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主动脉缩窄 (CoA) 是最常见的先天性心脏缺陷之一，是将血液从心脏输送到身体其他部位的主动脉变窄。在美国，它每年影响超过 1,600 名新生儿，并可能导致高血压、早发冠状动脉疾病、动脉瘤、中风和心力衰竭等健康问题。

为了更好地了解 CoA 患者的风险因素，包括前劳伦斯研究员和她在劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的导师在内的大型研究团队结合了机器学习、3D 打印和高性能计算模拟来准确建模主动脉中的血液流动。使用在 3D 打印脉管系统上验证的模型，该团队能够预测生理因素(例如劳累、抬高甚至怀孕)对 CoA 的影响，CoA 会迫使心脏更加用力地泵血以将血液输送到身体。该工作发表在《科学报告》杂志上。

这项工作是由当时的劳伦斯研究员 Amanda Randles(现为杜克大学生物医学科学助理教授 Mordecai)和她的导师 LLNL 计算机科学家 Erik Draeger 提议作为 LLNL 的机构计算大挑战项目，这项工作代表了迄今为止最大的模拟研究CoA，涉及在 LLNL 的 Blue Gene/Q Vulcan 超级计算机上进行的超过 7000 万计算小时的 3D 模拟。

德尔格说：“你可以进行这些模拟，真正了解这种情况对患者产生的实际影响范围，而不仅仅是患者坐在医生办公室休息时出现的因素。”“它还描述了一种协议，尽管你仍然需要进行模拟，但你不需要进行所有配置。这种类型的研究真正有趣的事情之一是，直到你可以做到这一水平“在模拟过程中，你必须遵循平均结果。而有了这个，你可以拍摄该特定人的主动脉图像并模拟主动脉壁上的压力。”

在 Vulcan 上，德尔格、兰德斯和他们的团队对主动脉狭窄进行了模拟，狭窄是心脏左侧的狭窄，会在主动脉和身体其他部位产生压力梯度。模拟使用了 Randles 开发的名为 HARVEY 的流体动力学软件来模拟血流，并在从计算机断层扫描和 MRI 扫描中得出的主动脉 3D 几何形状上运行。由于主动脉太大并且流动非常混乱，拥有生物医学模拟和 HPC 背景的 Randles 重写了 HARVEY 代码，以最大限度地提高 Vulcan 的性能，这样团队就可以运行准确建模所需的大量模拟。

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