超级计算机用于预测心脏病患者的血凝块风险

包括一名印度裔科学家在内的科学家发现了一种新方法，通过使用超级计算机创建针对患者的器官模型，来预测有心脏血栓风险的人。

根据约翰·霍普金斯大学和美国俄亥俄州立大学的研究人员的说法，关键因素是二尖瓣射流--穿过二尖瓣的血液流--渗透到心脏左心室的程度。

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如果射流进入心室的深度不够，它可能会阻止心脏从心室适当地冲洗血液，潜在地导致血栓、中风和其他危险的后果。这些发现是基于美国德克萨斯高级计算中心的踩踏超级计算机进行的模拟，并使用心脏病发作后有和没有出现血凝块的患者数据进行验证。

描述射流穿透的指标称为E波传播指数(EpI)，可以使用标准诊断工具和临床程序来确定，这些工具和程序目前用于评估患者血栓形成的风险，但比目前的方法准确得多。约翰·霍普金斯大学工程学教授拉贾特·米塔尔说：“该指数的美妙之处在于，它不需要任何额外的测量。”“它只是将超声心动图数据重新制定成一个新的指标，”米塔尔说。

对医生来说，预测病人何时有血栓形成的危险是一项挑战。从心脏病发作中恢复的病人经常被给予抗凝血药物以防止凝血，但这些药物有不良的副作用。心脏病专家目前使用射血分数--每次跳动时从心脏流出的血液的百分比--以及一些其他因素，来预测哪些患者有未来血栓的风险。

对于健康的人来说，每一次心跳都会有55%到70%的腔室容积从左心室排出。对于那些患有心脏疾病的人，射血分数可以降低到15%以下，停滞的风险急剧上升。

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研究人员检查了13名患者的详细测量结果，并用它们构建了高保真的、针对患者的心脏模型。模型包括流体流动模型、物理结构模型和生物化学模型。米塔尔说：“因为我们使用计算模型理解了心脏中的流体动力学，所以我们得出结论，射血分数不是左心室血流停滞的非常准确的衡量标准。”

“我们非常清楚地表明，射血分数不能区分这些患者的很大一部分并分层风险，而这种E波传播指数可以非常准确地分层谁会得血栓，谁不会，”他说。

心脏病发作导致一些人死亡；另一些是由血凝块引起的，通常是由于疾病或创伤导致心脏衰弱。每当血液保持停滞时，就会发生血栓。由于心脏的腔室是体内最大的血液储存库，它们也是最有可能产生血栓的区域。

“这项工作不能通过模拟单个案例来完成。拥有足够大的样本量来得出结论对这项研究至关重要，“米塔尔说。米塔尔预见到，医生将定期进行针对患者的心脏模拟，以确定最佳治疗疗程。

然而，医院需要比当前台式计算机快数百倍的系统，才能在合理的时间框架内找到本地解决方案。除了为临床医生建立新的诊断工具之外，这项研究还有助于推进新的、高效的计算模型，这将是使针对患者的诊断可行所必需的。

NSF流体动力学项目主任罗纳德·乔斯林（Ronald Joslin）表示：“这些研究结果是重要的第一步，将我们对血液在心脏中流动的物理学的基础科学理解转移到对患者健康的实时预测和治疗上。”