Unser Protokoll demonstriert den Workflow der Silico FCM-Plattform des linken Ventrikels aus patientenspezifischen Ultraschallbildern durch Anwendung eines elektromechanischen Multiskalenmodells des Herzens. Die Silico FCM-Plattform kann Arzneimittelwirkungen untersuchen, die durch spezifische Randbedingungen für den Ein- und Auslassfluss, EKG-Messungen und die Kalziumfunktion für Herzmuskeleigenschaften verschrieben werden. Die Anwendung der Silico FCM-Plattform kann Tierversuche reduzieren und reale klinische Studien reduzieren und positive therapeutische Ergebnisse für Kardiomyopathie-Erkrankungen maximieren.
Silico FCM kann auch bei anderen kardiovaskulären Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, Herzischämie, Arrhythmie, Vorhofflimmern angewendet werden. Viele Workflows in der Silico FCM-Plattform können vom Erstbenutzer verwendet werden, da sie sehr hilfreiche Richtlinien für die Führung des Benutzers durch die Plattform sind. Die visuelle Demonstration der Silico FCM-Plattform ist wichtig, da viele Softwaretools zur Visualisierung der kardiovaskulären Parameter wie Teil für Geschwindigkeit, Druck, schiere Spannung, Wandspannung und Informationen vorhanden sind.
Beginnen Sie mit der Anmeldung auf der Plattform mit einem Benutzernamen und einem Passwort. Wählen Sie unter Virtual Population Module (virtuelles Populationsmodul) die Option Ultraschall M-Mode oder apikale Ansicht (apikaler Ansichts-Workflow) aus. Wählen Sie dann aus der Liste der verfügbaren Workflows den zusammengeführten Ultraschall-Workflow aus.
Laden Sie im Abschnitt Dateiupload Bilder und DCOM-Dateien hoch, die lokal auf dem Computer des Benutzers gespeichert sind, und wählen Sie entweder private oder öffentliche Ordner als Zielordner für die Dateien aus. Geben Sie den gewünschten Kommentar oder die gewünschte Notiz in den Kommentarbereich ein, bevor Sie den Workflow starten. Wählen Sie die apikale Ansicht in M-Mode linksventrikelförmigen Ultraschallbildern und DICOM-Dateien.
Klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen. Die interaktive Plattform benachrichtigt den Benutzer, wenn der laufende Workflow abgeschlossen ist. Visualisieren Sie die erstellte Geometrie des linken Ventrikels direkt auf der Plattform.
Die verfügbaren Optionen umfassen schattierte und Drahtrahmenmodelle. zur Visualisierung. Wählen Sie den Workflow aus und laden Sie die Vorlagendateien für die Randbedingungen der Einlass- und Austrittsgeschwindigkeiten über die Schaltflächen und den unteren Abschnitt herunter.
Wenn patientenspezifische Flussrandbedingungen verfügbar sind, laden Sie diese Dateien herunter und verwenden Sie sie. Speichern Sie diese Dateien in privaten oder öffentlichen Ordnern. Laden Sie diese Dateien auf ähnliche Weise hoch wie das Hochladen von Bildern.
Die vorgeschriebenen Einlass- und Austrittsgeschwindigkeiten simulieren den Arzneimittelzustand, während die Netzoptionen die Dichte des Finite-Elemente-Netzes steuern. Um patientenspezifische Bedingungen zu simulieren, ändern Sie die Standardwerte von Druck, Durchfluss, Materialeigenschaften und Kalziumfunktion. Klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen.
Ein neuer ausgeführter Workflow wird in der Liste angezeigt. Wenn einer der Abschnitte des Workflows nicht klar ist, klicken Sie auf die Schaltfläche Hilfedatei, um detaillierte Anweisungen zur Verwendung dieses Workflows anzuzeigen und die Ergebnisse zu interpretieren. Klicken Sie auf die Augentaste, um die Ejektionsfraktion und die globalen Arbeitseffizienzwerte sowie Diagramme von Druck im Vergleich zum Volumen, Druck gegen Belastung und Myokardarbeit im Vergleich zur Zeit anzuzeigen.
Klicken Sie auf die Kamerataste, um eine Vorschau anzuzeigen und Animationen der Verschiebungs-, Druck-, Belastungs- und Geschwindigkeitsfelder abzuspielen. Alternativ können Sie die Ergebnisse herunterladen. Der Ergebnisordner enthält VTK-Dateien, CSV-Dateien und Animationen.
Laden Sie mehrere VTK-Dateien. Sehen Sie mehrere Parameter von Interesse und ändern Sie das Feld, z. B. in Geschwindigkeit für die Visualisierung Drehen Sie das Modell oder ändern Sie das Farbschema. Wählen Sie Fläche mit Kanten oder Drahtrahmen für die Darstellung der Fläche.
Wenden Sie die gleiche Methodik auf jede geladene VTK-Datei an. Gehen Sie auf der Startseite zu Workflow ausführen und wählen Sie Torso in der Liste der verfügbaren Workflows aus. Fügen Sie einen Kommentar oder eine Notiz im Kommentarbereich hinzu und führen Sie den Workflow aus.
Klicken Sie auf die Schaltfläche Eingabevorlagendatei und speichern Sie den auf der Webseite angezeigten Inhalt als Eingabepunkt-txt-Datei, die für das Torso-Modell verwendet wird. Wählen Sie im Eingabedateifeld die heruntergeladene Eingabepunkt-txt-Datei aus. Nachdem die Datei importiert wurde, klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen, um die Berechnung zu starten.
Klicken Sie auf die Augen- oder Kameraschaltflächen in der linken unteren Ecke, um die verfügbaren Simulationsberichte oder Animationen direkt auf der Plattform zu visualisieren. Alternativ klicken Sie auf das 3D-Visualisierungsmodul, um die Ausgabe online in ParaView glance zu visualisieren. Wählen Sie die Schaltfläche Datei öffnen aus.
Gehen Sie zur Registerkarte Träger, geben Sie Benutzeranmeldeinformationen ein, wenn Sie dazu aufgefordert werden, und öffnen Sie den privaten Ordner. Wählen Sie auf der nächsten Seite den Workflow-Ausgabeordner aus und öffnen Sie den Torso-Ordner. Sehen Sie sich die Liste der VTK-Dateien an, die die Simulationsergebnisse darstellen.
Wählen Sie eine oder mehrere Dateien aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Auswählen, um die Datei in ParaView glance zu laden. Bearbeiten Sie die Modellgeometrie mit der Maus. Als nächstes wählen Sie die Drahtmodelloption, um das Innere des Torsos mit einem Herzen im Torso zu sehen.
Wählen Sie die Option Punkte, um eine gepunktete Darstellung des Torsomodells mit vollem Herznetz anzuzeigen. Passen Sie den Wert für die Punktgröße an, um die Anzeigeergebnisse zu ändern. Passen Sie den Deckkraftwert an, um das Innere des Torsos zu sehen und die Ergebnisse im Herznetz anzuzeigen.
Klicken Sie auf das Dropdown-Menü Farbe nach und wählen Sie die gewünschte Option. Ändern Sie abschließend die Standardfarbskala in eine der aufgeführten Optionen. Um das realistische Verhalten des linken Ventrikelmodells zu simulieren, wurden vorgeschriebene Funktionen für Geschwindigkeiten an den Ein- und Auslassventilen verwendet.
Auf dieses Finite-Elemente-Modell wurde ein Algorithmus zur automatischen Berechnung der Faserrichtung angewendet. Die Ergebnisse für eine Schicht- und dreischichtige Volumenkörperdarstellung sind hier dargestellt. Die repräsentativen Bilder zeigen das Druckfeld innerhalb des parametrischen linken Ventrikelmodells während eines Zeitzyklus von einer Sekunde.
Fünf verschiedene Zeitschritte werden hier vorgestellt. Das Geschwindigkeitsfeld innerhalb des parametrischen linken Ventrikelmodells ist in diesen Bildern dargestellt. Es gibt bemerkenswerte Wertspitzen innerhalb der Zweige, die durch Flüssigkeitsströmung während des Ladeentladezyklus verursacht werden.
Die hier gezeigten Bilder stellen die Verschiebung im parametrischen linken Ventrikelmodell dar. Ähnlich wie bei der Druckänderung während der ersten beiden Schritte sind die Verschiebungen bis zur Kontraktion vernachlässigbar, wenn sie am unteren Teil des Modells maximal werden. Während der verbleibenden Zeit kehrt das Modell langsam in seinen unverformten Zustand zurück.
Das resultierende Druckvolumendiagramm für das Interaktionsmodell der linken Ventrikelflüssigkeit ist hier dargestellt. Die vektorielle Darstellung der Geschwindigkeiten im parametrischen Modell des linken Ventrikels wird in diesen Bildern dargestellt. Die repräsentativen Bilder zeigen die Simulation der gesamten Herzaktivierung zu verschiedenen Zeitpunkten auf dem Lead-Zwei-EKG-Signal.
Das Transmembranpotential in Millivolt wird durch den Farbbalken angegeben. Die hier gezeigten Bilder stellen die Karte zum Körperoberflächenpotenzial in einem gesunden Subjekt dar. Der Verlauf der ventrikulären Aktivierung in neun Sequenzen, die dem EKG-Signal entsprechen, ist in diesen Bildern dargestellt.
Die Silico FCM-Plattform kann im Vergleich zu den aktuellen medizinischen Standards mehr Informationen liefern, einschließlich Biomarker, patientenspezifische Geometrie, Durchfluss und Druck, Zustand, Rohstoffeigenschaften und Arzneimittelreaktion. Die Silico FM-Plattform kann patientenspezifische Geometrie verwenden, um die Arzneimittelreaktion mit unterschiedlichen Kombinationen für andere kardiovaskuläre Erkrankungen zu testen und zu optimieren. Die Silico FCM-Computerplattform wird einen neuen Weg für klinische Studien in Silico eröffnen, insbesondere für Herzerkrankungen und Risikovorhersagen für die patientenspezifische Erkrankung.
