Bioengineering
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インシリコで 心血管疾患の臨床試験
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Summary May 27th, 2022
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このプロトコルは、心臓のマルチスケール電気機械モデルを適用することにより、患者固有の超音波画像から左心室のパラメトリックモデルを自動的に生成するためのSILICOFCMプラットフォームのワークフローを示しています。このプラットフォームは、実際の臨床試験を減らし、肯定的な治療結果を最大化することを目的とした インシリコ 臨床試験を可能にします。
Transcript
私たちのプロトコルは、心臓のマルチスケール電気機械モデルを適用することにより、患者固有の超音波画像からの左心室のSilicoFCMプラットフォームのワークフローを示しています。Silico FCMプラットフォームは、入口と出口の流れ、ECG測定、および心筋特性のカルシウム機能の特定の境界条件を通じて処方される薬物効果を調査できます。Silico FCMプラットフォームの適用は、動物実験を減らし、実際の臨床試験を減らし、心筋症の肯定的な治療結果を最大化することができます。
シリコFCMは、心不全、心虚血、不整脈、心房細動などの別の心血管疾患にも適用できます。Silico FCMプラットフォームの多くのワークフローは、プラットフォームを通じてユーザーを導くための非常に役立つガイドラインであるため、初めてのユーザーが使用できます。Silico FCMプラットフォームの視覚的なデモンストレーションは、速度、圧力、シアーストレス、壁応力、情報などの心臓血管パラメータを視覚化するための多くのソフトウェアツールであるため、重要です。
ユーザー名とパスワードを使用してプラットフォームにログインすることから始めます。仮想母集団モジュールで、超音波Mモードまたは頂端ビューワークフローを選択します。次に、使用可能なワークフローのリストから、超音波マージワークフローを選択します。
[ファイルのアップロード] セクションで、ユーザーのコンピューターにローカルに保存されている画像と dcom ファイルをアップロードし、ファイルの保存先フォルダーとしてプライベート フォルダーまたはパブリック フォルダーを選択します。ワークフローを開始する前に、コメントセクションに目的のコメントまたはメモを入力します。Mモード左心室超音波画像とDICOMファイルで頂端ビューを選択します。
実行ボタンをクリックします。対話型プラットフォームは、実行中のワークフローが終了するとユーザーに通知します。プラットフォーム上で直接左心室の作成されたジオメトリを視覚化します。
使用可能なオプションには、シェーディングモデルとワイヤフレームモデルが含まれます。視覚化のために。ワークフローを選択し、ボタンと下部セクションを使用して、流入口速度と流出口速度の境界条件のテンプレートファイルをダウンロードします。
患者固有の流れ境界条件が利用可能な場合は、これらのファイルをダウンロードして使用してください。これらのファイルをプライベート フォルダまたはパブリック フォルダに保存します。これらのファイルは、画像のアップロードと同様の方法でアップロードします。
規定の入口速度と出口速度は薬物の状態をシミュレートし、メッシュオプションは有限要素メッシュの密度を制御します。患者固有の状態をシミュレートするには、圧力、流量、材料特性、カルシウム機能のデフォルト値を変更します。実行ボタンをクリックします。
実行中の新しいワークフローがリストに表示されます。ワークフローのいずれかのセクションが明確でない場合は、ヘルプファイルボタンをクリックして、このワークフローの使用方法と結果の解釈方法の詳細な手順を表示します。目のボタンをクリックすると、駆出率と全体的な作業効率の値、および圧力対体積、圧力対ひずみ、心筋作業対時間の図が表示されます。
カメラボタンをクリックして、変位、圧力、シアー応力、速度場のアニメーションをプレビューして再生します。または、結果をダウンロードします。結果フォルダには、VTKファイル、CSVファイル、アニメーションが含まれています。
複数のVTKファイルをロードします。関心のあるいくつかのパラメータを表示し、たとえば、視覚化のためにフィールドを速度に変更します モデルを回転するか、配色を変更します。サーフェスの表現には、エッジのあるサーフェスまたはワイヤフレームを選択します。
ロードされたすべてのVTKファイルに同じ方法を適用します。ホームページで、[ワークフローの実行] に移動し、使用可能なワークフローの一覧で [torso] を選択します。コメントセクションにコメントまたはメモを追加し、ワークフローを実行します。
入力テンプレートファイルボタンをクリックし、Webページに表示されているコンテンツを、胴体モデルに使用される入力ドットtxtファイルとして保存します。入力ファイルフィールドで、ダウンロードした入力ドットtxtファイルを選択します。ファイルがインポートされたら、実行ボタンをクリックして計算を開始します。
左下隅にある目のボタンまたはカメラのボタンをクリックして、利用可能なシミュレーションレポートまたはアニメーションをプラットフォーム上で直接視覚化します。または、3Dビジュアライゼーションモジュールをクリックして、ParaViewの概要で出力をオンラインで視覚化します。[ファイルを開く] ボタンを選択します。
桁タブに移動し、プロンプトが表示されたらユーザー資格情報を入力して、プライベートフォルダーを開きます。次のページで、ワークフロー出力フォルダーを選択し、torsoフォルダーを開きます。シミュレーション結果を表すVTKファイルのリストを参照してください。
1つ以上のファイルを選択し、選択ボタンをクリックして、ParaViewの概要でファイルをロードします。マウスを使用してモデルジオメトリを操作します。次に、ワイヤーフレームオプションを選択して、胴体内にハートが組み込まれた胴体の内部を表示します。
ポイント オプションを選択すると、完全なハート メッシュを持つ胴体モデルの点線表現が表示されます。ポイント サイズの値を調整して、表示結果を変更します。不透明度の値を調整して、胴体の内部を表示し、ハートメッシュ内に結果を表示します。
[色]ドロップダウンメニューをクリックして、目的のオプションを選択します。最後に、デフォルトのカラースケールをリストされているオプションのいずれかに変更します。左心室モデルの現実的な挙動をシミュレートするために、入口弁と出口弁の速度に規定された関数が使用されました。
繊維方向の自動計算アルゴリズムをこの有限要素モデルに適用しました。1 つのレイヤーと 3 つのレイヤーのソリッド表現の結果を次に示します。代表的な画像は、1秒の時間サイクル中のパラメトリック左心室モデル内の圧力場を示しています。
ここでは、5つの異なる時間ステップを示します。パラメトリック左心室モデル内の速度場がこれらの画像に示されています。荷降ろしサイクル中の流体の流れによって引き起こされる分岐内に顕著な値のピークがあります。
ここに示す画像は、パラメトリック左心室モデルにおける変位を表しています。最初の2つのステップでの圧力変化と同様に、変位は、モデルの下部で最大になる収縮まで無視できます。残りの時間を通して、モデルはゆっくりと変形していない状態に戻ります。
左室液構造相互作用モデルについて得られた圧力体積図を以下に示す。左心室のパラメトリックモデルにおける速度のベクトル表現は、これらの画像に示されている。代表的な画像は、リード2つのECG信号上の様々な時点における心臓全体の活性化のシミュレーションを示す。
ミリボルト単位の膜貫通電位はカラーバーで示されます。ここに示す画像は、健康な被験者の体表面電位へのマップを表しています。心電図信号に対応する9つのシーケンスにおける心室活性化の進行がこれらの画像に表示される。
Silico FCMプラットフォームは、バイオマーカー、患者固有の形状、流量と圧力、状態、原材料の特性、薬物反応など、現在の医療基準と比較してより多くの情報を提供できます。Silico FMプラットフォームは、患者固有の形状を使用して、他の心血管疾患のさまざまな組み合わせで薬物反応をテストおよび最適化できます。Silico FCM計算プラットフォームは、特に心臓病と患者固有の状態のリスク予測に特化したIn-Silico臨床試験の新しい道を開きます。
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