研究人員們說，他們正用一臺新型的超級計算機模擬整個人體的血液流動，并將其與真實的流動數(shù)據(jù)進行比照，結(jié)果非常好。在該模擬軟件中每一個動脈都有其三維表示，甚至包括那些直徑僅有1毫米的血管，這些都是同一個人的身上掃描獲得的。

目前該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性已經(jīng)通過了第一項關(guān)鍵性實驗，當(dāng)時科學(xué)家們將虛擬動脈中的血液流動與其在一個3D打印的復(fù)制品中的真實流動進行了比較。結(jié)果是，他們在實體復(fù)制品中看到的流動模式與模擬軟件匹配得很好。

在另一項研究里，無論是通塑料動脈的流體還是通過模擬主動脈的虛擬血——都是以脈動的方式移動，以模擬人體內(nèi)由心臟推動血液循環(huán)的方式?！盁o論是正常流動還是以脈動的方式，我們都得到了非常接近的結(jié)果，這是很令人興奮的?！痹擁椖渴紫芯繂T、來自杜克大學(xué)的Amanda Randles說。本周，她在美國物理學(xué)會（American Physical Society）在巴爾的摩舉行的March Meeting會議上介紹了自己的研究。

這個超級計算機模擬系統(tǒng)被命名為“Harvey”——主要是為了紀(jì)念17世紀(jì)最先發(fā)現(xiàn)人體血液循環(huán)的醫(yī)生William Harvey。實際上Harvey計算機代碼的核心是一個3D框架，它是在對一位病人進行全身CT和MRI掃描的基礎(chǔ)上創(chuàng)建的。

“這不是一個普通的做法。”Randles博士在說到全身掃描的時候說：“但是通過它，我們就可以提取出整個動脈網(wǎng)絡(luò)。我們首先得到一個代表血管幾何形狀的表面網(wǎng)格，再決定什么是一個流體節(jié)點和什么是一個壁節(jié)點，然后模型流體流經(jīng)那里。”

科學(xué)家的建模是在美國加州勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一臺超級計算機上進行的?！八?60萬個處理器，是全世界排名前十的超級計算機?！盧andles博士稱，她在到哈佛做物理博士之前，就在IBM從事超級計算機方面的工作。而“Harvey”就是她在哈佛大學(xué)的時候開始研究的。

“第一階段只是一個概念證明：我們可以在這個尺度模擬嗎？”她解釋說，實際上其他的模擬大多數(shù)集中在循環(huán)系統(tǒng)的其它部分。

研究人員借助系統(tǒng)模擬每一個大于1毫米的動脈里的血液流動，其分辨率可以達到9微米（0.009毫米），這是一個大的進步。

該項目的目標(biāo)之一是測試對于心血管疾病的各種不同的干預(yù)措施，比如支架或其他手術(shù)修改——是如何更為廣泛地影響整個系統(tǒng)的。

“我們可以改變帶表血管的網(wǎng)格文件，以代表不同的治療選擇。”Randles博士說。“通常你會看局部血流動力學(xué)的變化，但是通過對全身的模擬，我們可以從更大的尺度上觀察其影響?！?/p>

她補充說，為了驗證Harvey的虛擬血流量與實際測量值的區(qū)別，最大的動脈——主動脈是顯而易見的選擇。“它會有湍流，你不會看到在身體的其他部分看到這一情況。”

“我們認(rèn)為在這部分如果能夠做到正確模擬的話，那么我們在模型的其它部分都不會有太大的問題?！?/p>

為了進行物理比較，她的團隊與亞利桑那州立大學(xué)的工程師David Frakes進行合作，利用3D打印創(chuàng)建了該主動脈的一個塑料版本，使流體可以通過它，為了便于跟蹤它的流動，科學(xué)家們在里面加入了發(fā)光顆粒。

最終的結(jié)果非常理想，請看下圖，Harvey的模擬與物理實驗的結(jié)果非常一致。

接下來，她和她的同事們正在把注意力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的另一半，他們已經(jīng)建立了同一個病人的血管的網(wǎng)格模型。最終，他們希望用毛細(xì)血管把整個網(wǎng)絡(luò)連接起來，甚至進一步從流體建模發(fā)展到預(yù)測所有單個血細(xì)胞的運動。如果可以這樣做，那么模擬單個癌細(xì)胞通過血液的擴散也將成為現(xiàn)實。但是這將需要下一代的超級計算機才成完成，Randles博士說，計算能力至少需要提升1000倍才行。

她的另一個希望是，他們目前進行的高水平建模將揭示出那些需要測量和研究的最重要參數(shù)，這樣對于特定病人的具體評估不需要一臺超級計算機就能完成。