https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21478| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| matheusreisribeiro.pdf | 15.15 MB | Adobe PDF | View/Open |
| Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Título: | Modelagem computacional da eletromecânica cardíaca: análise comparativa entre ativação homogênea e heterogênea via método dos elementos finitos |
| Autor(es): | Ribeiro, Matheus Reis |
| Primeiro Orientador: | Campos, Joventino de Oliveira |
| Co-orientador: | Assis, Lahis Souza de |
| Membro da banca: | Rocha, Bernardo Martins |
| Membro da banca: | Berg, Lucas Arantes |
| Resumo: | A geração de eletrocardiogramas (ECGs) a partir de modelos computacionais personalizados tem se destacado como uma ferramenta promissora para a investigação da eletrofisiologia cardíaca, porém, sua acurácia depende criticamente da correta localização dos eletrodos no torso do paciente. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um novo software para o posicionamento manual de eletrodos em modelos paciente-específicos e realiza uma avaliação comparativa entre esse método e uma abordagem automática baseada em registro deformável e modelos estatísticos de torso. Foram analisados quatro pacientes com imagens de ressonância magnética (RM), sendo que um deles também possuía tomografia computadorizada (TC), o que permitiu a inclusão realística de estruturas ósseas. Para cada paciente, as posições dos eletrodos precordiais foram obtidas por ambos os métodos e, em seguida, foram simulados pseudo-ECGs por meio do simulador cardíaco MonoAlg3D. A avaliação quantitativa incluiu a distância espacial entre os eletrodos gerados, o coeficiente de correlação de Pearson (PCC) e o erro quadrático médio relativo (rRMSE) entre os sinais simulados. Os resultados indicam que os eletrodos V1-V4 apresentam discrepâncias espaciais pequenas entre os métodos, enquanto V5 e V6 exibem variações maiores, atingindo até 8cm em alguns pacientes. Apesar disso, os pseudo-ECGs mantiveram elevada similaridade morfológica, com valores de PCC frequentemente superiores a 0,999. As diferenças mais relevantes ocorreram na amplitude dos sinais, refletidas em maiores valores de rRMSE nas derivações laterais, evidenciando maior sensibilidade dessas regiões a erros de posicionamento. A inclusão de dados de TC reduziu incertezas geométricas e resultou nos sinais mais consistentes entre os métodos, destacando a importância da combinação de múltiplas modalidades de imagem na construção de gêmeos digitais cardíacos de maior fidelidade. Entre as limitações do estudo estão a ausência de campo de visão corporal completo para a marcação das derivações dos membros, a baixa resolução das imagens de RM para a segmentação óssea e o tamanho reduzido da amostra. Ainda assim, os resultados demonstram que ambas as abordagens produzem pseudo-ECGs clinicamente coerentes, embora ressaltem a necessidade de maior precisão geométrica nas regiões laterais e de validação em uma corte ampliada. Como trabalhos futuros, propõe-se a validação das posições com ECGs reais e a investigação do impacto desses erros no problema inverso de eletrocardiografia. |
| Abstract: | The generation of electrocardiograms (ECGs) from personalized computational models has emerged as a promising tool for investigating cardiac electrophysiology. However, its accuracy critically depends on the correct placement of electrodes on the patient's torso. This work presents the development of a new software tool for manual electrode positioning on patient-specific models and performs a comparative evaluation between this approach and an automatic method based on deformable registration and statistical torso models. Four patients with magnetic resonance imaging (MRI) data were analyzed, one of whom also had computed tomography (CT) imaging, enabling the realistic inclusion of bony structures. For each patient, the positions of the precordial electrodes were obtained using both methods, and pseudo-ECGs were subsequently simulated using the MonoAlg3D cardiac simulator. Quantitative evaluation included the spatial distance between corresponding electrodes, the Pearson correlation coefficient (PCC), and the relative root mean square error (rRMSE) between the simulated signals. The results indicate that electrodes V1-V4 exhibit small spatial discrepancies between methods, whereas V5 and V6 show larger variations, reaching up to 8cm in some patients. Despite these geometric differences, the pseudo-ECGs maintained a high degree of morphological similarity, with PCC values frequently exceeding 0.999. The most relevant differences were observed in signal amplitude, reflected by higher rRMSE values in the lateral leads, highlighting the increased sensitivity of these regions to electrode positioning errors. The inclusion of CT data reduced geometric uncertainties and yielded the most consistent signals between methods, emphasizing the importance of combining multiple imaging modalities to construct higher-fidelity digital cardiac twins. Study limitations include the lack of a complete body field of view for marking limb leads, the low resolution of MRI data for accurate bone segmentation, and the small sample size. Nevertheless, the results demonstrate that both approaches produce clinically coherent pseudo-ECGs, while underscoring the need for improved geometric precision in lateral regions and validation in a larger cohort. Future work will focus on incorporating additional imaging modalities, validating electrode positions against real ECG recordings, and investigating the impact of these positioning errors on the electrocardiographic inverse problem. |
| Palavras-chave: | Eletromecânica cardíaca Método dos elementos finitos Equação de Eikonal FEniCS Modelagem computacional Cardiac electromechanics Finite element method Eikonal equation FEniCS Computational modeling |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
| Sigla da Instituição: | UFJF |
| Departamento: | Faculdade de Engenharia |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Licenças Creative Commons: | http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21478 |
| Data do documento: | 23-Jan-2026 |
| Appears in Collections: | Engenharia Computacional - TCC Graduação |
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