一种新的计算机建模和仿真技术用于支气管在呼吸过程中跟踪人类肺部的运动
Byeong-Jun Kim1, Hyo Yeong Ahn2, Chanhee Song3
1Department of Biomedical Engineering, Graduate School, and University Research Park, Pusan National University, Busan, 49241, Republic of Korea.
Physical and engineering sciences in medicine
|October 3, 2023
概括
这项研究引入了一种新的计算机建模技术,使用患者特定的有限元模型准确跟踪呼吸期间的肺部和瘤运动. 模拟结果与临床数据密切匹配,验证了增强呼吸运动分析的方法.
科学领域:
- 计算生物力学 计算生物力学
- 医学成像和模拟技术
- 呼吸系统建模呼吸系统建模
背景情况:
- 在呼吸过程中精确跟踪肺和瘤运动对于有效的放射治疗和手术规划至关重要.
- 现有的方法可能缺乏准确性,以捕捉肺和周围结构的复杂,非线性动态.
研究的目的:
- 开发和验证一种新的计算机建模和模拟技术,用于精确跟踪呼吸过程中的肺支气管和瘤的运动.
- 通过比较模拟结果与临床计算机断层扫描 (CT) 数据来评估拟议技术的准确性.
主要方法:
- 创建患者特有的呼吸系统的有限元素 (FE) 模型,包括周围的器官 (中间体,隔膜,胸部).
- 选择和实施奥格登的超弹性模型来描述肺膜体的非线性物质行为.
- 使用FE模型和Ogden模型模拟呼吸 (呼气到吸气),以跟踪肺支气管/瘤运动并计算体积/区域变化.
主要成果:
- 模拟技术显示出高精度,地标位移的平均相对误差在1.10%至2.67%之间.
- 肺横截面积和体积变化的平均相对误差分别为0.20%-5.00%和1.29%-9.23%.
- 模拟结果与9名受试者的临床吸入/呼出CT数据有很好的一致性.
结论:
- 拟议的计算机建模和模拟技术为精确的肺部和瘤在呼吸过程中的运动跟踪提供了经过验证的框架.
- 该方法能够将现实的材料特性和周围的解剖结构纳入该方法的能力提高了呼吸运动模拟的忠实性.
- 这种经过验证的技术具有显著的潜力,可以改善胸部瘤学和呼吸系统医学的个性化治疗计划.
