AI で心臓病を予防する

テクノロジーへの魅力
AI で心臓病を予防する

2025.11.21

出典: ミュンヘン応用科学大学

読書時間 3 分

姉妹誌『Construction Practice』の「テクノロジーの魅力」セクションでは、毎週印象的な研究開発プロジェクトを紹介しています。今日: 人工知能 (AI) で心臓病を予防する方法。

心血管疾患はドイツで最も一般的な死因です。 毎年30万人以上が心臓発作、脳卒中、不整脈、高血圧などの心血管疾患で亡くなっています。 「これらの病気の原因はおそらく多くの場合多因子です。たとえば、血圧、心筋の形状と機能、心臓弁の間には多数の相互作用があります。これらの複雑な関係を生きた患者で調べるのは困難です」とルートヴィヒ・ワーグミュラーは説明する。

この機械エンジニアは、ミュンヘン応用科学大学 (HM) の博士論文で、脈動する心臓血管系の個人化されたコンピューター モデルを開発しました。これにより、将来的には侵襲的な診断手順を行わずに心臓の挙動を分析できるようになるはずです。

以前のシミュレーションは遅くて非効率なことが多かった

以前のシミュレーションは、一方ではこれには遅すぎ、他方では、複雑な方法でしか患者固有の要件に適応できませんでした。 「スーパーコンピューターは、単一の脈拍を計算して視覚化するのに数時間を要しました」とワグミュラー氏は説明します。

HM の機械工学部、自動車工学部、航空機工学部のシミュレーション専門家とミュンヘン工科大学 (タム) 彼はの助けを借りてデザインしました に– 新しいタイプの心臓モデルを作成する方法: これにより、患者固有の形状を非常に詳細に再現でき、しかも従来のシミュレーションよりも必要なコンピューター能力が低くなります。

人工知能で計算を高速化

秘訣: 「統計手法と AI を組み合わせて使用します。このアプローチにより、シミュレーションに必要な計算時間が確実に短縮されます」と博士課程の学生は言います。ここで「次数削減モデル」が重要な役割を果たします。このような簡略化されたモデルは、従来のシミュレーションよりも複雑ではありませんが、重要な特性が考慮されると高度な一致が得られ、エネルギー効率も大幅に向上します。研究者らは初めて、さまざまな患者の形状にわたる典型的な心臓の動きのパターンを特定し、数学的に記述することができました。

平均的な心臓のデジタルツイン

新しい心臓モデルは、生きている患者からの実際のデータに基づいています。 Wagmüller 氏は、70 個の匿名化された MRI データセットを使用して、偏差を含む平均的な心臓のデジタルツインをシミュレートすることに成功しました。次に、これも匿名化された MRI データを使用してトレーニングされました。

その結果、重要な身体プロセスのマッピングと予測に使用できる、脈動するデジタル心臓血管システムが誕生しました。これ デジタルツイン 特定のデータを使用してカスタマイズできます。

臨床現場へ向かうモデル

「シミュレーションを加速する縮小モデルと個別化を可能にする可変ジオメトリの組み合わせにより、シミュレーション テクノロジーの全く新しい応用が可能になります」と、マイケル ウィブマー教授とともにプロジェクトを主導した機械工学部、自動車工学部、航空機工学部のマルクス ギッターレ教授は総括します。

デジタル ツインにより、脈動する心臓血管系についての長期的な洞察が可能になります。研究者の将来の夢の 1 つは、外科手術の視覚化とテストです。「デジタル ツインは常に開発が進められています。このようにして、いつか開胸手術の前に計画された手術が望ましい成功を収めるかどうかを判断できるようになるかもしれません」と Wibmer 氏は付け加えます。

SmartHeart プロジェクトは、バイエルン州科学芸術省とプロジェクト パートナーである AdjuCor の協力により資金提供されています。 GmbH イング教授も同様です。ミュンヘン工科大学の Michael W. Gee 氏が実施しました。

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