Image based analysis and modeling of the detailed cardiac ventricular anatomy

Abstract

The role of trabeculations and their normal morphological expression in the human heart is still unclear. Clinical studies have shown that excessive trabeculation can cause heart failure due to diastolic and systolic dysfunction, thromboembolism and arrhythmias. Quantifying and modeling those structures could provide us insights into their function, their influence on cardiac performance and also their connection with cardiomyopathies. The contributions of this thesis can be summarized as follows: 1) a simplified model of the trabeculated left ventricle (LV) to study the impact of trabeculations on stroke volume, strain and pump capacity of the LVs of different geometries, 2) a simple as well as a more elaborate method for geometry independent parametrization of the detailed cardiac left and right ventricular anatomy, 3) a framework for visualization and statistical analysis of the trabeculations, and 4) a longitudinal analysis of the cardiac trabeculations in a mouse embryo at different gestational stages.

El papel de las trabéculas cardíacas y su morfología normal en el corazón humano todavía es desconocido. Estudios clínicos han demostrado que la trabeculacíon excesiva puede causar insuficiencia cardíaca debido a disfunción diastólica y sistólica, tromboembolismo y arritmias. El modelado y cuantificación de estas nos puede dar una idea de su función, su influencia en el rendimiento cardíaco y también su conexión con cardiomiopatías. Las contribuciones de la presente tesis son los siguientes: 1) un modelo simplificado del ventrículo izquierdo trabeculado para estudiar el impacto de las trabéculas sobre el volumen, la deformación y el gasto cardíaco de los ventrículos con diferentes geometrías, 2) un método simplificado, así como un método más complejo para la parametrización independiente de la geometría cardíaca detallada de los ventrículos izquierdo y derecho, 3) un framework para la visualización y el análisis estadístico de las trabeculaciones, y 4) un análisis longitudinal de las trabéculas cardíacas en un embrión de ratón en diferentes etapas gestacionales.