דוגמנות מטופל ספציפי של לב: אומדן של אורינטציות סיבי חדרית

מטרת הניסוי הבא היא להעריך את כיווני הסיבים של לב המטופל לסימולציות מותאמות אישית של אלקטרופיזיולוגיה של הלב מכיוון שלא ניתן כיום לרכוש קלינית כיווני סיבי לב. זה מושג על ידי עיוות גיאומטריית לב אטלס כך שתתאים לגיאומטריה של לב המטופל הזמינה מתמונת CT או MRI קלינית כשלב שני. שדה העיוות הגיאומטרי משמש לשינוי כיווני סיבי האטלס, אשר לאחר מכן מייצר אומדן של כיווני סיבי הלב של המטופל.

לאחר מכן, באמצעות לבבות כלבים שכיווני הסיבים שלהם נמדדים באופן לא קליני באמצעות טנזור דיפוזיה, MRI, הטכניקה המתקדמת, משווים את כיווני הסיבים המשוערים לאלה שנרכשו על מנת לאמת את המתודולוגיה המוצעת. התוצאות שהתקבלו מראות כי כיווני הסיבים המשוערים תואמים באופן הדוק לאלה הנרכשים ואין הבדלים משמעותיים בין תוצאות של סימולציות אלקטרופיזיולוגיות עם כיווני סיבים משוערים ונרכשים ברמה הניתנת לצפייה קלינית. מחקר זה מדגים כמותית כי בהיעדר טנזור דיפוזיה, ניתן להעריך את כיווני סיבי שריר הלב של MRI של חדרים תקינים וכושלים מתמונות in vivo של הגיאומטריות שלהם לשימוש בסימולציות של אלקטרופיזיולוגיה של הלב.

הערכת כיווני סיבי הלב של המטופל חיונית ליכולתנו לבנות מודלים ספציפיים למטופל של תפקוד הלב. ניתן להשתמש במודלים לבביים ספציפיים למטופלים אלה כדי לחזות את הסיכון להפרעות קצב בחולים עם מחלות לב או להנחות התערבויות שניתן להשתמש בהן לטיפול בהפרעות בקצב הלב. למרות שאנו מדגימים כי ניתן להשתמש בזה עבור מודלים אלקטרופיזיולוגיים ספציפיים למטופל, ניתן ליישם אותו גם עבור מודלים אלקטרומכניים מותאמים אישית.

התחל להעריך את כיוון הסיבים של לב הנבדק על ידי רכישת MRI מבני וטנזור דיפוזיה MRI או D-T-M-R-I. תמונות של לב אנושי בוגר רגיל בדיאסטולה. רכוש את התמונות ברזולוציה של מילימטר אחד מעוקב.

לאחר מכן השתמש בתמונה J כדי לחלץ את שריר הלב החדר מהתמונה המבנית של האטלס. עשה זאת על ידי התאמת תריסים סגורים דרך קבוצה של נקודות ציון לאורך גבולות האפיקרדיאל והאנדוקרדיאל. עבור כל פרוסת ציר קצרה, בצע את המיקום של נקודות ציון באופן ידני.

עבור כל פרוסה עשירית בתמונה, השג את נקודות ציון הדרך עבור הפרוסות הנותרות על ידי אינטרפולציה ליניארית של הנקודות שזוהו ידנית באמצעות matlab. לאחר מכן, שחזר את כיווני הסיבים של לב האטלס על ידי חישוב וקטורי ה-iGen העיקריים של טנזורי הדיפוזיה בתמונת DT MRI. לאחר הגדרת הגיאומטריה של לב האטלס, רכוש תמונה של הגיאומטריה של לב המטופל בדיאסטולה באמצעות CT לב או MRI in vivo לשחזר את גיאומטריית לב המטופל מהתמונה בדומה לאופן שבו נבנה האטלס.

ודא שהרזולוציה של הגיאומטריה המשוחזרת היא מילימטר אחד מעוקב על ידי התאמת מספר הפרוסות שעבורן נבחרו ציוני הדרך באופן ידני ומרווח האינטרפולציה מחוץ למישור. לאחר מכן, עוות את תמונת חדר האטלס המוצגת במג'נטה כך שתתאים לתמונת הגיאומטריה של המטופל המוצגת באדום בשני שלבים. בשלב הראשון, בצע טרנספורמציה של aine המבוססת על קבוצה של 13 נקודות ציון המתוארות בפרוטוקול.

בשלב השני, יש לעוות עוד יותר את חדרי האטלס שעברו טרנספורמציה של INE כך שיתאימו לגיאומטריה של המטופל באמצעות מיפוי מטרי דימורפי של דפורמציה גדולה או L-D-D-M-M. לאחר מכן צור את תמונת ה-DT MRI של האטלס. כדי להשיג זאת, מקם מחדש את חורי השוחות בתמונה וכוון מחדש את טנזורי הדיפוזיה.

על פי מטריצת הטרנספורמציה שנרכשה מהתאמת ה-AINE ושדה העיוות במהלך טרנספורמציית L-D-D-M-M, יש לבצע את הכיוון מחדש של טנזורי הדיפוזיה באמצעות שימור כיווני העיקרון או שיטת PPD. לבסוף, קבל אומדן של כיווני הסיבים של המטופל מתמונת ה-MRI של אטלס GT על ידי חישוב וקטור ה-iGen העיקרי של זמני הדיפוזיה. על מנת למדוד את שגיאת ההערכה, יש לרכוש תחילה MRI מבני ex vivo ו-DT MRI של שישה לבבות תקינים ושלושה לבבות כלבים כושלים ברזולוציה גבוהה.

פלח את החדרים מלבבות הכלבים בדומה לאלה של לב האטלס האנושי, כפי שתואר בסעיף הקודם, מציין חדרים המחולקים מלבבות כלבים רגילים כלבבות אחד עד שש, ואלה מלבבות כלבים כושלים כלב שבע עד תשע. לאחר מכן השתמש בכל אחד מהלבבות שניים עד שישה כאטלס כדי לקבל חמש הערכות שונות של כיווני סיבי החדר של הלב. לאחר מכן אומדים את כיווני הסיבים עבור כל אחד מהחדרים הכושלים מלב שבע, שמונה ותשע, תוך שימוש בלב אחד כאטלס עבור כל נקודות הנתונים בכל קבוצה של סיבים משוערים, כיוונים מחשבים את שגיאת ההערכה כאשר תטה E ותטא A הן זוויות הנטייה של כיווני סיבים משוערים ונרכשים באותה נקודה בהתאמה מהלב.

מבנה אחד שישה מודלים בונים את המודל הראשון עם DT MRI שנרכש כיווני סיבים של לב אחד ומודלים שניים עד שישה עם כיווני הסיבים המשוערים, מערכי נתונים של לב, אחד לכל אחד מהשלושה. גיאומטריות לב כושלות בונות שני מודלים חדריים, האחד עם כיווני הסיבים הנרכשים DT MRA והשני עם כיווני הסיבים המשוערים. כאן, הרזולוציה המרחבית של המודלים צריכה להיות 600 מיקרון.

הבא מסמן את המודלים של אי ספיקת לב. עם DT MRI רכש סיבים כדגמים 7 עד 9 ואלה עם סיבים משוערים כדגמים 10 עד 12 בדגמים. השתמש בייצוג תחום מונו כדי לתאר את רקמת הלב על ידי שימוש במשוואה השולטת המוצגת כאן ומתוארת בפירוט בפרוטוקול הטקסט באמצעות חבילת התוכנה carp by cardio solve, הדמיה של קצב הסינוס עם כל המודלים באמצעות תובנות PACE כפי שמוצג כאן, על לב שבע.

לאחר מכן, השראת טכיקרדיה חדרית חוזרת בששת המודלים הכושלים באמצעות פרוטוקול קצב S אחד S שני עם מיקומי אלקטרודות כפי שמוצג כאן כדי להשיג זאת, בחר את התזמון בין S אחד ל-S 2 כדי להשיג פעילות טכיקרדיה חדרית מתמשכת למשך שתי שניות לאחר לידה S שתיים. אם לא נגרמת טכיקרדיה חדרית לתזמון S אחד S שניים, הפחת את המוליכות בעד 70% עד שתושרר טכיקרדיה עבור כל סימולציה. חשב א.ק.ג מדומה, על ידי לקיחת הפרש הפוטנציאלים החוץ-תאיים בין שתי נקודות ליד בסיס הלב.

הנקודות מופרדות ב-18 סנטימטרים כך שהקו המחבר ביניהן מאונך למישור הקודקוד הבסיסי של המחיצה כפי שמודגם על ידי E אחד ו-E שניים עבור כל סימולציה עם כיווני הסיבים המשוערים מחשבים את המדד המטורף באמצעות הנוסחה המוצגת כאן כאשר X הוא צורת הגל של א.ק.ג של כיווני סיבים משוערים. Y היא צורת הגל של א.ק.ג של כיווני הסיבים הנרכשים. X מינוס הוא הערך הממוצע של x.

Y מינוס הוא הערך הממוצע של Y, ולאחר מכן הוא האורך של X ו-Y מוצגים כאן הדמיות יעילות של לב בריא וחולה המוצגות עם כיוון סיבים משוער המוצג כסיבי ציאן וכיווני סיבים נרכשים ב-DT MRI מוצגים בצהוב. במבט מקרוב יותר, אתה יכול לראות את היישור הדומה בין כיווני הסיבים הנרכשים והמשוערים. ההבדל בזוויות הנטייה בין הסיבים הנרכשים והמשוערים נראה ביתר קלות במודל התפלגות תלת מימדי המשתמש בצבע כדי לייצג את זווית שגיאת ההערכה הממוצעת.

סרגל הצבעים נע בין אפס מעלות ל-175 מעלות מנתונים אלה. היסטוגרמה המציגה את מספר הווקסלים בכל דרגת שגיאה משורטטת הן עבור הלב הנורמלי והן עבור הלב הכושל. תוצאות אלה מראות כי זוויות הנטייה של סיבים חזויים, כיוונים של לבבות תקינים וכושלים דומים לאלו הנרכשים על ידי MRI DT ex vivo.

מפות ההפעלה המדומות משמשות לאחר מכן להשוואת כיווני הסיבים הנרכשים והמשוערים ביחס להתפשטות האות החשמלי ברחבי הלב. הצבע מייצג את זמן ההפעלה כפי שמתואר במקרא הצבעים. מפת ההפעלה משמאל מיועדת לסימולציה של קצב הסינוס כאשר המודל הראשון מייצג את כיווני הסיבים הנרכשים, ואלה מימין מיועדים לסימולציות של קצב הסינוס.

עם דגמים שניים עד שישה המייצגים כיווני סיבים משוערים. כאשר מפות ההפעלה המתאימות לכיווני הסיבים המשוערים ממוצעות, ההבדל הכולל הממוצע בינן לבין הדגם הראשון הוא מינימלי. האק"ג המדומים של סימולציות קצב סינוסים עם מודל 1 ומודל 3 מראים מורפולוגיות זהות ומביאים לציון MAD נמוך של 4.14% בלבד. באופן דומה, כאשר משווים מפות הפעלה של סימולציות קצב סינוסים עם כיווני סיבים נרכשים ומשוערים של הלבבות החולים, נצפו ציוני MAD נמוכים.

ציון ה-MAD נע בין 3.8 בלב, שבע עד 6.1 בלב תשע. זה מייצג מתאם גבוה בין כיווני הסיבים הנרכשים והמשוערים לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך מספר שעות אם מבוצעת כראוי בעקבות הליך זה. ניתן לבצע הערכה של כיווני סיבים בלבבות עם קרדיומיופתיה איסכמית על מנת לבחון את יעילות השיטה בנוכחות אוטם שריר הלב.

פיתוח טכניקה זו סולל את הדרך לתרגום סימולציות ממוחשבות של תפקוד הלב ממדע בסיסי למרפאה, שם ניתן להשתמש בהן ליד מיטת המטופל כדי להנחות התערבויות לטיפול בהפרעות בקצב הלב.