Sim4Life V9.4 用于计算神经刺激

Sim4Life V9.4：经研究与实际应用淬炼

Sim4Life V9.4 通过针对性优化质量、稳健性和易用性，进一步巩固了其作为神经刺激建模首选平台的地位，这些改进源于严苛的实际应用需求。

神经刺激研究往往需要超越单纯的电场映射。现代工作流程通常包含：

• 解剖细节丰富的个性化模型
• 高分辨率低频电磁仿真
• 神经元级响应建模
• 安全相关参数评估（如组织诱导加热与电荷注入）

Sim4Life将这些组件整合于统一计算框架，实现连接影像建模、物理学与生理学的可控计算机模拟研究。
9.4版本在此基础上持续进化。近期由 Z43 合作伙伴 IT'IS 基金会为工业客户开展的两项定制化研究—针对具体设计、监管及转化需求—既彰显了平台能力，也揭示了直接推动本次版本优化的严苛应用场景类型。

应用展示

案例研究 1

个性化经颅脉冲电流刺激建模与神经元响应分析—IT’IS基金会与AscenZion合作项目

经颅脉冲电流刺激（tPCS）是一种新兴的非侵入性神经调控技术，旨在通过低强度脉冲电流调节脑功能，治疗脑瘫、自闭症等疾病。

随着研究深入，核心问题依然存在：
• tPCS如何与脑神经元相互作用？为何其有效性优于经颅交流电刺激（tACS）？
• 构建个性化tPCS规划工具需满足哪些条件？该工具应如何考量tPCS特异性神经反应并提升治疗效果？

为解决此问题，IT’IS开展了一项定制化研究，融合以下要素：
• 高度精细的个性化解剖头部模型，
• 低频电磁仿真（含电极-组织界面效应），
• 神经元级响应建模（覆盖多种皮层细胞类型），
• 群体层面暴露与响应变异性分析。

研究结果揭示了经皮经颅直流电刺激（tPCS）与经皮经颅交流电刺激（tACS）作用于脑神经元的根本差异：tPCS能有效极化皮层锥体神经元并调节小脑浦肯野细胞放电频率，与观察到的治疗反应相符。跨受试者比较证实颅骨结构与脑回褶皱的变异性显著影响治疗效果，确立了解剖学个性化治疗方案规划的必要性。

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案例研究2

计算机模拟迷走神经刺激器：设计、优化与安全性证据生成—IT'IS基金会

植入式周围神经刺激技术需在确保安全的前提下，有效激活或阻断目标神经纤维。设计空间极为复杂：电磁暴露、轴突电生理学、组织加热及其相互作用均需纳入考量。可信的计算机模拟监管证据需同时满足不确定性量化与实验验证要求。

核心问题包括：
• 实现特定募集或传导阻断水平所需的刺激电流强度？
• 该电流会引发何种温度升高？
• 哪些设计参数能实现更优的安全性与有效性特征？

为解决这些问题，IT'IS为大型医疗器械制造商开展了定制化研究，整合了：
• 基于分段组织学数据构建的多束颈部迷走神经模型，具备微米级特征与真实神经纤维分布，
• 电磁、电生理及热模拟，采用质量保证模型与组织特性，
• 参数化建模与多目标优化（Model Intelligence Hypertools）以识别优越设计，以及
• 系统性收敛分析与基于替代模型的不确定性量化（Model Intelligence Hypertools）。

研究结果识别出兼具卓越安全性和有效性的设计方案。关键预测通过离体实验获得验证。