المريض محددة النمذجة من القلب: تقدير توجهات الألياف البطيني

الهدف من التجربة التالية هو تقدير اتجاهات الألياف لقلب المريض لمحاكاة شخصية للفيزيولوجيا الكهربية للقلب لأنه ليس من الممكن حاليا الحصول على اتجاهات ألياف القلب سريريا. يتم تحقيق ذلك عن طريق تشويه هندسة قلب الأطلس لتتناسب مع هندسة قلب المريض المتاحة من صورة التصوير المقطعي المحوسب أو التصوير بالرنين المغناطيسي السريري كخطوة ثانية. يتم استخدام مجال التشوه الهندسي لتحويل اتجاهات ألياف الأطلس ، والتي تولد بعد ذلك تقديرا لاتجاهات ألياف قلب المريض.

بعد ذلك ، باستخدام قلوب التي يتم قياس اتجاهات الألياف فيها بشكل غير سريري باستخدام موتر الانتشار ، والتصوير بالرنين المغناطيسي ، وهي أحدث التقنيات ، تتم مقارنة اتجاهات الألياف المقدرة مع الاتجاهات المكتسبة من أجل التحقق من صحة المنهجية المقترحة. تظهر النتائج التي تم الحصول عليها أن اتجاهات الألياف المقدرة تتطابق بشكل وثيق مع الاتجاهات المكتسبة ولا توجد فروق ذات دلالة إحصائية بين نتائج المحاكاة الفيزيولوجية الكهربية مع اتجاهات الألياف المقدرة والمكتسبة على مستوى يمكن ملاحظته سريريا. يوضح هذا البحث كميا أنه في حالة عدم وجود موتر الانتشار ، يمكن تقدير اتجاهات ألياف عضلة القلب بالرنين المغناطيسي للبطينين العاديين والفاشلين من صور في الجسم الحي لهندستهما لاستخدامها في محاكاة الفيزيولوجيا الكهربية للقلب.

تقدير اتجاهات ألياف قلب المريض أمرا ضروريا لقدرتنا على بناء نماذج خاصة بالمريض لوظائف القلب. يمكن استخدام نماذج القلب الخاصة بالمريض للتنبؤ بخطر عدم انتظام ضربات القلب لدى مرضى القلب أو لتوجيه التدخلات التي يمكن استخدامها لعلاج اضطرابات نظم القلب. على الرغم من أننا نوضح أنه يمكن استخدام هذا للنمذجة الفيزيولوجية الكهربية الخاصة بالمريض ، إلا أنه يمكن أيضا تطبيقه على النمذجة الكهروميكانيكية الشخصية.

ابدأ في تقدير اتجاه الألياف لقلب الشخص عن طريق الحصول أولا على التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي والتصوير بالرنين المغناطيسي لموتر الانتشار أو D-T-M-R-I. صور لقلب بشري بالغ طبيعي في الانبساط. احصل على الصور بدقة مليمتر واحد مكعب.

ثم استخدم الصورة J لاستخراج عضلة القلب البطينية من الصورة الهيكلية للأطلس. افعل ذلك عن طريق تركيب ستائر قريبة من خلال مجموعة من النقاط البارزة على طول حدود النخابي والشغاف. لكل شريحة محور قصير، قم بإجراء وضع نقاط المعالم يدويا.

لكل شريحة 10 في الصورة ، احصل على نقاط المعالم للشرائح المتبقية عن طريق الاستيفاء الخطي للنقاط المحددة يدويا باستخدام matlab. بعد ذلك ، أعد بناء اتجاهات الألياف لقلب الأطلس عن طريق حساب متجهات iGen الأولية لموترات الانتشار في صورة DT MRI. بمجرد تحديد هندسة قلب الأطلس ، احصل على صورة لهندسة قلب المريض في الانبساط باستخدام التصوير المقطعي المحوسب للقلب في الجسم الحي أو التصوير بالرنين المغناطيسي لإعادة بناء هندسة قلب المريض من الصورة بشكل مشابه للطريقة التي تم بها بناء الأطلس.

تأكد من أن دقة الهندسة المعاد بناؤها هي ملليمتر واحد مكعب عن طريق ضبط عدد الشرائح التي يتم انتقاء المعالم يدويا لها والفاصل الزمني للاستيفاء خارج المستوى. بعد ذلك ، قم بتشويه صورة بطين الأطلس الموضحة باللون الأرجواني لتتناسب مع صورة هندسة المريض الموضحة باللون الأحمر في خطوتين. في الخطوة الأولى ، قم بإجراء تحويل aine بناء على مجموعة من 13 نقطة بارزة موصوفة في البروتوكول.

في الخطوة الثانية ، قم بتشويه البطينين الأطلسي المحولة INE لتتناسب مع هندسة المريض باستخدام رسم خرائط متري ثنائي الشكل كبير أو L-D-D-M-M. بعد ذلك ، قم بتحويل صورة DT MRI للأطلس. لتحقيق ذلك ، قم بإعادة وضع ثقوب الصورة وإعادة توجيه موترات الانتشار.

وفقا لمصفوفة التحويل المكتسبة من مطابقة AINE ومجال التشوه أثناء تحويل L-D-D-M-M ، يجب إجراء إعادة توجيه موترات الانتشار باستخدام الحفاظ على الاتجاهات الأساسية أو طريقة PPD. أخيرا ، احصل على تقدير لتوجهات ألياف المريض من صورة التصوير بالرنين المغناطيسي للأطلس GT عن طريق حساب متجه iGen الأساسي لأزمنة الانتشار. من أجل قياس خطأ التقدير ، احصل أولا على التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي خارج الجسم الحي والتصوير بالرنين المغناطيسي DT لستة قلوب طبيعية وثلاثة قلوب فاشلة بدقة عالية.

قم بتقسيم البطينين من قلوب بشكل مشابه لقلوب قلب الأطلس البشري ، كما هو موضح في القسم السابق ، يشير إلى البطينين المجزأين من قلوب الطبيعية على أنها قلوب من واحد إلى ستة ، وتلك من قلوب الفاشلة كقلب من سبعة إلى تسعة. ثم استخدم كل قلوب من اثنين إلى ستة كأطلس للحصول على خمسة تقديرات مختلفة لاتجاهات الألياف البطينية للقلب. يقدر واحد آخر اتجاهات الألياف لكل من البطينين الفاشلين من القلب سبعة وثمانية وتسعة ، باستخدام القلب الأول كأطلس لجميع نقاط البيانات في كل مجموعة من الألياف المقدرة ، تحسب الاتجاهات خطأ التقدير حيث ثيتا E و theta A هي زوايا ميل اتجاهات الألياف المقدرة والمكتسبة في تلك المرحلة على التوالي من القلب.

بناء واحد ستة نماذج بناء النموذج الأول مع DT التصوير بالرنين المغناطيسي اكتسبت اتجاهات الألياف من القلب واحد والنماذج من اثنين إلى ستة مع الاتجاهات الألياف المقدرة, مجموعات بيانات القلب, واحد لكل من الثلاثة. تبني هندسة القلب الفاشلة نموذجين بطينيين ، أحدهما مع اتجاهات الألياف المكتسبة DT MRA والآخر باتجاهات الألياف المقدرة. هنا ، يجب أن تكون الدقة المكانية للنماذج 600 ميكرون.

بعد ذلك ، تشير إلى نماذج قصور القلب. مع DT التصوير بالرنين المغناطيسي اكتسبت ألياف كنماذج من سبعة إلى تسعة وتلك ذات الألياف المقدرة كنماذج من 10 إلى 12 في النماذج. استخدم تمثيل المجال الأحادي لوصف أنسجة القلب من خلال استخدام المعادلة الحاكمة الموضحة هنا والموضحة بالتفصيل في بروتوكول النص باستخدام حزمة البرامج الكارب بواسطة حل القلب ، ومحاكاة إيقاع الجيوب الأنفية مع جميع النماذج باستخدام رؤى PACE كما هو موضح هنا ، متراكبة على القلب سبعة.

بعد ذلك ، قم بتحفيز تسرع القلب البطيني العائد في النماذج الستة الفاشلة باستخدام بروتوكول سرعة S واحد S مع مواقع الأقطاب الكهربائية كما هو موضح هنا لتحقيق ذلك ، اختر التوقيت بين S واحد و S اثنين للحصول على نشاط تسرع القلب البطيني المستمر لمدة ثانيتين بعد الولادة S الثانية. إذا لم يتم إحداث تسرع القلب البطيني لأي توقيت S واحد S ، قلل الموصلية بنسبة تصل إلى 70٪ حتى يتم إحداث عدم انتظام دقات القلب لكل محاكاة. احسب مخطط كهربية القلب الزائف عن طريق أخذ فرق الإمكانات خارج الخلية بين نقطتين بالقرب من قاعدة القلب.

يتم فصل النقاط بمقدار 18 سم بحيث يكون الخط الذي يربطها عموديا على مستوى القمة الأساسي للحاجز كما هو موضح في E واحد و E اثنين لكل محاكاة مع اتجاهات الألياف المقدرة تحسب المقياس المجنون باستخدام الصيغة الموضحة هنا حيث X هو شكل موجة ECG لاتجاهات الألياف المقدرة. Y هو شكل موجة ECG لاتجاهات الألياف المكتسبة. X ناقص هو متوسط قيمة x.

Y ناقص هو متوسط قيمة Y ، ثم طول X و Y الموضحة هنا هي تصورات مبسطة لقلب سليم ومريض موضحة مع اتجاه الألياف المقدر الموضح على شكل ألياف سماوية واتجاهات الألياف المكتسبة DT MRI الموضحة باللون الأصفر. بالنظر عن كثب ، يمكنك رؤية المحاذاة المماثلة بين اتجاهات الألياف المكتسبة والمقدرة. يمكن رؤية الاختلاف في زوايا الميل بين الألياف المكتسبة والمقدرة بسهولة أكبر في نموذج التوزيع ثلاثي الأبعاد الذي يستخدم اللون لتمثيل متوسط زاوية خطأ التقدير.

يتراوح شريط الألوان من صفر درجة إلى 175 درجة من هذه البيانات. يتم رسم رسم بياني يوضح عدد الفوكسل عند كل درجة من الخطأ لكل من القلب الطبيعي والفاشل. تظهر هذه النتائج أن زوايا ميل الألياف المتوقعة ، وتوجهات القلوب الطبيعية والفاشلة يمكن مقارنتها بتلك المكتسبة بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي خارج الجسم الحي.

ثم يتم استخدام خرائط التنشيط المحاكاة لمقارنة اتجاهات الألياف المكتسبة والمقدرة فيما يتعلق بانتشار الإشارة الكهربائية في جميع أنحاء القلب. يمثل اللون وقت التنشيط كما هو موضح في وسيلة إيضاح اللون. خريطة التنشيط الموجودة على اليسار مخصصة لمحاكاة إيقاع الجيوب الأنفية مع النموذج الأول الذي يمثل اتجاهات الألياف المكتسبة ، وتلك الموجودة على اليمين مخصصة لمحاكاة إيقاع الجيوب الأنفية.

مع النماذج من اثنين إلى ستة تمثل اتجاهات الألياف المقدرة. عندما يتم حساب متوسط خرائط التنشيط المقابلة لاتجاهات الألياف المقدرة ، يكون متوسط الفرق الكلي بينها وبين الطراز الأول ضئيلا. تظهر مخطط كهربية القلب الزائفة لمحاكاة إيقاع الجيوب الأنفية مع النموذج الأول والنموذج الثالث أشكالا متطابقة وتؤدي إلى درجة MAD منخفضة تبلغ 4.14٪ فقط ، عند مقارنة خرائط التنشيط لمحاكاة إيقاع الجيوب الأنفية مع اتجاهات الألياف المكتسبة والمقدرة للقلوب المريضة ، شوهدت درجات MAD.

تراوحت درجة MAD من 3.8 في القلب ، وسبعة إلى 6.1 في القلب تسعة. يمثل هذا ارتباطا كبيرا بين اتجاهات الألياف المكتسبة والمقدرة بمجرد إتقانها ، يمكن تنفيذ هذه التقنية في غضون ساعات قليلة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح باتباع هذا الإجراء. يمكن إجراء تقدير اتجاهات الألياف في القلوب المصابة باعتلال عضلة القلب الإقفاري من أجل اختبار فعالية الطريقة في وجود احتشاء عضلة القلب.

يمهد تطوير هذه التقنية الطريق لترجمة المحاكاة الحاسوبية لوظائف القلب من العلوم الأساسية إلى العيادة حيث يمكن استخدامها بجانب سرير المريض لتوجيه التدخلات لعلاج اضطرابات نظم القلب.