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Estimation of transversely isotropic material properties from magnetic resonance elastography using the optimised virtual fields method

机译：使用优化的虚拟场方法从磁共振弹性成像估计横向各向同性的材料特性

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摘要

Magnetic resonance elastography (MRE) has been used to estimate isotropic myocardial stiffness. However, anisotropic stiffness estimates may give insight into structural changes that occur in the myocardium as a result of pathologies such as diastolic heart failure. The virtual fields method (VFM) has been proposed for estimating material stiffness from image data. This study applied the optimised VFM to identify transversely isotropic material properties from both simulated harmonic displacements in a left ventricular (LV) model with a fibre field measured from histology as well as isotropic phantom MRE data. Two material model formulations were implemented, estimating either 3 or 5 material properties. The 3-parameter formulation writes the transversely isotropic constitutive relation in a way that dissociates the bulk modulus from other parameters. Accurate identification of transversely isotropic material properties in the LV model was shown to be dependent on the loading condition applied, amount of Gaussian noise in the signal, and frequency of excitation. Parameter sensitivity values showed that shear moduli are less sensitive to noise than the other parameters. This preliminary investigation showed the feasibility and limitations of using the VFM to identify transversely isotropic material properties from MRE images of a phantom as well as simulated harmonic displacements in an LV geometry.
机译：磁共振弹性成像（MRE）已用于估计各向同性心肌硬度。但是，各向异性刚度估计值可以帮助您了解由于诸如舒张性心力衰竭等病理情况而在心肌中发生的结构变化。已经提出了虚拟场方法（VFM），用于从图像数据估计材料刚度。这项研究应用优化的VFM从左心室（LV）模型中的模拟谐波位移中识别横观各向同性的材料特性，该模型具有从组织学测量的纤维场以及各向同性的体模MRE数据。实施了两种材料模型公式，估算了3或5种材料特性。 3参数公式以使体积模量与其他参数分离的方式写入横向各向同性本构关系。 LV模型中横向各向同性材料特性的准确识别显示取决于所施加的负载条件，信号中的高斯噪声量以及激励频率。参数灵敏度值表明，剪切模量对噪声的敏感性低于其他参数。这项初步研究表明，使用VFM从体模的MRE图像以及LV几何中模拟的谐波位移中识别横向各向同性的材料特性是可行和局限的。

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