不同最优性原理下合成血管树的分支指数
生物物理
2024-10-10 v1 最优化与控制
摘要
血管树的分支行为常借助 Murray 定律来刻画。我们利用全局优化准则生成的合成血管树来考察其有效性。我们的合成树模型并未显式纳入 Murray 定律，而是假定其隐式成立，并研究不同物理约束与优化目标对如今允许局部变化的分支指数的影响。特别地，我们引入由 F{\aa}hr{\ae}us--Lindqvist 效应导致的可变血液黏度，并强制流入与微循环之间的压降相等。借助全局优化框架，我们生成了拥有逾百万终末血管的合成血管树，并将其与人体肝脏门静脉树的精细腐蚀铸型比对。当不施加额外约束时，Murray 定律被隐式满足，表明其在该情形下成立。可变血液黏度或等压降会导致偏离该最优值，但分支指数处于实验预测的 2.0 至 3.0 区间内。针对腐蚀铸型的验证显示从门静脉到微静脉均吻合良好。不显式强制 Murray 定律降低了计算成本，并提升了合成血管树的预测能力。跨尺度研究最优分支指数的能力可改进器官的功能评估。
引用
@article{arxiv.2304.11998,
title = {Branching exponents of synthetic vascular trees under different optimality principles},
author = {Etienne Jessen and Marc C. Steinbach and Charlotte Debbaut and Dominik Schillinger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.11998},
year = {2024}
}