Name: 在计算机中 心血管疾病的临床试验 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-05-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: 了解Silico FCM平台工作流程，利用患者特异性超声图像和心脏多尺度机电模型生成左心室参数化模型。该平台支持虚拟临床试验，可减少动物实验并优化心肌病治疗效果。

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本研究由欧盟“地平线2020”研究与创新计划（资助协议 SILICOFCM 777204）以及塞尔维亚共和国教育、科学和技术发展部通过合同编号451-03-68/2022-14/200107提供支持。本文仅反映作者观点，欧盟委员会对本文所含信息的任何使用不承担任何责任。

本研究的方案已获得英国国家医疗服务体系健康研究局东北-泰恩地区伦理委员会的批准 &amp;#38; Wear 南部研究伦理委员会于2019年2月6日批准（编号18/NE/0318），并由各参与中心的机构审查委员会采纳。本研究遵循优良临床实践原则及《赫尔辛基宣言》开展。所有参与研究的受试者均签署了知情同意书。患者的个人信息均保持匿名。
1. 超声M型或心尖切面DICOM图像分析及左心室参数提取的工作流程
注意：开始本方案前，用户必须登录 SILICOFCM 平台8，并选择相应的工作流程（即使用 M 型或心尖切面进行超声图像分析）。例如，用于超声 M 型 DICOM 图像分析及左心室（LV）参数提取的工作流程包含多个步骤。第一步是模板匹配。待匹配的模板应包含所有相关的重要边界。需要强调的是，对于每一套新数据集，只需针对对应特定超声设备的数据集手动提取一次模板即可。工作流程示意图见图 1。在 Felsenszwalb 的高效基于图的图像分割算法找到与室间隔和左心室壁边界相对应的&#34;强&#34;边界后，将从被分析图像中提取与模板匹配的区域。基于这些边界以及心脏直径最大处（对应舒张期直径）和最小处（对应收缩期直径），将计算出多种左心室尺寸参数。用户应定义所用图像视图为 M 型或心尖切面。
<ol>
	<li>使用用户名和密码登录平台。在虚拟人群模块中，选择超声M型或心尖切面工作流程。</li>
	<li>在可用工作流程列表中，选择超声融合工作流程。</li>
	<li>在文件上传部分，上传存储在用户计算机本地的图像和DICOM文件（图2）。 
	注意：该模块的输入为特定患者的M型切面DICOM图像分析及左心室（LV）参数提取，测试图像（由用户提供，需为DICOM格式，代表M型或心尖切面）以及静态文件（图1）。静态文件包括：a）input.txt 文件，该模板文件用于覆盖模块计算出的输出测量值（由此文件生成新的输出文件）；b）模板图像文件，用于模板匹配（即 template_dicom_GEMS.jpg）。</li>
	<li>选择“私有”或“公共”文件夹作为文件的目标文件夹。在启动工作流程前，在备注栏中输入所需的注释或说明。选择之前上传的（步骤1.3）心尖切面和M型LV超声图像及DICOM文件（图3）。 
	注意：超声心动图分割工具包含两个子模块：心尖切面模块和M型切面模块。两个模块均可通过平台访问。分析内容包括计算相应横截面中可见的特征参数。在两种情况下，所需数值均会被写入一个文件，该文件将作为用户侧参数化心脏模型的输入（详见讨论部分）。</li>
	<li>点击执行按钮。当运行的工作流程完成时，交互式平台将通知用户。</li>
	<li>直接在平台上可视化生成的左心室几何结构（屏幕将自动显示一个三维模型，可通过鼠标旋转查看）。可视化选项包括着色和线框模型。 
	&#8203;注意：在提取左心室尺寸后，根据网格选项生成有限元网格，并运行有限元分析模拟，模拟中采用用户指定的入口和出口流速（见下文）。</li>
</ol>
2. 用于流固耦合（FS）模拟的 PAK 有限元求解器
注意：该工具可用于耦合固-液问题的有限元分析。它支持固体与流体之间的强耦合和弱耦合。单元可以是六面体或四面体，可包含或不包含位于单元中心的附加节点。该求解器内置了多种材料模型，例如Holzapfel模型、hunter肌肉模型等。PAK-FS的信息流图如图4所示。流程从输入文件和PAK预处理器开始，PAK预处理器工具生成一个DAT文件，该文件将作为有限元求解器的输入文件。求解器的最终输出为VTK文件，其中包含有限元模拟的结果：左心室内的速度、压力、应变和应力。
<ol>
	<li>使用底部区域的按钮下载入口和出口速度边界条件的模板文件（图3）；如果已有患者特异性血流边界条件，请下载并使用这些文件。通过点击底部区域相应的按钮下载网格选项。将这些文件保存到“私有”或“公共”文件夹中。</li>
	<li>以与上传图像类似的方式上传这些文件（图3）。规定的入口和出口速度用于模拟药物状态，而网格选项用于控制有限元网格的密度。为模拟患者特异性条件，需修改压力、流量、材料属性和钙函数的默认值。</li>
	<li>点击 执行 按钮。列表中将出现一个新的正在运行的工作流。如果工作流的任何部分不清晰，可点击 帮助文件 按钮（图3）查看有关如何使用此工作流以及解释结果的详细说明。 
	注意：如果所有步骤均无错误地执行，工作流状态将从 &#34;运行中&#34; 变为 &#34;完成 ok&#34;。</li>
	<li>通过多种选项查看结果。或者，下载结果文件；结果文件夹包含 VTK 文件、CSV 文件和动画。
	<ol>
		<li>点击眼睛按钮，查看射血分数和整体做功效率值，以及压力-容积、压力-应变和心肌做功-时间的关系图。</li>
		<li>点击相机按钮，预览并播放位移、压力、剪切应力和速度场的动画。</li>
		<li>点击 3D 可视化按钮，在 ParaView Glance 中在线可视化输出结果。
		<ol>
			<li>加载先前下载的多个作为结果的 VTK 文件。查看多个感兴趣参数，并将场变量更改为例如速度，以进行可视化。</li>
			<li>旋转模型或更改配色方案。选择 带边线的表面 或 线框 模式来表示表面。对每个已加载的 VTK 文件应用相同的处理方法。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 通过心电图测量确定心室激动顺序
注意：已实现一种改进的 FitzHugh-Nagumo 心脏细胞模型。胸导联采用标准的六个电极进行建模。通过心电图逆问题优化心脏电位。从窦房结的激活（作为时间的函数）开始，结合心脏和躯干内异质性的动作电位，用户可获得整个躯干模型上的电活动。PAK-TORSO 的信息流图如图5所示。用户需提供躯干模型在所有方向（x、y、z）上的缩放参数以及心电图信号函数。随后生成缩放后的模型，并利用 PAK-FS 求解器模拟其行为。这些输入值由用户在一个文本文件中提供。模拟的输出结果是一个 VTK 文件，包含嵌入躯干环境中心脏的电活动数据。
<ol>
	<li>在首页，前往 执行工作流，然后从可用工作流列表中选择 torse-cwl。在执行工作流前，请先在 评论 部分添加一条评论或备注。</li>
	<li>点击 输入模板文件 按钮，将网页上显示的内容保存为 input.txt 文件，该文件将用于躯干模型。在 输入文件 字段中，选择已下载的 input.txt 文件。文件导入后，点击 执行 按钮以启动计算。 
	注意：左下角将出现一个新的工作流，其状态显示为 &#34;running&#34;；计算持续约 0.5 小时，之后状态将变为 &#34;finished ok&#34;。</li>
	<li>点击左下角的眼睛或相机按钮，可直接在平台上查看可用的模拟报告或动画。 
	注意：结果包括每个时间步的电场、速度、压力、剪切应力和形变的分布情况。可查看整个心动周期中每种分布的动画。</li>
	<li>或者，点击 3D 可视化按钮，在 ParaView Glance 中在线查看输出结果。
	<ol>
		<li>点击 打开文件 按钮，进入 GIRDER 选项卡，如提示请输入用户凭据，然后打开 Private 文件夹。</li>
		<li>在下一页中，选择 workflow-outputs 文件夹，并打开 torso-cwl 文件夹。打开列表中的第一个文件夹。</li>
		<li>查看代表模拟结果的 VTK 文件列表。选择一个或多个文件，然后点击 选择 按钮，将文件加载到 ParaView Glance 中。</li>
		<li>使用鼠标操作模型几何结构（例如移动、旋转、放大或缩小等）。</li>
		<li>按以下方式选择不同的模型表示选项。
		<ol>
			<li>选择 线框 选项，可查看包含心脏的躯干内部结构；选择 点 选项，可显示带有完整心脏网格的点状躯干模型。</li>
			<li>调整 点大小 值以改变显示效果；调整 不透明度 值以查看躯干内部，并显示心脏网格内部的结果。</li>
			<li>点击 颜色依据 下拉菜单并选择所需选项，例如电势。将默认颜色标尺更改为所列选项中的任意一种。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Gibbons Kroeker, C. A., Adeeb, S., Tyberg, J. V., Shrive, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+2D+FE+model+of+the+heart+demonstrates+the+role+of+the+pericardium+in+ventricular+deformation%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">A 2D FE model of the heart demonstrates the role of the pericardium in ventricular deformation.</a> American Journal of Physiology. 291 (5), 2229-2236 (2006).</li>
<li>Pullan, A. J., Buist, M. L., Cheng, L. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPullan%2C+AJ+%22Mathematically+Modelling+the+Electrical+Activity+of+the+Heart+-+From+Cell+To+Body+Surface+and+Back+Again%22">Mathematically Modelling the Electrical Activity of the Heart - From Cell To Body Surface and Back Again</a>. , World Scientific. (2005).</li>
<li>Trudel, M. -C., Dub´e, B., Potse, M., Gulrajani, R. M., Leon, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+QRST+integral+maps+with+a+membrane+based+computer+heart+model+employing+parallel+processing%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Simulation of QRST integral maps with a membrane based computer heart model employing parallel processing.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 51 (8), 1319-1329 (2004).</li>
<li>Kojic, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smeared+multiscale+finite+element+models+for+mass+transport+and+electrophysiology+coupled+to+muscle+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioengineering+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Smeared multiscale finite element models for mass transport and electrophysiology coupled to muscle mechanics.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7, 381(2019).</li>
<li>Baillargeon, B., Rebelo, N., Fox, D. D., Taylor, R. L., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Living+Heart+Project%3A+A+robust+and+integrative+simulator+for+human+heart+function%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Mechanics+-+A%2FSolids%22%5BJournal%5D)">The Living Heart Project: A robust and integrative simulator for human heart function.</a> European Journal of Mechanics - A/Solids. 48, 38-47 (2014).</li>
<li>Guccione, J. M., McCulloch, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanics+of+active+contraction+in+cardiac+muscle%3A+Part+I--Constitutive+relations+for+fiber+stress+that+describe+deactivation%5BTitle%5D)+AND+%22TheJournal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mechanics of active contraction in cardiac muscle: Part I--Constitutive relations for fiber stress that describe deactivation.</a> TheJournal of Biomechanical Engineering. 115, 72-81 (1993).</li>
<li>Guccione, J. M., Waldman, L. K., McCulloch, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanics+of+active+contraction+in+cardiac+muscle%3A+Part+II--Cylindrical+models+of+the+systolic+left+ventricle%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mechanics of active contraction in cardiac muscle: Part II--Cylindrical models of the systolic left ventricle.</a> The Journal of Biomechanical Engineering. 115, 82-90 (1993).</li>
<li>H2020 project SILICOFCM: In Silico. trials for drug tracing the effects of sarcomeric protein mutations leading to familial cardiomyopathy. , Available from: 
 <a target="_blank" href="www.silicofcm.eu">www.silicofcm.eu</a> 2018-2022 (2022).</li>
<li>Kojic, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smeared+multiscale+finite+element+model+for+electrophysiology+and+ionic+transport+in+biological+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+in+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Smeared multiscale finite element model for electrophysiology and ionic transport in biological tissue.</a> Computers in Biology and Medicine. 108, 288-304 (2019).</li>
<li>Wang, Y., Rudy, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+the+method+of+fundamental+solutions+to+potential-based+inverse+electrocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Application of the method of fundamental solutions to potential-based inverse electrocardiography.</a> Annals of Biomedical Engineering. 34 (8), 1272-1288 (2006).</li>
<li>Van Oosterom, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+the+spatial+covariance+in+computing+pericardial+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">The use of the spatial covariance in computing pericardial potentials.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 46 (7), 778-787 (1999).</li>
<li>Van Oosterom, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+spatial+covariance+used+in+computing+the+pericardial+potential+distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Computational+Inverse+Problems+in+Electrocardiography%22%5BJournal%5D)">The spatial covariance used in computing the pericardial potential distribution.</a> Computational Inverse Problems in Electrocardiography. , 1-50 (2001).</li>
<li>Van Oosterom, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Source+models+in+inverse+electrocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Bioelectromagnetism%22%5BJournal%5D)">Source models in inverse electrocardiography.</a> International Journal of Bioelectromagnetism. 5, 211-214 (2003).</li>
<li>Van Oosterom, A. The equivalent double layer: source models for repolarization. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVan+Oosterom%2C+A+%22Comprehensive+Electrocardiology%22">Comprehensive Electrocardiology</a>. , Springer. 227-246 (2010).</li>
</ol>

作者无利益冲突。

SILICOFCM 项目是一个用于设计虚拟患者群体的in silico（计算机模拟）临床试验平台，可用于风险预测、评估药物治疗效果，并减少动物实验和人体临床试验。药物治疗效果的测试通过设定入口/出口边界流动条件、钙功能以及血管壁材料特性进行建模。该平台将肌节水平的多尺度方法与整体心脏功能及功能优化水平相结合，用于预测心肌病进展过程中患者个体化状况的风险。
在SILICOFCM8项目中，已展示了用于心肌病建模及左心室电机械耦合的心脏模型。该心脏模型的几何结构包含七个不同区域：1）窦房结；2）心房；3）房室结；4）希氏束；5）束支纤维；6）浦肯野纤维；以及7）心室心肌。此外，还展示了一名健康受试者在心室激动过程中九个时序阶段对应的体表电位图，这些时序与心电图信号相对应。
在提取左心室的尺寸后，根据网格选项生成有限元网格，并使用用户指定的入口和出口速度进行有限元分析模拟。用户可通过查看平台上的可用动画和图表直接可视化结果。通过点击眼睛图标，用户可查看压力-容积、压力-...

近年来，信息技术、仿真软件包和医疗设备的快速发展为收集大量临床信息提供了机会。因此，开发全面且详细的计算工具对于从海量可用数据中处理特定信息变得至关重要。
从临床医生的角度来看，为了评估疾病的进展、治疗反应以及未来风险，至关重要的是要区分特定患者的&#34;正常&#34;与&#34;异常&#34;表型。近年来，计算模型显著提升了对肥厚型（HCM）和扩张型（DCM）心肌病中心肌行为的整合理解1。使用高分辨率、详细且解剖结构精确的全心电活动模型至关重要，但这需要大量的计算时间、专用软件以及超级计算机1,2,3。最近已开发出一种基于Holzapfel实验的线性弹性正交各向异性材料模型，用于构建真实三维心脏模型，该模型能够准确预测心脏内的电信号传导和位移场4。新型整合建模方法的发展可能成为区分多基因疾病患者症状类型与严重程度、评估正常体力活动受损程度的有效工具。
然而，患者特异性建模仍面临诸多新挑战。人类心脏的物理和生物学特性无法完全确定。非侵入性测量通常包含噪声数据，从中难以估算出个体患者的特定参数。大规模计算需要较长的运行时间，而临床应用的时间窗口却十分有限。患者个人数据的管理应确保所生成的元数据可在不损害患者隐私的前提下被重复利用。尽管存在这些挑战，多尺度心脏模型仍可包含足够详细的层次，以实现对实际观测到的瞬态响应进行高度吻合的预测，从而为未来的临床应用带来广阔前景。
然而，尽管多个研究实验室投入了大量科研努力并获得了巨额资助，目前市场上仅有一种可用于多尺度和全心脏模拟的商业化软件包，即SIMULIA Living Heart Model5。该软件包含动态电-机械模拟、精细的心脏几何结构、血流模型以及完整的心肌组织表征，后者包括被动与主动特性、纤维特性以及电传导通路。该模型旨在用于个体化医疗，但其主动材料表征基于Guccione等人提出的唯象模型6,7。因此，SIMULIA无法直接且准确地反映多种心脏疾病中所观察到的收缩蛋白功能特性的改变。这些改变源于分子和亚细胞水平的突变及其他异常6。SIMULIA软件在临床实践中仅能应用于少数场景，这充分体现了当前在构建更高层次的人类心脏多尺度模型方面所面临的挑战。另一方面，这也推动了新一代多尺度程序软件的开发，以实现从分子水平到器官水平追踪突变效应的目标。
心脏电生理学的主要目标是确定信号在躯干内的传导以及所有腔室的特性4,5,6。SILICOFCM8 项目利用患者特异性的生物学、遗传学和临床影像数据来预测心肌病的发展。该目标通过多尺度建模实现，涵盖真实的肌节系统、患者的遗传特征、肌纤维方向、流固耦合以及电生理耦合。左心室变形、二尖瓣运动和复杂血流动力学的影响，能够详细揭示特定患者心脏状况的功能行为。
本文展示了如何使用SILICOFCM平台，基于患者特异性超声图像，通过具有电机械耦合的流体-结构心脏模型，自动生成左心室（LV）的参数化模型。采用深度学习算法生成了左心室的心尖视图和M型超声视图分析结果。随后，利用网格生成器，自动构建有限元模型，以模拟左心室收缩全周期中不同边界条件下的情况9。在该平台上，用户可直接可视化显示模拟结果，如压力-容积、压力-应变和心肌做功-时间图，以及位移、压力、速度和剪切应力等不同场量的动画。输入特定患者的参数包括：超声图像提供的几何信息、左心室流入和流出边界的流速分布，以及特定药物治疗方案（例如entresto、地高辛、mavacamten等）。

<table><tbody><tr><td>SILICOFCM 项目</td><td></td><td>www.silicofcm.eu</td><td>注册用户可免费访问</td></tr></tbody></table>

体外心血管疾病临床试验

In Silico Clinical Trials for Cardiovascular Disease

SILICOFCM 项目的主要目标是开发一个用于家族性心肌病（FCMs）的in silico临床试验计算平台。该平台的独特之处在于整合了患者特异性的生物学、遗传学和临床影像数据。该平台支持医学治疗方案的测试与优化，以最大化积极的治疗效果，从而避免不良反应和药物相互作用，预防心源性猝死，并缩短从开始药物治疗到获得理想疗效所需的时间。本文介绍了一种基于患者特异性超声图像，通过应用心脏的电-机械模型自动生成的左心室参数化模型。药物效应通过入口和出口血流的特定边界条件、心电图（ECG）测量值以及心肌钙离子功能来设定。患者的遗传数据则通过心室壁的材料属性加以整合。心尖切面分析包括使用先前训练好的U-net框架对左心室进行分割，并根据左心室在舒张期和收缩期的长度计算其边界矩形。M型超声分析则包括在M型图像中对左心室特征区域进行边界划定。在提取左心室的尺寸后，根据网格设置生成有限元网格，并结合用户提供的入口和出口流速进行有限元分析模拟。用户可在平台上直接可视化多种模拟结果，如压力-容积图、压力-应变图和心肌做功-时间图，以及位移、压力、速度和剪切应力等不同场量的动画。

以超声M型DICOM图像分析及左心室（LV）参数提取的工作流程为例，如图1所示。M型图像与心尖切面可分别测试，也可依次连续测试，具体取决于所关注的参数。若依次连续测试，则结果将追加至同一个公共文件中（收缩期和舒张期结果分别保存）。若仅测试一种切面，则未知参数的数值将从默认文件input.txt中获取（图1）。SILICOFCM工具将根据切面模式对图像进行分析，具体如下。
心尖切面分析包括使用先前训练好的U-net框架对左心室（LV）进行分割，并计算边界矩形，基于该矩形可计算左心室舒张期二维长度（LVLd[cm]）和左心室收缩期二维长度（LVLs[cm]）。用户需定义该切面代表的是收缩期还是舒张期。输出文件如下：a) input_parametric_diastole.stl 或 input_parametric_systole.stl，其为PAK求解器的输入文件，包含所构建的几何...

本方案演示了SILICOFCM平台的工作流程，该平台通过应用心脏的多尺度电机械模型，从患者特异性的超声图像中自动构建左心室的参数化模型。in silico 临床试验可通过该平台实现，旨在减少实际临床试验的需求，并最大化治疗的积极效果。

SILICOFCM 项目的主要目标是开发一个用于家族性心肌病（FCMs）的计算机模拟临床试验计算平台。该独特的……

本方案展示了如何利用患者特异性超声图像，结合心脏的多尺度电机械模型，实现左心室Silico FCM平台的工作流程。Silico FCM平台可通过设定特定的流入与流出边界条件、心电图测量数据以及心肌钙离子功能，研究药物对心脏的作用。Silico FCM平台的应用可减少动物实验，降低真实临床试验的需求，并最大化心肌病治疗的积极疗效。硅基 FCM 还可应用于其他心血管疾病，如心力衰竭、心肌缺血、心律失常和心房颤动。Silico FCM 平台中的许多工作流程对于首次使用者而言非常有用，因为它们为引导用户使用该平台提供了非常有帮助的指导。Silico FCM 平台的可视化演示非常重要，因为许多用于可视化心血管参数的软件工具，例如速度、压力、剪切应力、壁面应力部分以及相关信息，都依赖于直观展示。首先使用用户名和密码登录平台。在虚拟人群模块中，选择超声M型或心尖切面工作流程。然后从可用的工作流程列表中选择超声融合工作流程。在文件上传部分，上传用户计算机上本地存储的图像和dcom文件，并选择私有或公共文件夹作为文件的目标文件夹。在开始工作流程之前，在注释部分输入所需的评论或备注。在M型左心室超声图像和DICOM文件中选择心尖视图。单击执行按钮。当运行的工作流程完成时，交互式平台会通知用户。在平台上直接可视化所创建的左心室几何结构。可供选择的选项包括用于可视化的阴影和线框模型。请选择工作流程，并通过按钮和底部区域下载入口和出口速度边界条件的模板文件。如果可获取患者特异性的血流边界条件，请下载并使用这些文件。将这些文件保存至私有或公共文件夹中。以与上传图像类似的方式上传这些文件。设定的入口和出口流速用于模拟药物条件，而网格选项可控制有限元网格的密度。为模拟特定患者的条件，需修改压力、流量、材料属性和钙函数的默认值。点击执行按钮。新的运行流程将出现在列表中。如果流程中的任何部分不够清晰，可点击帮助文件按钮，查看有关如何使用此流程及解读结果的详细说明。点击眼睛按钮，可查看射血分数和整体做功效率数值，以及压力-容积、压力-应变和心肌做功-时间的关系图。单击相机按钮以预览和播放位移、压力、剪切应力和速度场的动画。或者，下载结果。结果文件夹包含 VTK 文件、CSV 文件以及动画。加载多个 VTK 文件。查看多个感兴趣的参数，并将场更改为例如速度，以进行可视化。旋转模型或更改配色方案。选择带边线的表面或线框模式来表示表面。对每个已加载的 VTK 文件应用相同的处理方法。在主页上，进入执行工作流页面，然后从可用工作流列表中选择 torso。在注释部分添加评论或备注，然后执行该工作流。单击输入模板文件按钮，将网页上显示的内容保存为输入 dot txt 文件，该文件将用于躯干模型。在输入文件字段中，选择已下载的输入 dot txt 文件。文件导入后，单击执行按钮以开始计算。单击左下角的眼睛或相机按钮，可直接在平台上查看可用的模拟报告或动画。或者，单击3D可视化模块，在ParaView glance中在线查看输出结果。选择“打开文件”按钮。转到girder标签页，如果提示请输入用户凭证，然后打开私有文件夹。在下一页中，选择工作流输出文件夹并打开躯干文件夹。查看代表模拟结果的一系列VTK文件列表。选择一个或多个文件，然后单击选择按钮以在 ParaView Glance 中加载文件。使用鼠标操作模型几何结构。接下来，选择线框模式，以查看躯干内部结构以及位于躯干内的心脏。选择“点”选项，以点状形式显示带有完整心脏网格的躯干模型。调整点大小数值以改变显示效果。调整不透明度数值，以观察躯干内部结构，并在心脏网格内部显示结果。单击“按颜色”下拉菜单并选择所需的选项。最后，将默认的颜色标尺更改为列表中的任意选项。为了模拟左心室模型的真实行为，采用了在入口和出口瓣膜处预设的速度函数。一种用于自动计算纤维方向的算法已应用于该有限元模型。此处展示了单层和三层实体表示的结果。代表性图像显示了在一秒时间周期内参数化左心室模型内部的压力场。此处展示了五个不同的时间步。这些图像显示了参数化左心室模型内部的速度场。在加载-卸载循环期间，由于流体流动，分支内部出现了显著的数值峰值。此处显示的图像表示左心室参数化模型中的位移。与前两个阶段的压力变化类似，位移在收缩发生前均可忽略不计，而在收缩期间，模型底部的位移达到最大值。在其余时间段内，模型逐渐恢复至未变形状态。此处展示了左心室流固耦合模型的相应压力-容积图。这些图像呈现了左心室参数化模型中速度的矢量表示。代表性图像显示了在II导联心电图信号不同时间点上全心激活的模拟结果。跨膜电位（单位：毫伏）由颜色条表示。此处显示的图像代表健康受试者体表电位的分布图。这些图像展示了与心电图信号相对应的九个时序下的心室激动传导过程。与当前的医学标准相比，Silico FCM 平台能够提供更多信息，包括生物标志物、患者特异性几何结构、血流与压力、病情状态、原材料特性以及药物反应。Silico FCM 平台可利用患者特异性几何结构，针对其他心血管疾病，通过不同组合测试并优化药物反应。Silico FCM 计算平台将为心脏疾病的计算机模拟临床试验以及针对患者特异性病情的风险预测开辟一条新途径。

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在考虑将新型治疗策略应用于人体之前，心脏再生医学领域需要在大型临床前动物模型中进行广泛而详细的研究。本文中，我们演示了一种在兔模型中通过经皮对比超声心动图引导下进行心肌内注射的技术，该技术对于验证此类新型疗法的有效性具有重要的假说检验价值。...

经皮对比超声心动图引导下心肌内注射及细胞递送在大型临床前模型中的应用

组织特异性microRNA抑制技术在microRNA研究领域中尚处于发展阶段。本文介绍了一种在心肌成肌细胞中成功抑制miR-181 microRNA家族的实验方案。该方法采用纳米载体技术递送microRNA海绵，可实现显著的抑制效果 体内...

体内 纳米载体递送心脏特异性 microRNA 海绵

循环microRNA作为心血管疾病和急性心肌梗死的生物标志物已展现出良好的应用前景。在本研究中，我们描述了一种用于从心血管疾病患者血清中提取miRNA、逆转录及数字PCR的实验方案，以实现对miRNA的绝对定量。...

数字PCR用于急性心肌梗死和心血管疾病中循环微小RNA的定量分析

本方案描述了用于高通量药物筛选和毒性检测的诱导多能干细胞衍生心肌细胞（iPSC-CMs）中触发细胞活动的全光学控制与观测方法。展示了在时间和空间上对表型模式进行多参数定量分析的结果，并演示了药物在数小时内产生的长期效应或在数天内进行的连续测量。...

用于毒性测试和表型药物筛选的诱导多能干细胞衍生心肌细胞中钙信号的高通量光学调控与记录

本方案概述了先进的材料制备与 离体...

健康与缺血状态下双向电学与光电接口 离体 大鼠心脏

介绍了一种在钛基血液接触性生物材料上接种自体细胞并检测其生物相容性的方法。该方法利用内皮祖细胞和钛管，在将钛管植入猪腔静脉后的数分钟内完成细胞接种。该技术可适用于多种其他可植入式 biomedical...

自体血管内皮祖细胞接种技术及心血管器械在大型动物模型中的生物相容性测试

本方案综述了电细胞基底阻抗传感技术，该方法用于记录和分析贴壁细胞的阻抗谱，以定量检测细胞黏附、增殖、运动性以及细胞对药理和毒性刺激的反应。重点强调内皮细胞通透性的检测以及细胞间和细胞-基底相互作用的评估。...

用于定量分析内皮细胞增殖、屏障功能及迁移活性的细胞电阻传感技术

基于心动图模型对二尖瓣血流进行分析，已实现对全球舒张功能的准确、基于因果关系的量化 通过 参数化舒张期充盈（Parametrized Diastolic Filling, PDF）模型。PDF...

通过基于运动学模型的跨瓣血流分析及参数化舒张充盈形式对整体舒张功能进行定量评估

本实验方案的目标是构建一种三维全厚度皮肤等效物，其结构类似于天然皮肤。通过特制的自动化致伤装置，可在保持无菌条件下产生精确且可重复的伤口。...

生成三维全层皮肤等效物及自动化伤口制造

了解Silico FCM平台工作流程，利用患者特异性超声图像和心脏多尺度机电模型生成左心室参数化模型。该平台支持虚拟临床试验，可减少动物实验并优化心肌病治疗效果。

体外心血管疾病临床试验

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