在使用高斯过程模拟器的四室心脏电力学模型上对细胞对整个器官进行全球灵敏度分析
Marina Strocchi1,2, Stefano Longobardi1, Christoph M Augustin3,4
1School of Biomedical Engineering and Imaging Sciences, King's College London, London, United Kingdom.
PLoS computational biology
|June 26, 2023
概括
计算心脏模型通过识别关键参数来简化复杂的心脏功能. 灵敏度分析显示,全身和肺抵抗严重影响心脏表现,有助于数字双胞胎校准.
科学领域:
- 计算生物学是一种计算生物学.
- 心血管生理学心血管生理学
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 心脏功能涉及复杂的,多层次的事件.
- 计算电力学模型这些事件,但面临的参数挑战.
- 将细胞与整个心脏生理学的器官水平参数联系起来很困难.
研究的目的:
- 开发一个计算框架来分析心脏电力学.
- 用灵敏度分析确定影响整个心脏功能的关键参数.
- 建立一种方法,将细胞特性与患者特定的心脏模型中的临床测量联系起来.
主要方法:
- 创建了一个患者特定的解剖心脏数字双胞胎.
- 使用Courtemanche-Land和ToR-ORd-Land模型模拟细胞电生理学和收缩.
- 结合全心力学与CircAdapt循环模型,包括心周效应.
- 使用高斯过程模拟器 (GPEs) 进行全球灵敏度分析 (GSA) 在五个子模型中的117个参数上.
主要成果:
- 将117个参数减少到45个关键参数,解释了90%的灵敏度.
- 确定全身和肺周围阻力对于所有四个腔室的心脏指数至关重要.
- 已证明的GPE有效地将细胞特性映射到临床测量.
结论:
- 高斯过程模拟器为心脏模型中的参数分析提供了强大的方法.
- 这种方法有助于对特定患者的数字双胞胎进行校准.
- 它提供了一条将基本细胞功能与可观察到的临床结果联系起来的途径.
