完全自动化构建三维有限元模拟从光学连贯性断层学的三维有限元模拟

科学领域:

• 心血管成像 - 心血管成像
• 生物医学工程 生物医学工程
• 计算力学 计算力学 计算力学

背景情况:

• 动脉硬性冠状动脉疾病 (CAD) 仍然是全球主要的健康问题,斑块不稳定性是不良事件的关键因素.
• 目前的成像技术很难通过捕捉复杂的机械反应来充分评估斑块的稳定性.
• 使用光学连贯断层扫描 (OCT) 的有限元 (FE) 模拟显示出评估应力分布的前景,但由于图像限制而面临自动化挑战.

研究的目的:

• 从标记的OCT图像中开发一种自动化的算法方法,用于从标记的OCT图像中生成3D有限元 (FE) 准备的数字双胞胎.
• 为了克服OCT数据的冠状动脉详细3D FE模型的制造方面的局限性,例如框架稀疏性和有限的透深度.
• 为了实现大规模的,in-silico分析患者特定的诊断和治疗计划在CAD.

主要方法:

• 开发了一种算法方法,从标记的OCT图像中自动生成3D数字双胞胎.
• 生成的3D模型在解剖学上是忠实的,重复了机械上相关的组织部件和细节.
• 为了验证FE模型的准确性和效率,进行了一项网状融合研究.

主要成果:

• 自动化程序成功地从OCT图像中生成了解剖学上真实的3D数字双胞胎.
• 生成的模型捕获了微小的细节和机械相关的组织部件.
• 与较密集的模型相比,网格融合研究显示出高准确度,平均误差为5.9%的应力和1.6%的应变.

结论:

• 开发的自动化方法可以从OCT图像中创建详细的3D数字双胞胎,用于冠状动脉分析.
• 这种方法使得以前无法实现的临床队列的大规模in-silico分析变得更加容易.
• 该方法为在体内针对患者的诊断和治疗计划为动脉样硬化冠状动脉疾病开辟了新的可能性.