Aortic stenosis (AS) is the most common valvular heart disease in developed countries. High-fidelity preclinical models can improve AS management by enabling therapeutic innovation, early diagnosis, and tailored treatment planning. However, their use is currently limited by complex workflows necessitating lengthy expert-driven manual operations. Here, we propose an AI-powered computational framework for accelerated and democratized patient-specific modeling of AS hemodynamics from computed tomography. First, we demonstrate that our automated meshing algorithms can generate task-ready geometries for both computational and benchtop simulations with higher accuracy and 100 times faster than existing approaches. Then, we show that our approach can be integrated with fluid-structure interaction and soft robotics models to accurately recapitulate a broad spectrum of clinical hemodynamic measurements of diverse AS patients. The efficiency and reliability of these algorithms make them an ideal complementary tool for personalized high-fidelity modeling of AS biomechanics, hemodynamics, and treatment planning.


翻译:主动脉瓣狭窄(AS)是发达国家最常见的心脏瓣膜疾病。高保真度的临床前模型能够促进治疗创新、早期诊断和个体化治疗方案制定,从而改善AS的临床管理。然而,目前其应用受到复杂工作流程的限制,这些流程需要耗时冗长的专家手动操作。本文提出一种AI驱动的计算框架,用于基于计算机断层扫描实现快速化、普适化的AS患者特异性血流动力学建模。首先,我们证明所提出的自动网格生成算法能够为计算模拟和实验台模拟生成任务就绪的几何模型,其精度高于现有方法,且速度提升100倍。随后,我们展示了该方法可与流固耦合模型及软体机器人模型相结合,精确复现不同AS患者群体广泛的临床血流动力学测量指标。这些算法的高效性与可靠性,使其成为AS生物力学、血流动力学及治疗规划个性化高保真建模的理想辅助工具。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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