三维微结构知情的计算心肌模型——面向心脏扩散加权 MRI 的虚拟成像试验

计算组织模型能够评估磁共振成像的定量模型。这包括对成像生物标志物与组织微结构参数的验证和灵敏度分析。我们提出一种生成心肌微结构真实数值体模的新方法。我们拓展了先前的研究，考虑了心肌细胞形状变异性、心肌细胞间（闰盘）的水交换、心肌微结构紊乱以及四种片层取向。该方法的第一阶段，通过考虑心肌细胞间连接中的形状变异性与闰盘来生成心肌细胞与片层。随后将片层聚合并定向于感兴趣的方向。我们的形态测量研究表明，数值与真实（文献）心肌细胞数据的体积、长度及主、次轴分布无显著差异（$p>0.01$）。结构相关性分析验证了该计算组织与真实组织属于同一紊乱类别。此外，模拟螺旋角（HA）与输入 HA（参考值）的绝对角度差（$4.3^\circ\pm 3.1^\circ$）与 (Holmes et al., 2000)（$3.7^\circ\pm6.4^\circ$）和 (Scollan et al., 1998)（$4.9^\circ\pm 14.6^\circ$）报道的利用实验心脏扩散张量成像（cDTI）与组织学（参考值）测得的 HA 绝对角度差吻合良好。输入与模拟 cDTI 的特征向量与片层角之间的角度距离小于利用结构张量成像（金标准）与实验 cDTI 测得的角之间的距离。这些结果确认所提方法能生成比先前研究更丰富的心肌数值体模。