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活體心臟計畫:全世界第一個人類仿真心臟3D模型

在美國,每 34 秒就有一人心臟病發作,根據世界衛生組織(WHO)的估計,2013 年就有約一千七百萬人死於心臟病。雖然手術和藥物已經大幅降低因心臟病死亡的可能性,但仍是威脅人類健康的頭號殺手。對於體內如此重要的器官,定期的健康檢查是必要的,但檢查項目多半是在靜態或處於休息狀態下進行,讓急性、非慣性病徵難以察覺,在你沒感覺、儀器可能也沒察覺的情況下,你真的相信自己的心臟健康嗎?(延伸閱讀:心臟病可能無法被檢查出來?!

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當你想要知道未知的事物時,模擬是個好方法。電腦模擬目前已經是醫療裝置發展中重要的一環,近幾年發展範圍更是擴展到模擬人類的生理運作。全球知名軟體公司 Dassault Systèmes集合了生物力學領域的醫生與臨床醫生組成專業團隊, 開發了「活體心臟計畫」(The Living Heart Project),創造出世界上第一個人類心臟的仿真 3D 模擬模型。

這項計畫是利用電腦模擬你的心臟,精確複製出從裡到外的 3D 數位模型,並仿照心臟的電子脈衝、肌肉纖維收縮甚至是潛在異常,就像是活生生的心臟在你身體之外跳動,讓醫生能夠徹底的檢查你的心臟。

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除了顯現當下的心臟狀況之外,產生的數據將和患者的病歷結合,讓臨床醫生能夠不需要侵入性醫療程序,也能準確的判斷病情並規劃療程。這項計畫目前也與市售認證心臟模型一起合作發展,研究團隊和美國食品食品藥物管理局(FDA)簽署一份為期五年的合作研究協議,針對心臟病治療所需的心律調節器等心血管設備的插入、安置和性能進行測試和評估,將來可望能夠提供病患個人化的住院護理。

目前要在工作站上模擬一顆基本心臟只需要花費不到兩小時的時間,完成仿真模型後,它能夠快速地提供可供評估的療程選擇,並讓軟體篩選出最佳方案,最後由醫生決定最終的治療程序,比起傳統的醫療程序快上許多。

但這看似完美的計畫,其實並還沒完全征服人類複雜的心臟,Dassault Systèmes 旗下品牌中負責提供軟體支援的 SIMULIA 軟體執行長 Scott Berkey 認為,過去數十年人們自以為已經了解心臟的所有事,但事實上無論技術還是模擬層面,目前的計畫都還停留在表面階段,尚無法模擬出所有的運作,必須依靠更深入的研究工作來完成。

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除了征服心臟這個目標之外,「活體心臟計畫」負責人 Steve Levine 表示,電腦建模不會在心臟這個領域就停下腳步,未來將會為其他醫療領域也帶來重大改變。目前研究團隊正在開發可以完全模擬人類生物力學的基礎技術,希望未來能夠模擬人體其他重要的運動(如單靠機械性測試無法完全複製出關節運作的運動),他們希望最終將發展成能夠模擬人類全身和所有器官-甚至是大腦。

關於這項願景 Levine 也表示,目前這項技術已經可以了解頭部(大腦)的損傷所造成的物理性影響,但對於神經傳導途徑的影響還需要做更多的努力。希望在不久的將來,3D 仿真模型能夠正式的進入醫療體系,除了讓治療更加完善外,更重要的是,讓你和你的醫生提早發現病痛的癥結和預兆,真正落實「預防勝於治療」。

參考資料:

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現為vMaker執行編輯,愛玩愛吃愛科學,豢養倉鼠狂熱者,剛踏進Maker的世界並自得其樂,自信傑作是讓樂高機器人無限自轉。

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