Processing may take a few seconds...

Dissertation

Title

Modalna analiza przestrzennego ruchu serca z uwzględnieniem standardowych metod obrazowania medycznego

Authors

[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student

Promoter

[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] employee

Reviewers

[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] employee

Title variant

EN Spatio temporal analysis of heart motion basing on standard medical imaging methods

Language

polish

Keywords
PL
  • serce
  • analiza niskowymiarowa
  • POD
  • diagnostyka
  • biomechanika
EN
  • heart
  • low dimensional analysis
  • POD
  • diagnostics
  • biomechanics
Abstract

PL W pracy przedstawiono metodę analizowania patologii w dynamice lewej i prawej komory serca człowieka za pomocą analizy modalnej POD (Proper Orthogonal Decomposition). Analiza POD pozwala na redukcje wysoko wymiarowych zestawów danych do małej liczby modów lub struktur, oddzielając zmienne strukturalne i czasowe w zestawach danych. W pracy przedstawiono szczegółowo metodę tworzenia modeli wejściowych oraz zasadę działania analizy POD. Dynamiczny model lewej i prawej komory stworzony został na podstawie bazy danych pochodzących z rezonansu magnetycznego - MRI. W tym celu zestaw siatek powierzchniowych został stworzony dla każdego z kroków czasowych. Aby umoźliwić analizę POD, zostaje przeprowadzona rejestracja kolejnych siatek. Analiza POD pozwala nie tylko na znaczna redukcje danych, lecz także jest nośnikiem informacji na temat dynamiki lewej i prawej komory serca, pozwala na odseparowanie stałych i zmiennych własciwości ruchu, które są kluczowe dla leczenia kardiologicznego. Charakterystyczne struktury sygnałów i modów czasowych zostają zidentyfikowane i stają się wytłumaczalne. Każdy z modów może zostać skorelowany z odpowiednim ruchem serca. Przedstawiono średnią superpozycję wartości czasowych i struktur przenoszących najwięcej energii. Te mniej energetyczne, zidentyfikowane jako pomijalne, zostały wyeliminowane z analizy, pozostawiając pojedyncze, najważniejsze i wyodrębnione mody, z których można pozyskać pożyteczne informacje. Model stworzony za pomocą najważniejszych modów pozwala na pełna analizę dynamiki. Możliwości użytkowe badania dynamiki serca ( np. diagnostyki i planowania operacji) są widoczne lecz wciąż przedwczesne. Udowodniono, ze tak skomplikowany ruch jakim jest skurcz i rozkurcz lewej i prawej komory może zostać zrekonstruowany za pomocą kilku stopni swobody - modów POD. Rozkład dynamiki serca do charakterystycznych składowych pozwala na badanie patologicznego ruchu. Współczynniki czasowo-przestrzenne odzwierciedlają funkcjonowanie serca. Porównywanie ich może pozwolić na rozpoznanie i rozróżnianie patologii dynamiki serca.

EN The paper aims to build a reduced order model (ROM) of the left and right ventricle of a human heart. ROM is an advantageous method for reducing high-dimensional data sets to a small number of modes or structures and separating apart structural and time variables within these data sets. The modal analysis is enabled with the Proper Orthogonal Decomposition. In the paper the main steps of the model building are described in details. Proper orthogonal decomposition is presented. The flexible heart model is build with the MRI case study. For this purpose 3D sets of flexible surface meshes for the left and right ventricle are created for each snapshot. To enable POD analysis the registration of subsequent meshes is performed. The proper orthogonal analysis allows not only data reduction but is a data-driven filter, allowing for a separation of similar and alternative properties of the left and right ventricle movement, which, is diagnostically essential in cardiology studies. Characteristic signal structures or modes are recognized within the time series that turn out to be explainable. Each mode can be correlated with a corresponding heart movement. In our study it is presented by the superposition of time-averaged values and the most energetic structures. The less energetic ones, identified as negligible in further analysis are eliminated from the data, leaving separated, crucial, extent modes from which useful information may be extracted. The dynamical model filtered in this way truncates the noisy structures and allows the analysis of the movement data. Its qualities for the cardiac movement study (e.g., diagnostics and operation planning) is noticeable but still precautious. We have proven that complex heart motion can be modelled with relatively few degrees of freedom - POD modes. Decomposition of the heart motion on to characteristic patterns enables examination of pathological movement. Coefficients reflect the properly functioning heart, and comparing them may reveal and distinguish pathologies.

Number of pages

125

OECD domain

medical biotechnology

KBN discipline

biocybernetics and biomedical engineering

Signature of printed version

DrOIN 1664

On-line catalog

to201580813

Full text of dissertation

Download file

Access level to full text

public

First review

Michał Nowak

Place

Poznań, Polska

Date

15.01.2015

Language

polish

Review text

Download file

Access level to review text

public

Second review

Romuald Będziński

Place

Wrocław, Polska

Date

16.01.2015

Language

polish

Review text

Download file

Access level to review text

public

Dissertation status

dissertation

Place of defense

Poznań, Polska

Date of defense

27.04.2015

Unit granting title

Rada Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej

Obtained title

doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budowa i eksploatacja maszyn, w specjalności: biomechanika