This paper investigates a data assimilation approach for non-invasive quantification of intracranial pressure from partial displacement data, acquired through magnetic resonance elastography. Data assimilation is based on a parametrized-background data weak methodology, in which the state of the physical system -- tissue displacements and pressure fields -- is reconstructed from partially available data assuming an underlying poroelastic biomechanics model. For this purpose, a physics-informed manifold is built by sampling the space of parameters describing the tissue model close to their physiological ranges, to simulate the corresponding poroelastic problem, and compute a reduced basis. Displacements and pressure reconstruction is sought in a reduced space after solving a minimization problem that encompasses both the structure of the reduced-order model and the available measurements. The proposed pipeline is validated using synthetic data obtained after simulating the poroelastic mechanics on a physiological brain. The numerical experiments demonstrate that the framework can exhibit accurate joint reconstructions of both displacement and pressure fields. The methodology can be formulated for an arbitrary resolution of available displacement data from pertinent images. It can also inherently handle uncertainty on the physical parameters of the mechanical model by enlarging the physics-informed manifold accordingly. Moreover, the framework can be used to characterize, in silico, biomarkers for pathological conditions, by appropriately training the reduced-order model. A first application for the estimation of ventricular pressure as an indicator of abnormal intracranial pressure is shown in this contribution.


翻译:本文调查了通过磁共振振动活性造影学获得的关于部分迁移数据造成部分内部压力的非侵入性量化的数据同化方法;数据同化基于一种防混和后地数据薄弱的方法,其中物理系统 -- -- 组织迁移和压力场 -- -- 的状况从部分可获得的数据中重建,假定一个基本的浮质生物机械模型模型;为此,通过取样描述接近其生理范围的组织模型的参数的空间,模拟相应的孔宽度问题,并计算一个减少的基础;在解决一个包含减序模型结构和现有测量结果的最小化问题之后,在缩小的空间中寻求流离失所和压力重建;在模拟生理大脑的浮质机能后获得的合成数据,对拟议管道进行验证;数字实验表明,框架可以显示离位和压力场的精确联合重建;可以制定方法,任意解决从相关图像中获取的流离失所数据;还可以处理机械模型物理参数的不确定性,通过放大物理物理图模型的模型,从而适当减少对物理路段的应用。

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