AngioMT:基于MATLAB的2D图像转化物理工具,用于预测血管化的微生理系统中的氧气运输
Tanmay Mathur1, James J Tronolone1, Abhishek Jain1,2,3
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, College Station, Texas, United States of America.
PloS one
|May 15, 2024
概括
一个新的MATLAB程序AngioMT通过分析微血管网络来量化微生理系统 (MPS) 中的氧气运输. 该工具通过提供空间氧气数据来增强临床前研究,提高了MPS在药物发现方面的预测能力.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算生物学 计算生物学
- 药物发现 药物发现 药物发现
背景情况:
- 微生理系统 (MPS) 是研究疾病和测试药物的重要临床前工具.
- 目前的MPS缺乏对毛细血管动力学和氧气运输的准确评估.
- 在MPS内测量深层组织中的氧气具有挑战性,并且往往不切实际.
研究的目的:
- 开发一种用于分析血管化MPS中的氧气运输的计算工具.
- 为了弥合微血管成像和生理氧气动态之间的差距.
- 提高MPS在临床前应用中的预测能力.
主要方法:
- 在MATLAB中开发了AngioMT,这是一个基于有限元素方法的氧气运输程序.
- AngioMT处理微血管网络的二维共聚焦图像,以建模氧气扩散和反应.
- 该程序结合了更高阶的反应机制,可以模拟复杂的共同培养系统.
主要成果:
- AngioMT提供了微血管和周围组织内的空间氧气运输信息.
- 该工具提供了一个用户友好的从图像数据到物理建模的过渡.
- 结果显示,与平均形态测量和体内数据相比,生理相关性有所改善.
结论:
- 通过量化氧气运输,AngioMT提高了MPS的分析能力.
- 该工具提高了血管化MPS的预测性能,用于药物发现和病理生理学.
- 在体外,AngioMT可促进更具生理相关性的微循环分析.
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02:03Anatomy of the Circulatory System
The human circulatory system consists of blood, blood vessels that carry blood away from the heart, around the body, and back to the heart, and the heart itself, which acts as a central pump. The systemic circuit supplies blood to the whole body, the coronary circuit supplies blood to the heart, and the pulmonary circuit supplies blood flow between the heart and lungs.
01:29Blood Flow
Blood is pumped by the heart into the aorta, the largest artery in the body, and then into increasingly smaller arteries, arterioles, and capillaries. The velocity of blood flow decreases with increased cross-sectional blood vessel area. As blood returns to the heart through venules and veins, its velocity increases. The movement of blood is encouraged by smooth muscle in the vessel walls, the movement of skeletal muscle surrounding the vessels, and one-way valves that prevent backflow.