While virtual reality (VR) has potential in enhancing cardiovascular diagnosis and treatment, prerequisite labor-intensive image segmentation remains an obstacle for seamlessly simulating 4-dimensional (4-D, 3-D + time) imaging data in an immersive, physiological VR environment. We applied deformable image registration (DIR) in conjunction with 3-D reconstruction and VR implementation to recapitulate developmental cardiac contractile function from light-sheet fluorescence microscopy (LSFM). This method addressed inconsistencies that would arise from independent segmentations of time-dependent data, thereby enabling the creation of a VR environment that fluently simulates cardiac morphological changes. By analyzing myocardial deformation at high spatiotemporal resolution, we interfaced quantitative computations with 4-D VR. We demonstrated that our LSFM-captured images, followed by DIR, yielded average dice similarity coefficients of 0.92 ± 0.05 (n = 510) and 0.93 ± 0.06 (n = 240) when compared to ground truth images obtained from Otsu thresholding and manual segmentation, respectively. The resulting VR environment simulates a wide-angle zoomed-in view of motion in live embryonic zebrafish hearts, in which the cardiac chambers are undergoing structural deformation throughout the cardiac cycle. Thus, this technique allows for an interactive micro-scale VR visualization of developmental cardiac morphology to enable high resolution simulation for both basic and clinical science.

中文翻译：

---

使用可变形图像配准方法在虚拟现实中模拟心脏发育形态。

虽然虚拟现实（VR）在增强心血管疾病的诊断和治疗方面具有潜力，但前提条件是需要大量劳动密集型图像分割，这仍然是在沉浸式生理VR环境中无缝模拟4维（4-D，3-D +时间）成像数据的障碍。 。我们将可变形图像配准（DIR）与3-D重建和VR实施相结合，从光片荧光显微镜（LSFM）概括了发育性心脏收缩功能。该方法解决了因时间相关数据的独立分割而引起的不一致，从而能够创建能流畅模拟心脏形态变化的VR环境。通过以高时空分辨率分析心肌变形，我们将定量计算与4-D VR进行了接口。我们证明，与通过Otsu阈值化和手动分割获得的地面真实图像相比，我们用LSFM捕获的图像以及DIR产生的平均骰子相似系数为0.92±0.05（n = 510）和0.93±0.06（n = 240），分别。最终的VR环境模拟了活的斑马鱼胚胎心脏的广角放大运动，其中整个心动周期中的心腔都在经历结构变形。因此，该技术可对发育中的心脏形态进行交互式的微型VR可视化，以实现针对基础科学和临床科学的高分辨率仿真。与分别从Otsu阈值化和手动分割获得的地面真相图像进行比较时得出06（n = 240）。最终的VR环境模拟了活的斑马鱼胚胎心脏的广角放大运动，其中整个心动周期中的心腔都在经历结构变形。因此，该技术可对发育中的心脏形态进行交互式的微型VR可视化，以实现针对基础科学和临床科学的高分辨率仿真。与分别从Otsu阈值化和手动分割获得的地面真相图像进行比较时得出06（n = 240）。最终的VR环境模拟了活的斑马鱼胚胎心脏的广角放大运动，其中整个心动周期中的心腔都在经历结构变形。因此，该技术可对发育中的心脏形态进行交互式的微型VR可视化，以实现针对基础科学和临床科学的高分辨率仿真。