全局优化脑动脉模型的构建
医学物理
2019-07-24 v2 生物物理
定量方法
摘要
脑动脉难以从第一性原理再现,其具有交织的供血区域,以及代谢需求不同的灰质与白质的复杂分层。本研究的目的是基于供给组织所需能量的最小化,确定维持整个大脑半球所需的动脉理想构型。首先从中健康人脑的磁共振图像中分割出灰质和白质的三维分布。随后应用一种新颖的模拟退火算法来确定供给脑组织所需的动脉最优构型。该模型通过将这一理想的、完全优化的脑血管结构与已知真实动脉结构进行比较而得到验证。这确立了人脑脑血管高度优化;与最节能的血管排布极为相似。除局部遵循流体动力学优化原则外,优化后的血管结构再现了具有明确边界的前、中、后区域全局脑灌注区。这一经过验证的脑血管模型和算法可用于卒中与脑血流动力学的患者特异性建模、识别与血管疾病相关的次优状态,以及优化组织工程与人工器官设计中的血管结构。
引用
@article{arxiv.1807.11513,
title = {Development of a globally optimised model of the cerebral arteries},
author = {Jonathan Keelan and Emma M. L. Chung and James P. Hague},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.11513},
year = {2019}
}