Paziente-specifica modellazione del Cuore: Stima di orientamento delle fibre ventricolari

Sommario

Una metodologia per la stima orientamento delle fibre ventricolari da immagini in vivo di geometrie del cuore del paziente per la modellazione personalizzata è descritto. Validazione della metodologia effettuata con una normale e in mancanza di cuori canini dimostrare che non ci sono differenze significative tra orientamento delle fibre stimati e ha acquisito a livello clinicamente osservabile.

Abstract

Paziente-specifiche simulazioni di cuore (dis) funzione volta a personalizzare la terapia cardiaca sono ostacolati dalla mancanza di tecnologia di imaging in vivo per l'acquisizione clinicamente orientamento delle fibre miocardiche. L'obiettivo di questo progetto era quello di sviluppare una metodologia per la stima orientamento delle fibre cardiache dal vivo in immagini di geometrie del cuore del paziente. Una rappresentazione accurata della geometria ventricolare e orientamento delle fibre è stato ricostruito, rispettivamente, di alta risoluzione risonanza ex vivo strutturale magnetica (RM) e del tensore di diffusione (DT) immagini RM di un cuore umano normale, indicato come l'atlante. Geometria ventricolare di un cuore paziente è stato estratto, tramite segmentazione semiautomatico, da una in vivo la tomografia computerizzata (TC) delle immagini. Utilizzando algoritmi di trasformazione di immagini, la geometria ventricolare atlante è stato deformato in base a quella del paziente. Infine, il campo di deformazione è stato applicato alla fibra atlante Orientationioni per ottenere una stima di orientamento delle fibre del paziente. La precisione delle stime di fibre è stata valutata utilizzando sei cuori in mancanza di normali e tre cani. La differenza media assoluta tra angoli di inclinazione di orientamento delle fibre acquisite e stimata è stata di 15,4 °. Simulazioni computazionali di mappe di attivazione ventricolare e pseudo-ECG in ritmo sinusale e tachicardia ventricolare indicato che non vi sono differenze significative tra orientamento delle fibre stimati e acquisito in generale clinicamente osservabili intuizioni level.The nuove ottenuti dal progetto aprirà la strada per lo sviluppo di paziente-specifici modelli del cuore che può aiutare i medici nella diagnosi personalizzata e le decisioni in materia di interventi di elettrofisiologia.

Introduzione

L'approccio computazionale sta diventando centrale per l'avanzamento della comprensione della funzione del cuore in salute e malattia. State-of-the-art con tutto il cuore i modelli di elettrofisiologia ed elettromeccanica sono attualmente utilizzate per studiare una vasta gamma di fenomeni, come ad esempio la propagazione ventricolare normale, aritmia, defibrillazione, accoppiamento elettromeccanico, e di resincronizzazione cardiaca ^1. Tuttavia, per l'approccio computazionale per essere direttamente applicabile in ambiente clinico, è imperativo che i modelli di essere paziente-specifico, cioè i modelli deve essere basata sull'....

Protocollo

1. Fibra Orientamenti Stima

1. Acquisire strutturali immagini MRI e DTMRI di un cuore umano adulto normale in diastole, con una risoluzione di 1 mm ^3. Uso ImageJ, estrarre il miocardio ventricolare dall'immagine atlante strutturale raccordo, per ciascun asse corto slice, spline chiusa attraverso una serie di punti limite disposte lungo i confini epicardici ed endocardici nella fetta (Figura 2A e 2B Figura). Eseguire il posizionamento dei punti limite manualmente per ogni fetta 10 ^th nell'immagine. Ottenere i punti limite per le rimanenti fette interpolando linearmente i punti individuati manualme....

Risultati

Figura 11, AC visualizza visualizzazioni semplificati di stima e DTMRI derivati ​​orientamento delle fibre nei cuori normali e in mancanza. Esame qualitativa mostra che gli orientamenti in fibra stimati allineano bene con DTMRI derivati ​​da quelli. Pannello D illustra, sovrapposto sulla geometria del cuore 1, la distribuzione di errore in angoli di inclinazione cuori normali ", mediato su tutte e cinque le stime. Pannello E mostra la distribuzione media di errore omettendo angoli di inclinazione c.......

Discussione

Questa ricerca dimostra quantitativamente che, in assenza di DTMRI, orientamento delle fibre miocardiche di ventricoli normali e mancanza può essere stimata in vivo immagini delle loro geometrie per uso in simulazioni di elettrofisiologia cardiaca. La metodologia proposta è stata dimostrata in vivo dati CT, ma è ugualmente applicabile a immagini RM in vivo della geometria ventricolare, affrontando la mancanza di capacità di acquisire direttamente orientamento delle fibre del paziente. E 'q.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
LDDMM	Johns Hopkins University		http://cis.jhu.edu/software/lddmm-volume/index.php
MATLAB	MathWorks, Inc.	R2011b	http://www.mathworks.com/products/matlab/
ImageJ	National Institutes of Health		http://rsbweb.nih.gov/ij/
Tarantola	CAE Software Solutions		http://www.meshing.at/Spiderhome/Tarantula.html
CARP	CardioSolv		http://cardiosolv.com/
Immagini Canine	Johns Hopkins University		http://www.ccbm.jhu.edu/research/DTMRIDS.php