函数对函数克里金法及其在主动脉组织 3D 打印中的应用
统计方法学
2021-05-18 v2
摘要
使用合成超材料模拟生物组织的 3D 打印医疗原型，在紧急外科手术应用中正变得越来越重要。然而，由于输入（超材料结构）和输出（力学响应曲线）均具有函数性质，通过 3D 打印超材料来模拟组织力学特性可能既困难又耗时。为解决此问题，我们提出了一种新颖的函数对函数克里金模型，用于高效仿真和模拟组织优化。对于函数型输入，我们模型的一个关键创新是谱距离（SpeD）相关函数，它捕获了两个函数输入之间的重要谱差异。然后通过协同克里金框架对函数型输出的依赖性进行建模。我们进一步在输入谱和输出协同克里金协方差矩阵上采用收缩先验，这使得仿真器能够学习并融入重要的物理特性（例如，主导输入频率、输出曲线属性）。最后，我们在模拟人体主动脉组织的真实世界研究中展示了所提出的 SpeD 仿真器的有效性，并表明与医学文献中的现有方法相比，它能提供更快、更精确的组织模拟性能。
引用
@article{arxiv.1910.01754,
title = {Function-on-function kriging, with applications to 3D printing of aortic tissues},
author = {Jialei Chen and Simon Mak and V. Roshan Joseph and Chuck Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.01754},
year = {2021}
}