Система моделирования гемодинамики сердечно-сосудистой системы ориентированная на применение в задачах интенсивной терапии



Скачать 40.35 Kb.
Дата27.04.2016
Размер40.35 Kb.
СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕМОДИНАМИКИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТИРОВАННАЯ НА ПРИМЕНЕНИЕ В ЗАДАЧАХ ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ
С.В. Фролов, С.В. Синдеев

ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

E-mail: ssindeev@yandex.ru
Введение. Выбор способа лечения и прогнозирование последствий применения методов терапии являются важнейшими задачами решаемыми врачом во время проведения интенсивной терапии [1]. Для помощи врачу в решении этих задач разрабатываются соответствующие программные средства, которые интегрируются в систему поддержки принятия решений врача [2, 3]. Одной из важнейших составляющих такой системы является система моделирования гемодинамики сердечно-сосудистой системы [4].

Описание математической модели. Основу разработанной системы составляет математическая модель сердечно-сосудистой системы в сосредоточенных координатах. Структурная схема модели представлена на рисунке 1. В математической модели сердечно-сосудистая система представлена 14 эластичными камерами, включающими в себя большой и малый круги кровообращения, левое и правое сердце и четыре сердечных клапана.
Рисунок 1. Схема модели сердечно-сосудистой системы. LV – левый желудочек; AV – аортальный клапан; A - аорта; UBA – артерии верхней части тела; UBC – капилляры верхней части тела; UBV – вены верхней части тела; LBA – артерии нижней части тела; LBC – капилляры нижней части тела; LBV – вены нижней части тела; RA – правый желудочек; TV – трехстворчатый клапан; RV – правый желудочек; PV – клапан легочного ствола; PA – легочные артерии; PC – легочные капилляры; PV – легочные вены; LA – левое предсердие; MV – митральный клапанc:\users\user\desktop\scheme for saratov.png
Минимальной структурной единицей модели является эластичная камера, описываемая как объект с сосредоточенными координатами. Каждая камера характеризуется: объемом крови и давлением крови в камере и объемным кровотоком ( входным и выходным).

Левое и правое сердце состоят из двух элементов – активного и пассивного. Роль пассивного элемента выполняет камера предсердия, которая не участвует в сократительной деятельности сердца. Камера желудочка описывает работу сердца в период сжатия и расслабления.

Входные и выходные клапаны в модели описываются с учетом явления регургитации (протекании небольшого объема крови через клапан в обратном направлении при отрицательной разности давлений).

Вышеописанная модель является 0D моделью сердечно-сосудистой системы. Данный класс моделей получил наибольшее распространение в кардиохирургической практике из-за простоты получения исходных данных [5].



Система моделирования гемодинамики. Используя приведенную математическую модель, на языке Java разработана система моделирования гемодинамики сердечно-сосудистой системы. Система позволяет определять динамику всех основных параметров сердечно-сосудистой системы (объем, давление и кровоток). Главное окно программы представлено на рисунке 2.



Рисунок 2. Главное окно системы моделирования гемодинамики сердечно-сосудистой системы

Перед началом работы системы необходимо осуществить процедуру индивидуализации математической модели – настроить параметры модели под конкретного пациента (объем сердца, гидравлическое сопротивление сосудов и т.д.). Введенные параметры можно сохранить в файл для последующего использования в системе.

После того как исходные данные введены, может быть запущен процесс расчета модели гемодинамики. Программа отображает графики объемов, давлений и кровотоков для выбранных пользователем камер. Пользователь может приостанавливать работу системы, а также регулировать скорость расчета модели. Окно системы в процессе расчета модели представлено на рисунке 3.


Рисунок 3. Графики изменения гемодинамических параметров выбранных камер




Заключение. Разработанная система моделирования гемодинамики представляет весьма обширный интерес как для практических приложений (использование в диагностических программно-аппаратных комплексах), так и для теоретических исследований.

Система может в дальнейшем использоваться для:



  • планирования хирургических операций (структурные и функциональные изменения сосудистой сети: шунты, искусственные сосуды, временное пережатие сосудов) и прогнозирования их последствий (потери крови, изменения в гемодинамике);

  • планирования лечения фармакологическими препаратами;

  • создания новых методик лечения и диагностики (артериальные инъекции при онкологических заболеваниях, резонансные воздействия на сердце при фибрилляции желудочков, диагностика сердечных заболеваний по ретинальному кровообращению и др.).

В дальнейшем планируется включить в систему возможность моделирования регуляторных процессов сердечно-сосудистой системы по поддержанию требуемого уровня артериального давления (барорефлекс).


Библиографический список

  1. Maggi Boult, Kate Fitzpatrick, Mary Barnes, Guy Maddern, Robert Fitridge. Developing tools to predict outcomes following cardiovascular surgery // ANZ Journal of Surgery. 81. 2011. 768-773.

  2. V.Diaz-Zuccarini, A.J. Narracott, G. Burrieschi, C. Zervides, D. Rafiroiu, D. Jones, D.R. Hose, P.V. Lawford. Adaptation and development of software simulation methodologies for cardiovascular engineering: present and future challenges from an end-user perspective // Phylosophical transactions of the Royal Society A. vol. 367 no. 1898. 2009. 2655-2666.
  3. S. Kashif Sadiq, Mardo D. Mazzeo, Stefan J. Zasada, Steven Manos, Ileana Stoica, Catherine V. Gale, Simon J. Watson, Paul Kellam, Stefan Brew, Peter V. Coveney. Patient-specific simulation as a basis for clinical decision-making // Phylosophical transactions of the Royal Society A. 366, 2008. 3199 – 3219.

  4. Thomas Heldt, Ramakrishna Mukkamala, George B. Moody, Roger G. Mark. CVSim: An open-source cardiovascular simulator for teaching and research // The Open Pacing, Electrophysiology & Therapy Journal. 3. 2010. 45-54.

  5. L. Formaggia, A. Quarteroni, A.Veneziani. Cardiovascular Mathematics. Modeling and simulation of the circulatory system – Springer-Verlag: Series MS&A, Vol. 1, 2009. 522 p.



Сведения об авторах

Фролов Сергей Владимирович – д.т.н., профессор, дата рождения: 28.12.1959г

Синдеев Сергей Вячеславович – аспирант 1 г.о. дата рождения: 07.12.1989 г



Вид доклада: устный (/ стендовый)
Каталог: seminar -> files
seminar -> А. В. Кезин Идеалы научности и паранаука
seminar -> Программа «Здоровая Россия»
seminar -> Электронная история болезни. Общие положения гост р ХХ. 0001–200х проект
seminar -> Семинар №10. Моральные и правовые проблемы сбережения здоровья людей план семинарского занятия
seminar -> Использование кинезиологических игр и упражнений в работе с детьми дошкольного возраста
seminar -> «Токсикология в практике анестезиолога-реаниматолога»
seminar -> Классный час как форма профилактики злоупотребления психоактивными веществами
seminar -> Классный час о вреде пива
files -> Исследование алгоритма автоматической сегментации флуоресцентно-микроскопических изображений препаратов культур клеток, инфицированных хламидиями


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница