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Using LDDMM and a kinematic cardiac growth model to quantify growth and remodelling in rat hearts under PAH
Computers in Biology and Medicine ( IF 7.0 ) Pub Date : 2024-02-28 , DOI: 10.1016/j.compbiomed.2024.108218 Debao Guan 1 , Lian Tian 2 , Wei Li 3 , Hao Gao 4
Computers in Biology and Medicine ( IF 7.0 ) Pub Date : 2024-02-28 , DOI: 10.1016/j.compbiomed.2024.108218 Debao Guan 1 , Lian Tian 2 , Wei Li 3 , Hao Gao 4
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Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rapidly progressive and fatal disease, with right ventricular failure being the primary cause of death in patients with PAH. This study aims to determine the mechanical stimuli that may initiate heart growth and remodelling (G&R). To achieve this, two bi-ventricular models were constructed: one for a control rat heart and another for a rat heart with PAH. The growth of the diseased heart was estimated by warping it to the control heart using an improved large deformation diffeomorphic metric mapping (LDDMM) framework. Correlation analysis was then performed between mechanical cues (stress and strain) and growth tensors, which revealed that principal strains may serve as a triggering stimulus for myocardial growth and remodelling under PAH. The growth tensors, estimated from in vivo images, could explain 84.3% of the observed geometrical changes in the diseased heart with PAH by using a kinematic cardiac growth model. Our approach has the potential to quantify G&R using sparse in vivo images and to provide insights into the underlying mechanism of triggering right heart failure from a biomechanical perspective.
中文翻译：
使用 LDDMM 和运动学心脏生长模型来量化 PAH 下大鼠心脏的生长和重塑
肺动脉高压（PAH）是一种快速进展的致命性疾病，右心室衰竭是 PAH 患者死亡的主要原因。本研究旨在确定可能启动心脏生长和重塑 (G&R) 的机械刺激。为了实现这一目标，构建了两个双心室模型：一个用于对照大鼠心脏，另一个用于患有 PAH 的大鼠心脏。通过使用改进的大变形微分同胚度量映射（LDDMM）框架将患病心脏扭曲到对照心脏来估计患病心脏的生长。然后对机械线索（应力和应变）和生长张量之间进行相关性分析，结果表明主应变可能作为 PAH 下心肌生长和重塑的触发刺激。通过使用运动学心脏生长模型，根据体内图像估计的生长张量可以解释 PAH 患病心脏中观察到的 84.3% 的几何变化。我们的方法有可能使用稀疏的体内图像来量化 G&R，并从生物力学的角度深入了解触发右心衰竭的潜在机制。
更新日期：2024-02-28
中文翻译：
使用 LDDMM 和运动学心脏生长模型来量化 PAH 下大鼠心脏的生长和重塑
肺动脉高压（PAH）是一种快速进展的致命性疾病，右心室衰竭是 PAH 患者死亡的主要原因。本研究旨在确定可能启动心脏生长和重塑 (G&R) 的机械刺激。为了实现这一目标，构建了两个双心室模型：一个用于对照大鼠心脏，另一个用于患有 PAH 的大鼠心脏。通过使用改进的大变形微分同胚度量映射（LDDMM）框架将患病心脏扭曲到对照心脏来估计患病心脏的生长。然后对机械线索（应力和应变）和生长张量之间进行相关性分析，结果表明主应变可能作为 PAH 下心肌生长和重塑的触发刺激。通过使用运动学心脏生长模型，根据体内图像估计的生长张量可以解释 PAH 患病心脏中观察到的 84.3% 的几何变化。我们的方法有可能使用稀疏的体内图像来量化 G&R，并从生物力学的角度深入了解触发右心衰竭的潜在机制。
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