研究人員們說，他們正用一臺(tái)新型的超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬整個(gè)人體的血液流動(dòng)，并將其與真實(shí)的流動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比照，結(jié)果非常好。在該模擬軟件中每一個(gè)動(dòng)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(gè)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(xiàng)關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們將虛擬動(dòng)脈中的血液流動(dòng)與其在一個(gè)3D打印的復(fù)制品中的真實(shí)流動(dòng)進(jìn)行了比較。結(jié)果是，他們在實(shí)體復(fù)制品中看到的流動(dòng)模式與模擬軟件匹配得很好。

在另一項(xiàng)研究里，無論是通塑料動(dòng)脈的流體還是通過模擬主動(dòng)脈的虛擬血——都是以脈動(dòng)的方式移動(dòng)，以模擬人體內(nèi)由心臟推動(dòng)血液循環(huán)的方式。“無論是正常流動(dòng)還是以脈動(dòng)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。”該項(xiàng)目首席研究員、來自杜克大學(xué)的Amanda Randles說。本周，她在美國物理學(xué)會(huì)（American Physical Society）在巴爾的摩舉行的March Meeting會(huì)議上介紹了自己的研究。

這個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)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(shí)際上Harvey計(jì)算機(jī)代碼的核心是一個(gè)3D框架，它是在對一位病人進(jìn)行全身CT和MRI掃描的基礎(chǔ)上創(chuàng)建的。

“這不是一個(gè)普通的做法?！盧andles博士在說到全身掃描的時(shí)候說：“但是通過它，我們就可以提取出整個(gè)動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)。我們首先得到一個(gè)代表血管幾何形狀的表面網(wǎng)格，再?zèng)Q定什么是一個(gè)流體節(jié)點(diǎn)和什么是一個(gè)壁節(jié)點(diǎn)，然后模型流體流經(jīng)那里?！?br/>

科學(xué)家的建模是在美國加州勞倫斯-利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。“它有160萬個(gè)處理器，是全世界排名前十的超級(jí)計(jì)算機(jī)?！盧andles博士稱，她在到哈佛做物理博士之前，就在IBM從事超級(jí)計(jì)算機(jī)方面的工作。而“Harvey”就是她在哈佛大學(xué)的時(shí)候開始研究的。

“第一階段只是一個(gè)概念證明：我們可以在這個(gè)尺度模擬嗎？”她解釋說，實(shí)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(gè)大于1毫米的動(dòng)脈里的血液流動(dòng)，其分辨率可以達(dá)到9微米（0.009毫米），這是一個(gè)大的進(jìn)步。

該項(xiàng)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(gè)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?！盧andles博士說?！巴ǔＤ銜?huì)看局部血流動(dòng)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(bǔ)充說，為了驗(yàn)證Harvey的虛擬血流量與實(shí)際測量值的區(qū)別，最大的動(dòng)脈——主動(dòng)脈是顯而易見的選擇。“它會(huì)有湍流，你不會(huì)看到在身體的其他部分看到這一情況?！?/p>

“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(huì)有太大的問題?！?/p>

為了進(jìn)行物理比較，她的團(tuán)隊(duì)與亞利桑那州立大學(xué)的工程師David Frakes進(jìn)行合作，利用3D打印創(chuàng)建了該主動(dòng)脈的一個(gè)塑料版本，使流體可以通過它，為了便于跟蹤它的流動(dòng)，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(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)連接起來，甚至進(jìn)一步從流體建模發(fā)展到預(yù)測所有單個(gè)血細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。如果可以這樣做，那么模擬單個(gè)癌細(xì)胞通過血液的擴(kuò)散也將成為現(xiàn)實(shí)。但是這將需要下一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)才成完成，Randles博士說，計(jì)算能力至少需要提升1000倍才行。

她的另一個(gè)希望是，他們目前進(jìn)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(píng)估不需要一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)就能完成。