用于研究心肌纤维再构的多尺度有限元方法
组织与器官
2025-07-04 v1 计算工程、金融与科学
摘要
心肌纤维不阵列是肥厚型心肌病 (HCM) 的一个重要特征，与多种心血管事件（如心力衰竭）相关。量化纤维不阵列对于理解该疾病的复杂病理机制至关重要。本研究探讨了异质性 HCM 诱导的细胞异常在纤维不阵列发展中的作用及其对心脏泵功能的影响。纤维不阵列通过基于应力的规律重新定向肌纤维和胶原，在多尺度有限元心脏建模框架 MyoFE 中进行预测。具体而言，该模型用于量化超收缩性、低收缩性和纤维化的异质分布对纤维不阵列发展及其对心脏功能特征的影响。我们的结果表明，细胞水平的异质性异常显著扰乱心肌的正常力学，导致显著的纤维不阵列。不阵列的模式因特定扰动而异，为理解 HCM 的病程提供了宝贵的见解。尽管扰动区域在心肌中的分布是随机的，但在所有扰动的左心室 (LV) 模型中，皮层近处的纤维不阵列显著高于内皮层。这一纤维不阵列的区域差异，无论扰动强度如何，都与先前的 DT-MRI 研究一致，凸显区域性心肌力学在纤维不阵列发生中的作用。此外，随着心肌重构，心脏功能均出现下降，尤其是伴有纤维化和低收缩性的模型表现最为显著。这些发现为理解 HCM 的结构与功能后果提供了重要见解，为针对心肌重构的未来治疗干预提供了框架。
引用
@article{arxiv.2507.02193,
title = {A Multi-Scale Finite Element Method for Investigating Fiber Remodeling in Hypertrophic Cardiomyopathy},
author = {Mohammad Mehri and Kenneth S. Campbell and Lik Chuan Lee and Jonathan F. Wenk},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.02193},
year = {2025}
}