智源“透明心脏”：全自动3D心肌瘢痕重建，让三维诊断走进中国日常临床
在智源研究院，我们不仅努力构建解决当下问题的 AI 工具，更致力于探索生物智能与人工智能演化的深层原理。我们相信，复杂系统的涌现离不开功能表现与物理结构的相互作用，我们的科研布局也始终围绕功能（Functionality）与结构（Structure）两大核心维度展开。
在这一理念的指引下，智源研究院生命模拟中心将“数字孪生心脏”作为一个长期投入的核心方向，围绕“如何用数字化的方式精准还原和模拟每一颗独特的心脏”持续探索，希望为个性化诊疗、风险预测和科学研究提供坚实的支撑。
此前，我们已在功能模拟上取得一系列进展：从发布心脏电功能超实时仿真系统，到构建高速跨尺度心脏药物安全性评价平台，为虚拟手术规划、新药研发等场景奠定了基础，也初步验证了数字孪生心脏在临床应用中的巨大潜力。
伴随项目的持续深化，我们进一步聚焦心脏结构的高精度数字化重建与可视化交互体验，力求以更真实的结构模型提升功能仿真的科学性，并推动数字孪生心脏在更多实际场景中的落地。
心肌梗死（俗称心梗）、心肌炎等严重心脏疾病，即使在患者脱离生命危险后，也常会在心肌上留下永久的印记——心肌瘢痕。这些瘢痕组织并非普通的疤痕，而是影响患者长期预后和生活质量的关键。
在心血管疾病的诊疗中，精准评估心肌瘢痕的空间分布、形态、大小及透壁性至关重要。瘢痕不仅意味着心肌功能的丧失，更是恶性心律失常（如室颤）的潜在诱发点。对瘢痕的精确判断，是指导心脏疾病治理决策和预后风险分层的关键依据。
公认的“金标准”——延迟钆增强心脏磁共振（LGE-CMR），通过高分辨率三维扫描，能够清晰完整地呈现瘢痕结构，但其扫描条件严苛，长时间的屏息要求也对心脏病患者构成了巨大的生理考验。目前临床实践中普遍采用的快速二维（2D）层面扫描，尽管提高了效率，却牺牲了信息的完整性，并带来了一定的诊断局限：基于2D图像，医生难以直观和定量地评估瘢痕在心肌壁内的分布。
为了解决这一难题，智源研究院生命模拟中心与首都医科大学附属北京安贞医院医学影像科徐磊教授团队合作开发了“透明心脏”——全自动心脏3D瘢痕重建与定量分析系统。该系统能够从临床最常用的2D图像中，全自动、高保真地重建出心肌与瘢痕的3D模型，并提供精确的量化分析。
“透明心脏”的诞生，让临床医生可以基于常规检查，安全、高效、直观地获取媲美“金标准”的完整三维心脏瘢痕信息，为个性化诊疗和科学决策提供坚实的数据基础，更意味着对每一位心脏病患者的预后管理，都将建立在更加全面、精准的洞察之上。
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深度学习与几何重建的融合
“透明心脏”系统将深度学习的强大特征提取能力与几何算法的精确性相结合，实现了从稀疏数据到高保真模型的稳定生成。
1. 智能分割与形状先验学习
系统采用了在医学图像分割领域公认的基准模型——nnU-Net等深度学习框架，自适应地从输入的2D LGE图像中，实现对左心室心肌、瘢痕、血腔及右心室区域的体素级（Voxel-level）精准自动分割，为后续所有三维重建与量化分析提供了高质量、高一致性的数据基础。
2. 基于模板形变的智能三维重建
创新性引入“模板形变”（Mesh Morphing）技术，彻底克服稀疏数据直接插值导致的“台阶效应”（Stair-step Artifacts）和解剖形态失真。
对于心肌：系统引入了“基于模板的深度学习形变”技术。它以一个基于统计学构建的标准心肌三维网格模型作为形状先验（Shape Prior）。然后，通过深度神经网络，依据患者个体化的2D分割结果，对该模板进行非刚性形变，使其精确匹配患者独特的心脏几何形态。这种方法利用了心脏固有的全局解剖学约束，确保了在切片间隙中生成的表面依然保持解剖学上的连续性、光滑度与高保真度。
对于瘢痕：在获得精准的体素分割结果后，系统采用Flying Edges等高效的表面提取算法，生成瘢痕的三维网格模型，并通过后续的网格处理（如平滑、孔洞填充）确保其拓扑结构的完整性
3. 三维可视化与定量分析
重建后的模型通过一系列算法进行融合与分析，将复杂的结构信息转化为直观的临床洞见。
三维透壁性分析：系统将心肌与瘢痕模型进行精确配准，自动计算瘢痕在心肌壁上任意位置的穿透比例（瘢痕厚度/局部心肌壁厚度），并以渐变色谱投影到3D心肌表面，直观呈现瘢痕的透壁程度与空间分布。
标准化“牛眼图”报告：为便于临床标准化评估，系统自动生成符合美国心脏协会17分区标准的“牛眼图”（Bull's-eye Plot），将三维瘢痕的体积、占比等信息精准投影到二维报告中，为每个心肌分区提供定量的瘢痕负荷（Scar Burden）数据。
提升诊断精度与一致性：为医生提供瘢痕3D空间分布、体积、透壁性的直观、定量评估，为预后判断和治疗方案选择提供更可靠的依据。
辅助精准治疗规划：在冠脉介入手术、心律失常射频消融等复杂手术前提供术前三维导航，提高手术成功率。
优化工作流程效率：全自动化的数据处理流程将医生从耗时、繁琐的手动勾画与估算工作中解放出来，显著缩短评估与诊断时间。
提供高保真的3D可视化模型，可作为医患之间直观、有效的沟通工具，帮助患者更好地理解自身病情，提升治疗依从性。
为心脏病理学研究、新药研发评估和医学教学提供了标准化的、高精度的个体化三维模型数据库，加速心血管领域的科研创新。
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从数据到临床洞见的转化
作为一项旨在提升临床工作流效率与诊断精度的解决方案，智源“透明心脏”系统直接面向当前中国各大医院主流的2D LGE数据采集流程进行研发，提供了一个性价比更高、更符合临床习惯的本土化解决方案，有效填补市场空白。
赋能临床医生
提升医患交互体验
支持科研与教学
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数字孪生驱动的精准医疗
“透明心脏”展示了人工智能在复杂生物结构建模中的新可能。我们相信，这一方法不仅推动了心脏疾病诊断的精度，也为多器官、多疾病场景下的数字重建和智能分析提供了坚实的起点。
智源研究院始终致力于通过人工智能的前沿探索，解决真实世界中的关键科学与社会命题。本次“透明心脏”的成功研发，离不开与北京安贞医院的紧密合作。展望未来，我们期待与更多顶尖医疗机构和科研单位深度携手，进一步将深度学习与医学影像持续融合，使研究者和临床医生能够以前所未有的方式理解和干预生命过程，让每一次算法的进步，都转化为真实世界中更好的健康守护。
在探索生命复杂性的道路上，这只是开始。期待与全球同行一道，推动智能医疗不断前行，让医学的边界因科技创新而持续拓展。