Name: Burada: Silico Kardiyovasküler Hastalıklar için Klinik Çalışmalar (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-05-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Keşfedin Silico FCM platformunu, hasta özel ultrason görüntüleriyle sol ventrikül parametrik modeli oluşturmak için. Bu çok ölçekli elektromekanik model, kardiyovasküler hastalıklarda ilaç etkilerini in siliko klinik denemelerle araştırır.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programı tarafından SILICOFCM 777204 hibe anlaşması kapsamında ve Sırbistan Cumhuriyeti Eğitim, Bilim ve Teknolojik Kalkınma Bakanlığı tarafından 451-03-68/2022-14/200107 sayılı Sözleşmeler aracılığıyla desteklenmektedir. Bu makale sadece yazarların görüşlerini yansıtmaktadır. Avrupa Komisyonu, makalenin içerdiği bilgilerin herhangi bir şekilde kullanılmasından sorumlu değildir.

Bu çalışmadaki protokol, İngiltere Ulusal Sağlık Hizmeti Sağlık Araştırma Otoritesi Kuzey Doğu-Tyne & Wear Güney Araştırma Etik Kurulu tarafından 6 Şubat 2019 tarihinde 18/NE/0318 referans numarası ile onaylanmış ve katılan her merkezin Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından kabul edilmiştir. Çalışma, İyi Klinik Uygulamaları ilkeleri çerçevesinde ve Helsinki Deklarasyonu'nu takiben yürütülmüştür. Çalışmaya dahil olan tüm deneklerden bilgilendirilmiş onam alınmıştır. Hasta bilgileri anonim tutulur.
1. Ultrason M-modu veya Apikal görünüm DICOM görüntü analizi ve LV parametre ekstraksiyonu için iş akışı
NOT: Bu protokole başlamak için, kullanıcının SILICOFCM platform8'de oturum açması ve uygun iş akışını seçmesi gerekir (yani, M-modu veya Apikal görünüm kullanarak ultrason görüntü analizi). Örneğin, ultrason M modu DICOM görüntü analizi ve AG parametre ekstraksiyonu için iş akışı birkaç adımdan oluşur. İlk adım şablon eşleştirmedir. Eşleştirilecek şablonlar, ilgili tüm gerekli sınırları içerir. Her yeni veri kümesi için, şablonun belirli bir ultrason makinesine karşılık gelen her veri kümesi için yalnızca bir kez manuel olarak çıkarılması gerektiği vurgulanmalıdır. İş akışı diyagramı Şekil 1'de sunulmuştur. Felsenszwalb'ın verimli grafik tabanlı görüntü segmentasyon algoritması, septumun sınırlarına ve LV'nin duvarına karşılık gelen "güçlü" sınırlar bulduktan sonra şablonla eşleşen alan, analiz edilen görüntüden çıkarılacaktır. bu sınırlara ve kalp çaplarının en büyük (diyastoldeki çapa karşılık gelir) ve en küçük olduğu yerlere (sistoldeki çapa karşılık gelir), çeşitli AG boyutları hesaplanacaktır. Kullanıcı, görünümün M modu mu yoksa apikal görünüm mü olduğunu tanımlamalıdır.
<ol><li>Platforma bir kullanıcı adı ve şifre ile giriş yapın. Sanal Popülasyon Modülü altında, ultrason M modu veya Apikal görünüm iş akışını seçin.</li>
	<li>Kullanılabilir iş akışları listesinde, ultrasonla birleştirilmiş iş akışını seçin.</li>
	<li>Dosya Yükleme bölümünde, kullanıcının bilgisayarında yerel olarak depolanan resimleri ve DICOM dosyalarını yükleyin (Şekil 2). NOT: Belirli bir hastadan M-mode view DICOM görüntü analizi modülüne girişler ve LV parametre ekstraksiyonu, test görüntüsüdür (kullanıcı tarafından M-modu veya Apikal görünümü temsil eden DICOM formatında sağlanır) ve statik dosyalardır (Şekil 1). Statik dosyalar, a) modülden hesaplanan çıktı ölçülerinin üzerine yazmak için kullanılan bir şablon dosyası olan giriş.txt dosyasını (sırayla bu dosyadan yeni çıktı dosyaları oluşturulur) ve b) şablon eşleştirme için kullanılan şablon görüntü dosyasını (yani, template_dicom_GEMS.jpg) içerir.</li>
	<li>Dosyalar için Hedef Klasör olarak Özel veya Ortak klasörler'i seçin. İş akışına başlamadan önce Açıklamalar bölümüne istediğiniz yorumu veya notu yazın. Apikal görünümü ve M-mode LV ultrason görüntülerini ve daha önce yüklenen DICOM dosyalarını seçin (Adım 1.3.) (Şekil 3). NOT: Ultrason Kalp Segmentasyon aracı iki alt modülden oluşur: apikal görünüm ve M modu görünümü. Her iki modüle de platform üzerinden erişilir. Analiz, ilgili kesitlerde görülebilen karakteristik parametrelerin hesaplanmasını içerir. Her iki durumda da, gerekli değerler kullanıcı tarafından parametrik kalp modeline girdi olarak alınan bir dosyaya yazılır (ayrıntılar için tartışmaya bakın).</li>
	<li>Yürüt düğmesine tıklayın. Etkileşimli platform, çalışan iş akışı tamamlandığında kullanıcıyı bilgilendirir.</li>
	<li>LV'nin oluşturulan geometrisini doğrudan platformda görselleştirin (ekranda otomatik olarak fare kullanılarak döndürülebilen bir 3B model görünecektir). Mevcut seçenekler arasında görselleştirme için Gölgeli ve Tel Kafes modelleri bulunur. NOT: AG boyutları çıkarıldıktan sonra, örgü seçeneklerine bağlı olarak, sonlu elemanların ağı oluşturulur ve sonlu elemanlar analizi simülasyonu, kullanıcı tarafından öngörülen giriş ve çıkış hızlarıyla çalıştırılır (aşağıya bakın).</li>
</ol>2. Akışkan yapı (FS) simülasyonları için PAK sonlu elemanlar çözücü
NOT: Bu araç, birleştirilmiş katı-akışkan problemlerinin sonlu elemanlar analizi için kullanılabilir. Katı ve sıvı arasında hem güçlü hem de gevşek bağlantıyı destekler. Elemanlar, elementin merkezinde ek bir düğüm olsun veya olmasın, altıgenler veya tetrahedronlar olabilir. Bu çözücü, Holzapfel modeli, avcı kas modeli gibi yerleşik malzeme modellerine sahiptir. PAK-FS bilgi akış diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir. Giriş dosyasından ve PAK önişlemcisinden başlar. PAK önişlemci aracı, sonlu elemanlar çözücü için bir giriş dosyası görevi görecek bir DAT dosyası çıkarır. Çözücüden elde edilen son çıktı, sonlu elemanlar simülasyonunun sonuçlarını içeren VTK dosyalarıdır: sol ventriküldeki hızlar, basınçlar, gerinimler ve gerilimler.
<ol><li>Alt bölümdeki düğmeleri kullanarak giriş ve çıkış hızlarının sınır koşulları için şablon dosyalarını indirin (Şekil 3); hastaya özel akış sınırı koşulları mevcutsa, bu dosyaları indirin ve kullanın. Alt bölümdeki ilgili düğmeye tıklayarak örgü seçeneklerini indirin. Bu dosyaları Özel veya Ortak klasörlere kaydedin.</li>
	<li>Bu dosyaları resim yüklemeye benzer şekilde yükleyin (Şekil 3). Öngörülen giriş ve çıkış hızları ilaç durumunu simüle ederken, ağ seçenekleri sonlu elemanlar ağının yoğunluğunu kontrol eder. Hastaya özgü koşulları simüle etmek için, basınç, akış, malzeme özellikleri ve kalsiyum fonksiyonunun varsayılan değerlerini değiştirin.</li>
	<li>Yürüt düğmesine tıklayın. Listede çalışan yeni bir iş akışı görünür. İş akışının bölümlerinden herhangi biri net değilse, bu iş akışının nasıl kullanılacağına ilişkin ayrıntılı yönergeleri görüntülemek ve sonuçları yorumlamak için Yardım Dosyası düğmesini (Şekil 3) tıklatın. NOT: Her şey hatasız yürütülürse, iş akışının durumu "çalışıyor" dan "tamamlandı tamam" a değişecektir.</li>
	<li>Sonuçları çeşitli seçeneklerle görüntüleyin. Alternatif olarak, sonuçları indirin; sonuçlar klasörü VTK dosyalarını, CSV dosyalarını ve animasyonları içerir.<ol><li>Ejeksiyon fraksiyonunu ve küresel iş verimliliği değerlerini, ayrıca basınca karşı hacim, basınca karşı gerinim ve miyokard çalışmasına karşı zaman diyagramlarını görüntülemek için göz düğmesine tıklayın.</li>
		<li>Yer değiştirme, basınç, kayma gerilimleri ve hız alanlarının animasyonlarını önizlemek ve oynatmak için kamera düğmesine tıklayın.</li>
		<li>ParaView Glance'da çıktıları çevrimiçi olarak görselleştirmek için 3B görselleştirme düğmesine tıklayın.<ol><li>Daha önce sonuç olarak indirilmiş birden fazla VTK dosyası yükleyin. İlgilenilen çeşitli parametrelere bakın ve alanı, örneğin görselleştirme için hız olarak değiştirin.</li>
			<li>Modeli döndürün veya renk düzenini değiştirin. Yüzeyin temsili için Kenarlı yüzey veya Tel kafes'i seçin. Yüklenen her VTK dosyasına aynı metodolojiyi uygulayın.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
</ol>3. EKG ölçümünden ventriküler aktivasyon sekansının belirlenmesi
NOT: Kardiyak hücrenin modifiye edilmiş bir FitzHugh-Nagumo modeli uygulandı. Prekordiyal uçlar standart altı elektrot ile modellenmiştir. Kalbin potansiyeli ters EKG ile optimize edildi. Sinoatriyal düğümdeki aktivasyondan başlayarak (zamanın bir fonksiyonu olan), kalp ve gövde boyunca heterojen aksiyon potansiyeli ile, kullanıcı toplam gövde modelinde elektriksel aktivite elde edebilir. PAK-TORSO bilgi akış şeması Şekil 5'te verilmiştir. Kullanıcı, gövde modelinin her yönde (x, y, z) ölçeklendirilmesini ve EKG sinyal fonksiyonunu sağlar. Daha sonra ölçeklendirilmiş model oluşturulur ve davranışı PAK-FS çözücü kullanılarak simüle edilir. Kullanıcı bu giriş değerlerini bir metin dosyasında sağlar. Simülasyonun çıktısı, gövdeye gömülü ortamda kalbin elektriksel aktivitesini içeren bir VTK dosyasıdır.
<ol><li>Ana sayfada, İş Akışını Yürüt'e gidin ve ardından kullanılabilir iş akışları listesinden torse-cwl öğesini seçin. İş akışını yürütmeden önce Açıklamalar bölümüne bir yorum veya not ekleyin.</li>
	<li>Giriş Şablonu Dosyası düğmesine tıklayın ve web sayfasında gösterilen içeriği, gövde modeli için kullanılacak giriş.txt dosyası olarak kaydedin. Giriş Dosyası alanında, indirilen input.txt dosyasını seçin. Dosya içe aktarıldıktan sonra, hesaplamayı başlatmak için Yürüt düğmesine tıklayın. NOT: Sol altta, durumu "çalışıyor" olarak gösterilen yeni bir iş akışı görünür; hesaplama yaklaşık 0,5 saat sürer ve ardından durum "bitti tamam" olarak değişir.</li>
	<li>Mevcut simülasyon raporlarını veya animasyonları doğrudan platformda görselleştirmek için sol alt köşedeki göz veya kamera düğmelerine tıklayın. NOT: Sonuçlar, her zaman adımında elektrik alanının dağılımlarını, hızı, basıncı, kayma gerilimini ve deformasyonu içerir. Bu dağılımların her biri için animasyonların toplam kalp döngüsü için görüntülenmesi mümkündür.</li>
	<li>Alternatif olarak, çıktıları ParaView Glance'da çevrimiçi olarak görselleştirmek için 3B görselleştirme düğmesine tıklayın.<ol><li>DOSYA AÇ düğmesini seçin, KIRIŞ sekmesine gidin, istenirse kullanıcı kimlik bilgilerini girin ve Özel klasörü açın.</li>
		<li>Sonraki sayfada, workflow-outputs klasörünü seçin ve torso-cwl klasörünü açın. Listedeki ilk klasörü açın.</li>
		<li>Simülasyon sonuçlarını temsil eden VTK dosyalarının listesine bakın. Bir veya daha fazla dosya seçin ve dosyayı ParaView Glance'a yüklemek için SEÇ düğmesine tıklayın.</li>
		<li>Fareyi kullanarak model geometrisini manipüle edin (ör. taşıma, döndürme, yakınlaştırma veya uzaklaştırma vb.).</li>
		<li>Model gösterimi için aşağıdaki gibi farklı seçenekler belirleyin.<ol><li>Gövdenin içini gövdenin içine yerleştirilmiş bir kalple görmek için Tel Kafes seçeneğini belirleyin. Tam kalp ağı ile gövde modelinin noktalı bir temsilini görüntülemek için Noktalar seçeneğini belirleyin.</li>
			<li>Görüntü sonuçlarını değiştirmek için Nokta Boyutu değerini ayarlayın. Gövdenin içini görmek ve kalp ağı içindeki sonuçları görüntülemek için Opaklık değerini ayarlayın.</li>
			<li>Renk Ölçütü açılır menüsüne tıklayın ve istediğiniz seçeneği, örneğin elektrik potansiyelini seçin. Varsayılan renk ölçeğini listelenen seçeneklerden herhangi biriyle değiştirin.</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>

Yazarların çıkar çatışması yoktur.

SILICOFCM projesi, risk tahmini için sanal hasta popülasyonları tasarlamak, farmakolojik tedavinin etkilerini test etmek ve hayvan deneylerini ve insan klinik çalışmalarını azaltmak için bir in silico klinik araştırmalar platformudur. Farmakolojik tedavinin etkilerinin test edilmesi, öngörülen giriş/çıkış sınır akış koşulları, kalsiyum fonksiyonu ve malzeme duvarı özellikleri ile modellenmiştir. Bu platform, sarkomerik düzeyde çok ölçekli yöntemleri, kardiyomiyopati hastalığının ilerlemesi sırasında hastaya özgü...

Son yıllarda bilgi teknolojilerinin, simülasyon yazılım paketlerinin ve tıbbi cihazların hızla gelişmesi, büyük miktarda klinik bilgi toplama fırsatı sunmaktadır. Bu nedenle, kapsamlı ve ayrıntılı hesaplama araçları oluşturmak, mevcut verilerin bolluğundan belirli bilgileri işlemek için gerekli hale gelmiştir.
Hekimlerin bakış açısından, hastalığın ilerlemesini, terapötik yanıtları ve gelecekteki riskleri tahmin etmek için belirli bir hastadaki "normal" ve "anormal" fenotipleri ayırt etmek büyük önem taşımaktadır. Son hesaplamalı modeller, hipertrofik (HCM) ve dilate (DCM) kardiyomiyopatilerde kalp kaslarının davranışının bütünleştirici anlayışını önemli ölçüde geliştirmiştir1. Büyük hesaplama süreleri, özel yazılımlar ve süper bilgisayarlar 1,2,3 gerektiren tüm kalp elektriksel aktivitesinin yüksek çözünürlüklü, ayrıntılı ve anatomik olarak doğru bir modelini kullanmak çok önemlidir. Gerçek bir 3D kalp modeli için bir metodoloji yakın zamanda Holzapfel deneylerine dayanan doğrusal bir elastik ve ortotropik malzeme modeli kullanılarak geliştirilmiştir, bu da kalp içindeki elektriksel sinyal taşınmasını ve yer değiştirme alanını doğru bir şekilde tahmin edebilir4. Yeni bütünleştirici modelleme yaklaşımlarının geliştirilmesi, multijenik bozukluğu olan hastalarda semptomların tipini ve şiddetini ayırt etmek ve normal fiziksel aktivitedeki bozulma derecesini değerlendirmek için etkili bir araç olabilir.
Bununla birlikte, hastaya özgü modelleme için birçok yeni zorluk vardır. İnsan kalbinin fiziksel ve biyolojik özelliklerini tam olarak belirlemek mümkün değildir. Non-invaziv ölçümler genellikle bireysel hasta için spesifik parametreleri tahmin etmenin zor olduğu gürültülü veriler içerir. Büyük ölçekli hesaplamanın çalışması çok zaman gerektirirken, klinik zaman dilimi sınırlıdır. Hasta kişisel verileri, oluşturulan meta verilerin hasta gizliliğinden ödün vermeden yeniden kullanılabileceği şekilde yönetilmelidir. Bu zorluklara rağmen, çok ölçekli kalp modelleri, gözlemlenen geçici yanıtları yakından takip eden tahminlere ulaşmak için yeterli düzeyde ayrıntı içerebilir ve böylece ileriye dönük klinik uygulamalar için umut vaat edebilir.
Bununla birlikte, birden fazla araştırma laboratuvarının önemli bilimsel çabalarına ve önemli miktarda hibe desteğine bakılmaksızın, şu anda, SIMULIA Living Heart Model5 adı verilen çok ölçekli ve tüm kalp simülasyonları için ticari olarak temin edilebilen tek bir yazılım paketi bulunmaktadır. Dinamik elektro-mekanik simülasyon, rafine kalp geometrisi, bir kan akış modeli ve pasif ve aktif özellikler, fibröz doğa ve elektrik yolları dahil olmak üzere tam kalp dokusu karakterizasyonu içerir. Bu modelin kişiselleştirilmiş tıpta kullanılması hedeflenmiştir, ancak aktif madde karakterizasyonu Guccione ve ark.6,7 tarafından tanıtılan fenomenolojik bir modele dayanmaktadır. Bu nedenle, SIMULIA birçok kalp hastalığında gözlenen kontraktil protein fonksiyonel özelliklerindeki değişiklikleri doğrudan ve doğru bir şekilde tercüme edemez. Bu değişikliklere, moleküler ve hücre altı seviyelerdeki mutasyonlar ve diğer anormallikler nedenolur 6. SIMULIA yazılımının klinik uygulamada az sayıda uygulama için sınırlı kullanımı, günümüzün daha üst düzey çok ölçekli insan kalbi modelleri geliştirmedeki mücadelelerinin harika bir örneğidir. Öte yandan, mutasyonların molekülerden organ ölçeğine etkilerini izleyebilen yeni nesil çok ölçekli program paketlerinin geliştirilmesini motive eder.
Kalbin elektrofizyolojisinin temel amacı, gövde içindeki sinyal yayılımını ve tüm bölmelerin özelliklerini belirlemektir 4,5,6. SILICOFCM8 projesi, hastaya özgü biyolojik, genetik ve klinik görüntüleme verilerini kullanarak kardiyomiyopati hastalığı gelişimini öngörmektedir. Gerçekçi sarkomerik sistemin, hastanın genetik profilinin, kas lifi yönünün, sıvı-yapı etkileşiminin ve elektrofizyoloji eşleşmesinin çok ölçekli modellenmesi ile elde edilir. Sol ventrikül deformasyonunun, mitral kapak hareketinin ve kompleks hemodinamiğin etkileri, belirli bir hastada kalp koşullarının ayrıntılı fonksiyonel davranışını verir.
Bu makalede, elektromekanik kuplajlı sıvı yapılı bir kalp modeli kullanılarak hastaya özgü ultrason görüntülerinden otomatik olarak oluşturulan sol ventrikülün (LV) parametrik bir modeli için SILICOFCM platformunun kullanımı gösterilmektedir. AG'nin apikal görünüm ve M-mod görünüm analizleri derin öğrenme algoritması ile oluşturulmuştur. Daha sonra, ağ jeneratörü kullanılarak, sonlu elemanlar modeli, AG büzülmesi9 için tam döngünün farklı sınır koşullarını simüle etmek için otomatik olarak inşa edildi. Bu platformda, kullanıcılar basınç-hacim, basınç-gerinim ve miyokard çalışma süresi diyagramları gibi simülasyon sonuçlarını ve ayrıca yer değiştirmeler, basınçlar, hız ve kesme gerilimleri gibi farklı alanların animasyonlarını doğrudan görselleştirebilirler. Belirli hastalardan gelen giriş parametreleri, ultrason görüntülerinden geometri, LV için giriş ve çıkış sınır akış koşullarındaki hız profili ve spesifik ilaç tedavisidir (örneğin, entresto, digoksin, mavacamten, vb.).

<table><tbody><tr><td>Kayıtlı kullanıcılar için açık erişim</td> <td>www.silicofcm.eu</td> <td>SILICOFCM projesi</td><td></td></tr></tbody></table>

burada: silico kardiyovasküler hastalıklar için klinik Çalışmalar

In Silico Clinical Trials for Cardiovascular Disease

SILICOFCM projesi temel olarak ailesel kardiyomiyopatilerin ( FCM'ler) in silico klinik çalışmaları için hesaplamalı bir platform geliştirmeyi amaçlamaktadır. Platformun benzersiz özelliği, hastaya özgü biyolojik, genetik ve klinik görüntüleme verilerinin entegrasyonudur. Platform, olumlu terapötik sonuçları en üst düzeye çıkarmak için tıbbi tedavinin test edilmesine ve optimizasyonuna izin verir. Böylece yan etkilerden ve ilaç etkileşimlerinden kaçınılabilir, ani kardiyak ölümler önlenebilir ve ilaç tedavisine başlanması ile istenen sonuç arasındaki süre kısaltılabilir. Bu makalede, kalbin elektromekanik bir modeli uygulanarak hastaya özgü ultrason görüntülerinden otomatik olarak oluşturulan sol ventrikülün parametrik bir modeli sunulmaktadır. İlaç etkileri, giriş ve çıkış akışı, EKG ölçümleri ve kalp kası özellikleri için kalsiyum fonksiyonu için spesifik sınır koşulları ile reçete edildi. Hastalardan alınan genetik veriler, ventrikül duvarının materyal özelliği aracılığıyla birleştirildi. Apikal görünüm analizi, daha önce eğitilmiş bir U-net çerçevesi kullanarak sol ventrikülün segmente edilmesini ve diyastolik ve sistolik döngüdeki sol ventrikülün uzunluğuna göre sınır dikdörtgeninin hesaplanmasını içerir. M-modu görünüm analizi, M-modu görünümünde sol ventrikülün karakteristik alanlarının sınırlanmasını içerir. Sol ventrikülün boyutları çıkarıldıktan sonra, örgü seçeneklerine dayalı olarak sonlu elemanlar ağı oluşturuldu ve kullanıcı tarafından sağlanan giriş ve çıkış hızları ile sonlu elemanlar analizi simülasyonu çalıştırıldı. Kullanıcılar platformda basınç-hacim, basınç-gerinim ve miyokard çalışma süresi diyagramları gibi çeşitli simülasyon sonuçlarının yanı sıra yer değiştirmeler, basınçlar, hız ve kesme gerilimleri gibi farklı alanların animasyonlarını doğrudan görselleştirebilirler.

Örnek olarak, ultrason M-modu DICOM görüntü analizi ve LV parametre ekstraksiyonu için iş akışı Şekil 1'de sunulmuştur. M-modu ve apikal görünüm, ilgilenilen parametrelere bağlı olarak ayrı ayrı veya birbiri ardına test edilebilir. Birbiri ardına test edilirse, sonuçlar ortak bir dosyaya eklenir (sistol ve diyastol fazları için ayrı ayrı). Yalnızca bir görünüm sınanırsa, bilinmeyen parametrelerin değerleri varsayılan dosya girişinden.txt alınır (Şekil 1...

Bu protokol, kalbin çok ölçekli bir elektromekanik modelini uygulayarak hastaya özgü ultrason görüntülerinden sol ventrikülün parametrik bir modelini otomatik olarak oluşturmak için SILICOFCM platformunun iş akışını göstermektedir. Bu platform, gerçek klinik çalışmaları azaltmayı ve olumlu terapötik sonuçları en üst düzeye çıkarmayı amaçlayan in silico klinik çalışmalara olanak tanır.

Burada: Silico Kardiyovasküler Hastalıklar için Klinik Çalışmalar

The SILICOFCM project mainly aims to develop a computational platform for in silico clinical trials of familial cardiomyopathies (FCMs). The unique ...

Protokolümüz, sol ventrikülün Silico FCM platformunun iş akışını, kalbin çok ölçekli bir elektromekanik modelini uygulayarak hastaya özgü ultrason görüntülerinden göstermektedir. Silico FCM platformu, giriş ve çıkış akışı, EKG ölçümleri ve kalp kası özellikleri için kalsiyum fonksiyonu için spesifik sınır koşulları ile reçete edilen ilaç etkilerini araştırabilir. Silico FCM platformunun uygulanması, hayvan deneylerini azaltabilir ve gerçek klinik çalışmaları azaltabilir ve kardiyomiyopati hastalığı için olumlu terapötik sonuçları en üst düzeye çıkarabilir.Silico FCM, kalp yetmezliği, kardiyak iskemi, aritmi, atriyal fibrilasyon gibi başka bir kardiyovasküler hastalığa da uygulanabilir. Silico FCM platformundaki birçok iş akışı, ilk kez kullanıcı tarafından kullanılabilir, çünkü bunlar platform aracılığıyla lider kullanıcı için çok yararlı yönergelerdir. Silico FCM platformunun görsel gösterimi önemlidir, çünkü hız, basınç, saf stres, duvar stresi ve bilgi için parça gibi kardiyovasküler parametrelerin görselleştirilmesi için birçok yazılım aracı.Platforma bir kullanıcı adı ve şifre ile giriş yaparak başlayın. Sanal popülasyon modülü altında, ultrason M-Modu veya apikal görünüm iş akışını seçin. Ardından, kullanılabilir iş akışları listesinden ultrason birleştirilmiş iş akışını seçin.Dosya yükleme bölümünde, kullanıcının bilgisayarında yerel olarak depolanan görüntüleri ve dcom dosyalarını karşıya yükleyin ve dosyalar için hedef klasör olarak özel veya ortak klasörleri seçin. İş akışına başlamadan önce açıklama bölümüne istediğiniz yorumu veya notu yazın. M-Mode sol ventrikül ultrason görüntülerinde ve DICOM dosyalarında apikal görünümü seçin.Yürüt düğmesine tıklayın. Etkileşimli platform, çalışan iş akışı tamamlandığında kullanıcıyı bilgilendirir. Sol ventrikülün oluşturulan geometrisini doğrudan platformda görselleştirin.Mevcut seçenekler gölgeli ve tel çerçeve modellerini içerir. görselleştirme için. İş akışını seçin ve düğmeleri ve alt bölümü kullanarak giriş ve çıkış hızlarının sınır koşulları için şablon dosyalarını indirin.Hastaya özgü akış sınırı koşulları mevcutsa, bu dosyaları indirin ve kullanın. Bu dosyaları özel veya ortak klasörlere kaydedin. Bu dosyaları, resim yüklemeye benzer şekilde yükleyin.Öngörülen giriş ve çıkış hızları ilaç durumunu simüle ederken, ağ seçenekleri sonlu elemanlar ağının yoğunluğunu kontrol eder. Hastaya özgü koşulları simüle etmek için basınç, akış, malzeme özellikleri ve kalsiyum fonksiyonunun varsayılan değerlerini değiştirin. Yürüt düğmesine tıklayın.Listede çalışan yeni bir iş akışı görünür. İş akışının bölümlerinden herhangi biri net değilse, bu iş akışının nasıl kullanılacağına ve sonuçların nasıl yorumlanacağına ilişkin ayrıntılı yönergeleri görüntülemek için yardım dosyası düğmesini tıklatın. Ejeksiyon fraksiyonunu ve küresel iş verimliliği değerlerini ve basınca karşı hacim, basınca karşı gerinim ve zamana karşı miyokard çalışmasının diyagramlarını görüntülemek için göz düğmesine tıklayın.Yer değiştirme, basınç, dik gerilimler ve hız alanlarının animasyonlarını önizlemek ve oynatmak için kamera düğmesine tıklayın. Alternatif olarak, sonuçları indirin. Sonuçlar klasörü VTK dosyalarını, CSV dosyalarını ve animasyonları içerir.Birden fazla VTK dosyası yükleyin. İlgilendiğiniz çeşitli parametrelere bakın ve alanı, örneğin görselleştirme hızı olarak değiştirin Modeli döndürün veya renk düzenini değiştirin. Yüzeyin temsili için kenarları veya tel çerçeveli yüzeyi seçin.Yüklenen her VTK dosyasına aynı metodolojiyi uygulayın. Ana sayfada, iş akışını yürüt'e gidin ve ardından kullanılabilir iş akışları listesinden gövdeyi seçin. Yorum bölümüne bir yorum veya not ekleyin ve iş akışını yürütün.Giriş şablonu dosyası düğmesine tıklayın ve web sayfasında gösterilen içeriği, gövde modeli için kullanılacak bir giriş noktası txt dosyası olarak kaydedin. Giriş dosyası alanında, indirilen giriş noktası txt dosyasını seçin. Dosya içe aktarıldıktan sonra, hesaplamayı başlatmak için yürüt düğmesine tıklayın.Mevcut simülasyon raporlarını veya animasyonları doğrudan platformda görselleştirmek için sol alt köşedeki göz veya kamera düğmelerine tıklayın. Alternatif olarak, çıktıyı ParaView bakışında çevrimiçi olarak görselleştirmek için 3B görselleştirme modülüne tıklayın. Dosya aç düğmesini seçin.Kiriş sekmesine gidin, istenirse kullanıcı kimlik bilgilerini girin ve özel klasörü açın. Sonraki sayfada, iş akışı çıktıları klasörünü seçin ve gövde klasörünü açın. Simülasyon sonuçlarını temsil eden VTK dosyalarının listesine bakın.Bir veya daha fazla dosya seçin ve dosyayı ParaView bakışında yüklemek için seç düğmesine tıklayın. Fareyi kullanarak model geometrisini değiştirin. Ardından, gövdenin içini gövdeye dahil edilmiş bir kalple görmek için tel kafes seçeneğini seçin.Tam kalp ağı ile gövde modelinin noktalı bir temsilini görüntülemek için noktalar seçeneğini belirleyin. Görüntü sonuçlarını değiştirmek için punto boyutu değerini ayarlayın. Gövdenin içini görmek ve kalp ağı içindeki sonuçları görüntülemek için opaklık değerini ayarlayın.Renk ölçütü açılır menüsüne tıklayın ve istediğiniz seçeneği seçin. Son olarak, varsayılan renk ölçeğini listelenen seçeneklerden herhangi biriyle değiştirin. Sol ventrikül modelinin gerçekçi davranışını simüle etmek için, giriş ve çıkış valflerindeki hızlar için öngörülen fonksiyonlar kullanılmıştır.Bu sonlu elemanlar modeline fiber yönünün otomatik olarak hesaplanması için bir algoritma uygulandı. Bir katman ve üç katmanlı katı gösterim için sonuçlar burada gösterilmiştir. Temsili görüntüler, bir saniyelik bir zaman döngüsü boyunca parametrik sol ventrikül modelinin içindeki basınç alanını gösterir.Burada beş farklı zaman adımı sunulmaktadır. Parametrik sol ventrikül modelinin içindeki hız alanı bu görüntülerde gösterilmiştir. Yükleme boşaltma döngüsü sırasında sıvı akışının neden olduğu dalların içinde kayda değer değer pikleri vardır.Burada gösterilen görüntüler parametrik sol ventrikül modelindeki yer değiştirmeyi temsil etmektedir. İlk iki adımdaki basınç değişimine benzer şekilde, yer değiştirme, modelin alt kısmında maksimum hale geldiklerinde büzülmeye kadar ihmal edilebilir. Kalan süre boyunca model yavaş yavaş deforme olmamış durumuna geri döner.Sol ventrikül sıvı yapısı etkileşim modeli için ortaya çıkan basınç hacmi diyagramı burada gösterilmiştir. Sol ventrikülün parametrik modelindeki hızların vektörel gösterimi bu görüntülerde sunulmuştur. Temsili görüntüler, kurşun iki EKG sinyalindeki çeşitli zaman noktalarında tüm kalp aktivasyonunun simülasyonunu göstermektedir.Milivolt cinsinden membran ötesi potansiyel, renk çubuğu ile gösterilir. Burada gösterilen görüntüler, sağlıklı bir nesnedeki vücut yüzey potansiyelinin haritasını temsil etmektedir. Bu görüntülerde EKG sinyaline karşılık gelen dokuz sekansta ventriküler aktivasyonun ilerlemesi gösterilmektedir.Silico FCM platformu, biyobelirteçler, hastaya özgü geometri, akış ve basınç, durum, hammadde özellikleri ve ilaç yanıtı dahil olmak üzere mevcut tıbbi standartlara kıyasla daha fazla bilgi verebilir. Silico FM platformu, diğer kardiyovasküler hastalıklar için farklı kombinasyonlarla ilaç yanıtını test etmek ve optimize etmek için hastaya özgü geometriyi kullanabilir. Silico FCM hesaplama platformu, özellikle kalp hastalığı ve hastaya özgü durum için risk tahmini için In-Silico klinik çalışmaları için yeni bir yol açacaktır.

in-silico-clinical-trials-for-cardiovascular-disease

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Biz matris jel fiş anjiyogenez testinin bir varyasyon kullanarak fare insan endotel-pericyte etkileşimleri incelemek için bir protokol mevcut.

Fare Matrix Jel Plug Test kullanma İnsan endotel-pericyte Etkileşim Vivo Çalışmasında

Onlar insanlar kullanmak için kabul edilebilir önce kardiyak rejeneratif tıp roman tedavi stratejileri kapsamlı ve detaylı çalışmalar büyük preklinik hayvan modellerinde gerektirir. Burada, biz perkütan kontrast Ekokardiyografi güdümlü intramyocardial enjeksiyon tekniği Tavşanlarda, roman böyle tedavilerin etkinliğini test hipotez için değerli olan göstermek.

Perkütan kontrast Ekokardiyografi güdümlü Intramyocardial enjeksiyon ve hücre teslim büyük preklinik modeli

Doku özel mikroRNA inhibisyon mikroRNA alanında az gelişmiş bir teknolojidir. Burada, biz başarılı bir şekilde myoblast hücreleri miR-181 mikroRNA ailesinde kalp etkisizleştirmek için bir protokol tanımlamak. Nanovector teknoloji önemli vivo kardiyo özgü miR-181 aile inhibisyon gösteren sünger bir mikroRNA amacıyla kullanılabilir.

Vivo Nanovector teslim kalp özel mikroRNA-sünger

Dolaşımdaki mikroRNA'lar söz biyolojik kalp-damar hastalıkları ve akut miyokard enfarktüsü olarak göstermiştir. Bu çalışmada, bir protokol miRNA ayıklama, Ters transkripsiyon ve kardiyovasküler hastalığı olan hastalarda serum miRNAs mutlak miktar için dijital PCR için açıklar.

Akut miyokard infarktüsü ve kardiyovasküler hastalık mikroRNA'lar dolaşan miktarının için dijital PCR

Mevcut protokol, yüksek verimli ilaç taraması ve toksisite testi için iPSC kaynaklı kardiyomiyositlerde (iPSC-CM'ler) tetiklenen hücresel aktivitenin tüm optik kontrolünü ve gözlemini açıklamaktadır. Zaman ve uzaydaki fenotipik kalıpların multi-parametrik nicelleştirilmesi gösterilmiştir. İlaçların saatler boyunca uzun vadeli etkileri veya günler boyunca sıralı ölçümler gösterilmiştir.

Toksisite Testi ve Fenotipik İlaç Taraması için iPSC Türevi Kardiyomiyositlerde Yüksek Verimli Optik Kontrol ve Kalsiyum Sinyalinin Kaydedilmesi

Bu protokol, biyoelektronik araştırmaları için hassas kardiyak stimülasyon, kayıt ve enfarktüs modellemesi sağlayan optik ve elektriksel çift yönlü biyoarayüz için gelişmiş malzeme üretimi ve ex vivo sıçan kalbi yöntemlerini ana hatlarıyla belirtir.

Sağlıklı ve İskemik Ex Vivo Sıçan Kalplerinde Çift Yönlü Elektrik ve Optoelektronik Arayüzler

Kan ile temas eden otolog hücre ve test biyouyumluluk biyomalzemeler tohumlama titanyum için bir yöntem açıklanmıştır. Bu yöntem, cerrahi implantasyon dakika içinde domuz venae kava numaralı seribaşı endotel progenitör hücrelerin ve titanyum tüpler, kullanır. Bu teknik, diğer birçok implante biyomedikal cihazlar için uyarlanabilir.

Otolog Endotelyal progenitör Hücre-Yayımlama Teknoloji ve Büyük Hayvan Modeli Kardiyovasküler Cihazlar için Biyouyumluluk Testleri

Bu protokol Electric Cell-substrat Empedans Algılama, hücre eki, çoğalması, hareketliliği ve farmakolojik ve toksik uyaranlara hücresel yanıtların ölçümü için yapışık hücrelerin empedans spektrumu kaydetmek ve analiz etmek için bir yöntemi incelemektedir. Endotelial geçirgenliğin ve hücre-hücre ve hücre-yüzey kontaktların değerlendirilmesi tespiti vurgulanmıştır.

Elektrik Hücre-substrat Empedans endotel Yayılmasının, Bariyer Fonksiyonu Nicelik için Algılama ve Motilite

Küresel diyastolik fonksiyonunun doğru, nedensellik-tabanlı ölçüm parametrized Diyastolik aracılığıyla transmitral akışı Dolum (PDF) biçimcilik kinematik modelleme tabanlı analizi ile elde edilmiştir. PDF benzersiz sertlik, rahatlama, ve yük parametrelerini üretir ve disfonksiyon duyarlı ve özel indeksler sunarken 'yeni' fizyolojisini açığa kavuşturmaktadır.

Parametrized Diyastolik Dolum Biçimcilik yoluyla Transmitral Akışının Modellenmesi Kinematik tabanlı Analizi ile Küresel Diyastolik Fonksiyonu Kantitasyonu

Bu protokolün amacı, doğal cilde benzeyen üç boyutlu tam kalınlıkta bir cilt eşdeğeri oluşturmaktır. Özel olarak yapılmış bir otomatik yaralama cihazı ile, sterilitenin korunması altında hassas ve tekrarlanabilir yaralar oluşturulabilir.

Üç-boyutlu Tam Kalınlığı Deri Üretimi Eşdeğer ve Otomatik Yaralama

Keşfedin Silico FCM platformunu, hasta özel ultrason görüntüleriyle sol ventrikül parametrik modeli oluşturmak için. Bu çok ölçekli elektromekanik model, kardiyovasküler hastalıklarda ilaç etkilerini in siliko klinik denemelerle araştırır.

Burada: Silico Kardiyovasküler Hastalıklar için Klinik Çalışmalar

Daha fazla video keşfet