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定量生物学 > 组织与器官

arXiv:2501.04504v2 (q-bio)
[提交于 2025年1月8日 (v1) ,最后修订 2025年5月5日 (此版本, v2)]

标题: 健康人的心脏解剖与电生理整合:使用通用坐标进行双心室统计形状分析的见解

标题: Integrating anatomy and electrophysiology in the healthy human heart: Insights from biventricular statistical shape analysis using universal coordinates

Authors:Lore Van Santvliet, Elena Zappon, Matthias A.F. Gsell, Franz Thaler, Maarten Blondeel, Steven Dymarkowski, Guido Claessen, Rik Willems, Martin Urschler, Bert Vandenberk, Gernot Plank, Maarten De Vos
摘要: 心脏数字孪生是患者特定心脏的虚拟副本,模仿其解剖结构和生理功能。 构建心脏数字孪生的关键步骤是解剖双胞胎,其中数字孪生的计算网格根据患者特定的心脏解剖结构进行定制。 在一些研究中,使用计算模拟来研究解剖变异对心电图(ECGs)等临床相关功能测量的影响。 尽管这种模拟环境为研究人员提供了经过仔细控制的真实情况,但解剖差异对真实患者功能测量的影响仍研究不足。 在本研究中,我们开发了一个双心室统计形状模型,并利用它来量化双心室解剖对心电图衍生和人口统计特征的影响,为心脏电生理数字孪生的开发提供新的见解。 为此,使用了一个包含271名健康个体(包括运动员)的高分辨率心脏CT扫描数据集。 此外,开发了一种新颖的、通用的基于心室坐标的的方法,以建立轻量级形状对应关系。 该形状模型的性能得到了严格验证,重点在于其降维能力和训练数据需求。 此外,还提供了一个全面的合成队列,包含可以直接使用的双心室网格,具有纤维结构和解剖区域注释。 这些网格非常适合电生理模拟。
摘要: A cardiac digital twin is a virtual replica of a patient-specific heart, mimicking its anatomy and physiology. A crucial step of building a cardiac digital twin is anatomical twinning, where the computational mesh of the digital twin is tailored to the patient-specific cardiac anatomy. In a number of studies, the effect of anatomical variation on clinically relevant functional measurements like electrocardiograms (ECGs) is investigated, using computational simulations. While such a simulation environment provides researchers with a carefully controlled ground truth, the impact of anatomical differences on functional measurements in real-world patients remains understudied. In this study, we develop a biventricular statistical shape model and use it to quantify the effect of biventricular anatomy on ECG-derived and demographic features, providing novel insights for the development of digital twins of cardiac electrophysiology. To this end, a dataset comprising high-resolution cardiac CT scans from 271 healthy individuals, including athletes, is utilized. Furthermore, a novel, universal, ventricular coordinate-based method is developed to establish lightweight shape correspondence. The performance of the shape model is rigorously established, focusing on its dimensionality reduction capabilities and the training data requirements. Additionally, a comprehensive synthetic cohort is made available, featuring ready-to-use biventricular meshes with fiber structures and anatomical region annotations. These meshes are well-suited for electrophysiological simulations.
评论: 29页,19图
主题: 组织与器官 (q-bio.TO)
引用方式: arXiv:2501.04504 [q-bio.TO]
  (或者 arXiv:2501.04504v2 [q-bio.TO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.04504
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Computers in Biology and Medicine, 192 (2025), 110230
相关 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2025.110230
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来自: Lore Van Santvliet [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 1 月 8 日 13:44:38 UTC (24,267 KB)
[v2] 星期一, 2025 年 5 月 5 日 14:52:14 UTC (28,656 KB)
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