https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20467| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
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| joaopedrobanhatopereira.pdf | 12.54 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
| Clase: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Título : | Gêmeos digitais do coração para disfunções de condução ventricular |
| Autor(es): | Pereira, João Pedro Banhato |
| Orientador: | Santos, Rodrigo Weber dos |
| Co-orientador: | Campos, Joventino de Oliveira |
| Miembros Examinadores: | Rocha, Bernardo Martins |
| Miembros Examinadores: | Berg, Lucas Arantes |
| Resumo: | O objetivo deste trabalho é validar um procedimento para a geração de gêmeos digitais cardíacos a partir de dados clínicos e propor um algoritmo de otimização por Evolução Diferencial (DE) que reduz o custo computacional em comparação com a abordagem bayesiana tradicional. O procedimento integra reconstrução geométrica por ressonância magnética, orientação de fibras, incorporação de uma rede de Purkinje e simulação da ativação ventricular por meio do modelo de Eikonal, permitindo a calibração de parâmetros fisiológicos, como velocidades de condução e pontos de ativação iniciais, com aproximação dos sinais de eletrocardiograma (ECG). A inferência é realizada, por padrão, via métodos bayesianos do tipo SMC-ABC, e a qualidade do ajuste entre os ECGs simulados e clínicos é avaliada por métricas como o coeficiente de correlação de Pearson (PCC) e o erro quadrático médio (RMSE). O estudo utiliza dados de quatro pacientes do Hospital Universitário da Universidade Federal de Juiz de Fora, incluindo dois com bloqueio de ramo esquerdo, um com bloqueio mascarado e um sem bloqueio de ramo. A validação envolve protocolos de estimulação controlada e ritmo sinusal, analisando a capacidade do modelo de reproduzir padrões observados clinicamente. Para o método proposto, foram avaliados tempos de inferência para diferentes tamanhos de população do método DE. Os resultados mostram que a Evolução Diferencial recupera padrões de ativação e valores de velocidade compatíveis com o SMC-ABC, mantendo níveis semelhantes de PCC e RMSE, ao mesmo tempo em que reduz o tempo de inferência em até 11 vezes. Conclui-se que o procedimento é robusto para a representação de alterações na condução ventricular e que o algoritmo DE constitui uma alternativa promissora para acelerar a personalização de gêmeos digitais cardíacos em aplicações clínicas. |
| Resumen : | The objective of this work is to validate a procedure for generating cardiac digital twins from clinical data and to propose an optimization algorithm based on Differential Evolution (DE) that reduces the computational cost in comparison with the traditional Bayesian approach. The procedure integrates geometric reconstruction from magnetic resonance imaging, fiber orientation, incorporation of a Purkinje network, and simulation of ventricular activation through the Eikonal model, allowing the calibration of physiological parameters, such as conduction velocities and early activation sites, with approximation of electrocardiogram (ECG) signals. Parameter inference is performed, by default, using Bayesian methods of the SMC-ABC type, and the quality of the fit between simulated and clinical ECGs is evaluated using metrics such as the Pearson correlation coefficient (PCC) and the root mean square error (RMSE). The study uses data from four patients from the University Hospital of the Federal University of Juiz de Fora, including two with left bundle branch block, one with masked block, and one without bundle branch block. The validation involves controlled stimulation protocols and sinus rhythm, analyzing the ability of the model to reproduce clinically observed patterns. For the proposed method, inference times were evaluated for different DE population sizes. The results show that Differential Evolution recovers activation patterns and conduction velocity values compatible with those obtained with SMC-ABC, while maintaining similar PCC and RMSE levels and simultaneously reducing inference time by up to 2.5 times. It is concluded that the procedure is robust for representing alterations in ventricular conduction and that DE constitutes a promising alternative for accelerating the personalization of cardiac digital twins in clinical applications. |
| Palabras clave : | Gêmeos digitais cardíacos Inferência de parâmetros Bloqueio de ramo |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::MATEMATICA DA COMPUTACAO::MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAO |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editorial : | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
| Sigla de la Instituición: | UFJF |
| Departamento: | Faculdade de Engenharia |
| Clase de Acesso: | Acesso Aberto Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil |
| Licenças Creative Commons: | http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/ |
| URI : | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20467 |
| Fecha de publicación : | 21-ene-2026 |
| Aparece en las colecciones: | Engenharia Computacional - TCC Graduação |
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