Пациент конкретного моделирования сердца: оценка ориентации волокон Желудочковая

Целью данного эксперимента является оценка ориентации волокон сердца пациента для персонализированного моделирования электрофизиологии сердца, поскольку в настоящее время клинически получить ориентацию сердечных волокон невозможно. Это достигается за счет деформации атласной геометрии сердца в соответствии с геометрией сердца пациента, доступной на клиническом снимке КТ или МРТ в качестве второго шага. Поле деформации геометрии используется для преобразования ориентации волокон атласа, что затем позволяет получить оценку ориентации волокон сердца пациента.

Затем с использованием собачьих сердец, ориентация волокон которых измеряется неклинически с помощью диффузионного тензора, МРТ, современной техники, оцененные ориентации волокон сравниваются с приобретенными, чтобы подтвердить предложенную методологию. Полученные результаты показывают, что оцененные ориентации волокон близко совпадают с приобретенными, и нет существенных различий между результатами электрофизиологического моделирования с расчетной и приобретенной ориентацией волокон на клинически наблюдаемом уровне. Данное исследование количественно демонстрирует, что при отсутствии тензора диффузии ориентация волокон миокарда в нормальном состоянии и с недостаточностью желудочков может быть оценена по изображениям их геометрии in vivo для использования в моделировании электрофизиологии сердца.

Оценка ориентации сердечных волокон пациента имеет важное значение для нашей способности строить модели функции сердца для конкретного пациента. Эти модели сердца для конкретного пациента могут быть использованы для прогнозирования риска аритмии у пациентов с сердечными заболеваниями или для руководства вмешательствами, которые могут быть использованы для лечения нарушений сердечного ритма. Хотя мы демонстрируем, что это может быть использовано для электрофизиологического моделирования конкретного пациента, это также может быть применено для персонализированного электромеханического моделирования.

Начните оценивать ориентацию волокон сердца пациента, сначала проведя структурную МРТ и диффузионно-тензорную МРТ или D-T-M-R-I. Изображения нормального взрослого человеческого сердца в диастоле. Получайте изображения с разрешением в один миллиметр в кубе.

Затем используйте изображение J для извлечения миокарда желудочков из структурного изображения атласа. Для этого необходимо установить плотные жалюзи через ряд ориентиров вдоль эпикардиальной и эндокардиальной границ. Для каждого среза короткой оси выполните размещение точек ориентиров вручную.

Для каждого 10-го среза на изображении получите контрольные точки для оставшихся срезов путем линейной интерполяции точек, определенных вручную с помощью matlab. Затем реконструируйте ориентацию волокон атласного сердца путем вычисления первичных iGen-векторов диффузионных тензоров на изображении DT MRI. После того, как геометрия сердца атласа будет определена, получите изображение геометрии сердца пациента в диастоле с помощью компьютерной томографии сердца или МРТ in vivo и реконструируйте геометрию сердца пациента по изображению аналогично тому, как был построен атлас.

Убедитесь, что разрешение восстановленной геометрии составляет один миллиметр в кубе, регулируя количество срезов, для которых ориентиры выбираются вручную, и интервал интерполяции вне плоскости. Затем в два этапа деформируйте изображение атласа желудочка, показанное пурпурным цветом, в соответствии с изображением геометрии пациента, показанным красным цветом. На первом этапе выполните преобразование aine на основе набора из 13 ориентиров, описанных в протоколе.

На втором этапе необходимо дополнительно деформировать атлантные желудочки, преобразованные INE, в соответствии с геометрией пациента с использованием диморфного метрического картирования большой деформации или L-D-D-M-M. Затем измените изображение атласа, полученное методом DT MRI. Для этого измените положение окопов изображения и переориентируйте тензоры диффузии.

В соответствии с матрицей преобразований, полученной из сопоставления AINE и поля деформаций при преобразовании L-D-D-M-M, переориентация тензоров диффузии должна быть выполнена с использованием метода сохранения основных направлений или метода PPD. Наконец, получите оценку ориентации волокон пациента по морфированному изображению МРТ atlas GT путем вычисления первичного вектора iGen диффузионных времен. Чтобы измерить ошибку оценки, сначала получите структурные МРТ ex vivo и МРТ DT шести нормальных и трех отказавших собачьих сердец с высоким разрешением.

Сегментируйте желудочки от собачьих сердец так же, как и желудочки от сердца атланта человека, как описано в предыдущем разделе, обозначьте желудочки, сегментированные от нормальных собачьих сердец, как сердца от одного до шести, а желудочки от больных собачьих сердец — от седьмого до девятого. Затем используйте каждое из сердец со второго по шестое в качестве атласа, чтобы получить пять различных оценок ориентации желудочковых волокон сердца. При следующей оценке ориентации волокон для каждого из отказавших желудочков седьмого, восьмого и девятого сердца, используя сердце 1 в качестве атласа для всех точек данных в каждом наборе оцененных волокон, ориентации вычисляют ошибку оценки, где тета Е и тета А — углы наклона оцененной и приобретенной ориентации волокон в этой точке соответственно от сердца.

Одна конструкция, шесть моделей строят первую модель с полученной DT MRI ориентацией волокон сердца один и модели со второй по шестую с оценкой ориентации волокон, наборы данных сердца, по одному для каждого из трех. При неправильной геометрии сердца строятся две модели желудочков, одна с полученной ориентацией волокон DT MRA, а другая с предполагаемой ориентацией волокон. Здесь пространственное разрешение моделей должно составлять 600 мкм.

Далее обозначают модели сердечной недостаточности. С помощью DT МРТ получила волокна в моделях с 7 по 9, а волокна с расчетными волокнами — в моделях с 10 по 12. Используйте монодоменное представление для описания сердечной ткани с помощью управляющего уравнения, показанного здесь и подробно описанного в текстовом протоколе с помощью программного пакета carp by cardio solve, моделируйте синусовый ритм со всеми моделями с помощью анализа PACE, как показано здесь, наложенного на семь сердце.

Затем индуцируйте реентерабельную желудочковую тахикардию в шести неудачных моделях с использованием протокола стимуляции S one S two с расположением электродов, как показано здесь, выберите время между S one и S 2 для получения устойчивой активности желудочковой тахикардии в течение двух секунд после рождения S two. Если желудочковая тахикардия не индуцируется в течение какого-либо времени S One S two, уменьшите проводимость до 70% до тех пор, пока тахикардия не будет индуцирована при каждом моделировании. Рассчитайте псевдоЭКГ, взяв разницу внеклеточных потенциалов между двумя точками у основания сердца.

Точки разделены на 18 сантиметров таким образом, что линия, соединяющая их, перпендикулярна плоскости основания вершины перегородки, как показано на примере E 1 и E 2 для каждого моделирования с оценкой ориентации волокон вычисляют метрику mad с использованием приведенной здесь формулы, где X — форма волны ЭКГ оцененной ориентации волокон. Y — форма волны ЭКГ приобретенной ориентации волокон. X минус — это среднее значение x.

Y минус — это среднее значение Y, а затем длина X и Y. Здесь показаны упрощенные визуализации здорового и больного сердца, с оценочной ориентацией волокон, показанной голубыми волокнами, и ориентацией волокон, полученных с помощью DT MRI, показанной желтым цветом. Если присмотреться внимательнее, можно увидеть схожее выравнивание между приобретенной и предполагаемой ориентацией волокон. Разница в углах наклона между полученными и оцененными волокнами легче видна в 3D-модели распределения, которая использует цвет для представления среднего угла ошибки оценки.

Цветовая полоса варьируется от нуля градусов до 175 градусов от этих данных. Гистограмма, показывающая количество вокселей при каждой степени погрешности, строится как для нормального, так и для отказавшего сердца. Эти результаты показывают, что углы наклона прогнозируемых волокон, ориентация нормального сердца и отказавшего сердца сопоставимы с теми, которые были получены с помощью МРТ ex vivo.

Смоделированные карты активации затем используются для сравнения полученных и оцененных ориентаций волокон в отношении распространения электрического сигнала по всему сердцу. Цвет представляет время активации, как описано в цветовой легенде. Карта активации слева предназначена для моделирования синусового ритма, первая модель которого представляет приобретенные ориентации волокон, а карта справа предназначена для моделирования синусового ритма.

Со второй по шестую модели представляют предполагаемую ориентацию волокон. При усреднении карт активации, соответствующих оцененным ориентациям волокон, средняя общая разница между ними и моделью 1 минимальна. Псевдо-ЭКГ симуляций синусового ритма с первой и третьей моделями показывают идентичную морфологию и приводят к низкому показателю MAD всего 4,14%Аналогичным образом, при сравнении карт активации симуляций синусового ритма с приобретенными и оцененными ориентациями волокон больных сердец, наблюдались низкие показатели MAD.

Оценка MAD варьировалась от 3,8 в сердце, от семи до 6,1 в девятиугольнике. Это представляет собой высокую корреляцию между полученной и предполагаемой ориентацией волокон После освоения эта техника может быть выполнена за несколько часов при правильном выполнении после этой процедуры. Оценка ориентации волокон может быть выполнена в сердцах с ишемической кардиомиопатией с целью проверки эффективности метода при наличии инфаркта миокарда.

Разработка этой методики прокладывает путь к переносу компьютерного моделирования функции сердца из фундаментальной науки в клинику, где они могут быть использованы у постели пациента для руководства вмешательствами по лечению нарушений сердечного ритма.