面向临床医生的先天性心脏病计算模拟入门

在过去十年中，将工程方法应用于先天性心脏病问题的兴趣日益浓厚。利用计算模拟来检查常见临床问题（包括单心室生理及相关手术方法、起搏器植入对血管闭塞的影响，或阐明植入医疗器械的生物力学效应），现在已常规出现在所有儿科心血管亚专科的临床期刊中。在实践中，只有双方都了解彼此的方法及其局限性，这种合作才能奏效。本文旨在通过在先天性心脏病（CHD）的背景下介绍执行计算模拟所涉及的主要步骤——从选择合适的临床问题到理解计算结果，以及介于两者之间的所有“黑匣子”，来促进这种交流。我们考察了当前的最先进技术以及需要继续发展的领域。例如，基于医学图像的模型构建软件已经基于许多不同的方法开发出来。然而，它们都不能通过简单的“点击按钮”来构建模型。创建一个忠实的、具有代表性的解剖模型，特别是在儿科受试者中，通常需要熟练的手动干预。此外，通常需要来自第二种成像模态的信息来促进这一过程。我们描述了模型构建的技术方面，提供了一些最常用术语和技术的定义（例如网格、网格收敛、Navier-Stokes方程和边界条件），以及运行模拟时使用的假设。特别关注了边界条件的指定，因为这一点在先天性心脏病领域的当前研究中至关重要。最后，提供了一些示例，展示了计算机模拟如何提供“获取”目前其他模态无法获得的数据的机会，且对患者基本没有风险。为了说明这些观点，展示了虚拟Fontan转换（从术前数据到预测的术后状态）和不同手术设计结果的新型模拟示例。目前所采用的技术和预测结果需要验证，且这些方法仍处于起步阶段。虽然将这些技术日常应用于患者特异性的临床场景可能仍需数年时间，但临床医生和工程师对该领域日益增长的兴趣使其最终的应用比以往任何时候都更有可能，而且有人可能会说，这仅仅是[计算]时间的问题。