用于红细胞形态力学的 RBC-MsUQ 框架
生物物理
2025-08-12 v1 计算物理
摘要
表征红细胞 (RBC) 的形态力学特性对于理解微血管输运机制和细胞病理生理过程至关重要，然而当前的计算模型受到多源不确定性的制约，包括跨平台实验差异和参数辨识的随机性。我们提出了 RBC-MsUQ，一个为红细胞量身定制的新型多阶段不确定性量化框架。它通过微观模拟和文献数据建立红细胞参数的先验分布，将分层贝叶斯推断与多样化的实验数据集相结合。动态退火技术定义了无应力基线，而通过灵敏度分析优化的深度神经网络代理模型实现了低于 10 的预测误差，用于高效的模拟近似。其两阶段分层推断架构在第一阶段利用无应力状态和拉伸数据约束几何参数和剪切模量参数，并在第二阶段通过膜波动和松弛测试实现全参数辨识。应用于健康和疟疾感染的红细胞，RBC-MsUQ 框架产生了统计上稳健的后验分布，揭示了病理细胞中刚度和粘度的增加。定量的模型-实验验证表明，RBC-MsUQ 通过跨平台数据融合有效减轻了不确定性，克服了现有计算方法的关键局限性。因此，RBC-MsUQ 框架为研究红细胞特性以及推进细胞力学和生物医学工程提供了一个系统性的范式。
引用
@article{arxiv.2508.06852,
title = {An RBC-MsUQ Framework for Red Blood Cell Morpho-Mechanics},
author = {Shuo Wang and Lei Ma and Ling Guo and Xuejin Li and Tao Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.06852},
year = {2025}
}
备注
32 pages, 13 figures