。这项研究涉及41名患者的数据,这些患者在心脏病发作后存活并且有射血分数 - 衡量血液抽出多少血液的数量 - 小于35%。

  为了防止未来的心律失常,医生通常建议植入式除颤器用于该范围内的所有患者,并且研究中的所有41名患者因其射血分数得分而接受植入物。但研究得出的结论是,这一分数是预测哪些患者面临心脏猝死风险高的一个有缺陷的措施。

  约翰霍普金斯大学的研究小组通过使用接受者心脏的植入前MRI扫描来构建患者特异性器官数字复制品,从而发明了这些分数的替代方案。使用Trayanova实验室开发的计算机建模技术,通过结合心脏细胞中的电过程和细胞间的通信,使每个患者心脏的几何复制品焕发生机。在某些情况下,虚拟心脏会发生心律失常,而在其他情况下却没有。结果,一种非侵入性的方法来衡量心律失常导致心源性猝死的风险,被称为VARP,虚拟心律失常风险预测因子的缩写。该方法允许研究人员考虑患者心脏的几何形状,电波穿过它的方式以及早期心脏病发作留下的疤痕组织的影响。

  

  相关故事耶鲁大学纽黑文儿童医院成为康涅狄格州第一个进行小儿心脏移植的医院1,中国10岁的中年成年人患心脏病的风险很高,研究发现患有糖尿病的患者患有稳定的缺血性心脏病的风险很高。事实上,将VARP结果与除颤器接受者的植入后记录,以确定该技术预测哪些患者会经历由其植入设备检测到并停止的危及生命的心律失常的程度。通过VARP测试心律失常风险阳性的患者发生心律失常的可能性是测试阴性的患者的四倍。此外,VARP预测患者的心律失常发生率比射血分数和其他现有临床风险预测因子(非侵入性和侵入性)好四到五倍。

  “我们证明了VARP优于任何其他的心律失常预测方法,”特拉扬诺娃说。 “通过准确预测哪些患者有心脏猝死的风险,VARP方法将为医生提供工具,以识别真正需要昂贵的可植入设备的患者,以及设备无法提供任何救生设备的患者好处&QUOT。

  Wu同意这些令人鼓舞的早期结果表明,更加细致入微的VARP技术可能是一种适合所有射血分数得分的有用替代方案。

  “由于几个原因,这是一项突破性的概念验证研究,”吴说,“作为心脏病专家,我们获得了大量关于患者的数据,特别是高科技成像数据,但最终我们几乎没有将这些信息用于个性化护理。通过本研究中使用的技术,我们能够根据患者的特定解剖结构创建个性化,高度详细的虚拟3-D心脏。然后,我们能够虚拟测试心脏,看看它在某些情况下是多么烦躁。我们可以做到这一切,而无需患者进行侵入性手术。这代表了一种更安全,更全面和个性化的心脏猝死风险评估方法。

  Wu指出,植入式除颤器本身也存在一些风险,并且在不真正需要时避免植入该设备可以消除这些风险。她说,植入式除颤器需要进入心脏,频繁进行设备检查和间歇性更换电池。她补充说,并发症可能包括感染,设备故障,以及在极少数情况下,心脏或血管受损。

  除了消除不必要的器械植入外,Trayanova还指出,这种新的风险预测方法也可以应用于既往有心脏损伤的患者,但根据目前的临床建议,其射血分数评分并未针对他们进行治疗。因此,Trayanova说,VARP有可能挽救更多高危患者的生命。

  资料来源:约翰霍普金斯大学

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