在血动力学脉冲波传播建模的背景下,高斯过程和多项混乱模拟器的比较
L Mihaela Paun1,2, Mitchel J Colebank3,4, Dirk Husmeier1
1School of Mathematics and Statistics, University of Glasgow, Glasgow, UK.
计算心血管模型可以创建患者特定的数字双胞胎. 这项研究发现,高斯过程在模拟肺循环模型方面略高于多项式混沌扩张,使得临床应用速度更快.
科学领域:
- 计算生物学是一种计算生物学.
- 生物医学工程 生物医学工程
- 心血管研究的心血管研究.
背景情况:
- 心血管系统的计算建模为患者特定的医疗保健提供了潜力.
- 高计算成本限制了这些模拟器对实时数字双胞胎的临床使用.
- 需要模拟策略来克服计算瓶.
研究的目的:
- 研究和比较两个常见的仿真策略:高斯过程 (GPs) 和多项式混沌扩展 (PCEs).
- 为了模拟肺循环的两个一维血动力学模型.
- 在前向模拟和反向问题参数推断中评估模拟器性能.
主要方法:
- 使用全球灵敏度分析减少参数空间.
- 使用多变量,时间序列输出和主要组件分析对GP和PCE进行比较.
- 基于测试数据对模拟器的评估以及逆向问题参数推断.
主要成果:
- 高斯过程 (GPs) 在多项式混沌扩展 (PCEs) 上显示出轻微但一致的性能优势.
- 对于时间依赖和减少输出表示,观察到类似的模拟器性能.
- 这两种仿真策略都在前向仿真和反向问题参数推断方面表现出有效性.
结论:
- 与肺循环模型的多项式混乱扩张相比,高斯过程是一种略高的仿真策略.
- 仿真显著降低了计算成本,为临床环境中的实时数字双胞胎铺平了道路.
- 这项工作有助于通过高效的计算建模推进医疗保健中的不确定性量化.
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