Magnetic resonance elastography is a motion-sensitive image modality that allows to measure in vivo tissue displacement fields in response to mechanical excitations. This paper investigates a data assimilation approach for reconstructing tissue displacement and pressure fields in an in silico brain model from partial elastography data. The 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 the 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 computing a reduced basis via Proper Orthogonal Decomposition. 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 of 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.


翻译:磁共振动脉动成像法是一种运动敏感图像模式,可以测量活体组织脱位场,以响应机械振动。本文调查了利用部分弹性造影学数据在硅脑模型中重建组织脱位和压力场的数据同化方法,数据同化基于一种对称-背部数据薄弱的方法,即物理系统状况 -- -- 组织脱位和压力场 -- -- 以现有数据为假设,假设一种基本的孔状生物机能模型。为此,通过抽样测量描述接近其生理范围的组织模型的参数的空间,以模拟相应的孔状问题,并用适当的孔形脱位法计算一个减少的基础。在解决包含减序模型结构和现有测量结果的最小化问题之后,在缩小空间内寻求改变和压力重建。拟议的管道利用模拟生理大脑的孔状力力力力力力力力学机能后获得的合成数据进行验证。数字实验表明,框架能够显示从任意脱位和压力变形的图像中进行精确的联合重建。</s>

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