Исследователи из Королевского колледжа Лондона создали 3D-копии полноразмерных здоровых взрослых сердец на основе изображений компьютерной томографии (КТ) и проанализировали, как форма сердца соотносится с функцией.

Опубликованное сегодня в журнале PLOS Computational Biology исследование также включает в себя 1000 новых синтетических сердец, которые были сделаны в открытом доступе, что позволяет исследователям загружать и использовать их для тестирования новых алгоритмов, тестирования in-silico терапии, проведения большего количества статистических анализов или генерации конкретных форм из средних моделей.

Статистический анализ формы-это метод, который позволяет тщательно изучить анатомические изменения сердца у разных испытуемых. Используя эту технику, из когорты из 20 здоровых взрослых сердец исследователи создали среднее сердце, а затем скорректировали его, деформировав это среднее сердце, чтобы получить 1000 новых и синтетических 3D целых сердец.

Заставляя синтетическое сердце отклоняться от средней формы, можно создать более аномальные или экстремальные сердца, ограниченные диапазоном вариаций, наблюдаемых в когорте.

Ведущий исследователь Кристобаль Родеро сказал: «Даже у здоровых людей у всех немного разная форма сердца. Знание этих различий и того, как они влияют на сердечную функцию, является задачей, для которой компьютерное моделирование является идеальным инструментом.»

С помощью этих данных исследователи могут провести электромеханическое моделирование на 20 сердцах плюс 38 крайних случаев, когда некоторые автоматически выбранные функции были преувеличены, такие как большие или меньшие сердца или с более толстыми стенками.

Г-н Родеро сказал, что это исследование является первой вехой в нашем понимании того, как тонкие анатомические изменения могут влиять на функции, и прокладывает путь для других исследователей, чтобы воспроизвести и расширить результаты исследований.

«Это исследование может быть использовано в качестве ранней диагностики позже. Например, мы обнаружили, что в сердце прямо перед аортой есть область, которая, когда она становится толще, оказывает большое влияние на предсказанную функцию.»

«Эта анатомическая черта имеет тесную связь с последними результатами моего коллеги Мацея Марциняка по изучению паттернов локальной гипертрофии, также опубликованными в его недавнем исследовании в журнале «Гипертония».»

Ядро исследования основано на способности моделировать сердцебиение с помощью компьютера, сложного процесса, требующего суперкомпьютеров (более 200 000 часов вычислений, которые выполняются параллельно и занимают около 5 дней).

Хитрость заключается в том, чтобы изучить механизмы, которые моделируются в так называемых эмуляторах, которые производят результат моделирования за долю секунды.

Создание этих эмуляторов не только ускоряет процесс, но и позволяет определить, какие важные факторы связаны с сердечным здоровьем и болезнями, и как это исследование решает сложную проблему того, как форма сердца соотносится с функцией.

Видение в этой области исследований-это будущее, в котором наши цифровые близнецы, наши персонализированные вычислительные копии, поддерживают решения в управлении сердечно-сосудистыми заболеваниями, как описали авторы в белой книге Европейского журнала сердца.