המורכבות המודינמית של Defects הלב

פגמים ברזולוציה מולד כוללים ספקטרום רחב של סטיות מבניות שמשנות את זרימת הדם הרגילה דרך הלב וכלי גדול. פגמים אלה, הכוללים כתמים כגון פגמים septal septal (ASDs), ventricular septal פגמים (VSDs), tetralogy של Fallot (TO), transposition של עורקים גדולים, יחיד-אורגיזנטימיים, תכונות דלקתיות קבועות, אשר עלולות, אשר משפיעות חמצן מוגבלות.

האתגר המרכזי בחישובי CHD הוא האינטראקציה הלא ליניארית בין כוחות אנטומיה ונוזלים. פגם זעיר עשוי לייצר לחץ ⁇ שמניע מטוס קרבי גבוה, בעוד שסתום סטרנוטי יוצר התעוררות טורחת כי ניתוק אנרגיה ישירות ולהגדיל את תנאי השבר של מערכת העיכול, היעדרו של מולקולה תת-קרקעית של לחץ אווירי נמוך על פני משוואה דלקתית נמוכה של לחץ אווירי נמוך.

כיצד סימולציה פיזיולוגית עובדת

הצינור לסימול זרימת דם ב- CHD מתחיל עם רכישת תמונות. MRI גבוהה או סריקות CT לספק את הנתונים גאומטריים הגולמיים. עבור יישומי לב, הדמיה ECG-gated חיוני ללכוד את התנועה לאורך מחזור הלב. התמונות מפורקות - או על ידי מפעיל גיאומטרי הנדרש או מעבד למחצה-אוטומטי באמצעות אלגוריתמים של למידת מכונה - לבודד את מאגר הדם מהרכב הקרדיום והקירות.

תנאים מורכבים ונכסים חומריים

לאחר שהמדש נוצר, תנאי הגבול חייבים להיות מוגדרים.תנאים של אינסטלציה נגזרים בדרך כלל ממדידות זרימת MRI בשלב-contrast או Doppler דcardiography, המספקים פרופילים מהירים של זמן ברידות הוורידיות, אזורים גבוהים ונחותים של קיבולת מתכת (למרות שמערכת הדם שלהם היא גם משפיעה יותר על רמות דלקת הדם) או על רמות אחרות של דלקת הדם (או חסימה) הן לעתים קרובות יותר מאתגרות (או על מודלים אחרים).

פתרון ה-Fref Equations

המשוואות השולטות - יציבות ושימור תנופה - הן מחוסמות באמצעות נפח סופי או שיטות אלמנט סופיות. פתרונות מסחריים המבוססים על ANSYS Fluent, STAR-CCM+, ו- COMSOL Multiphysics, כמו גם חלופות קוד פתוח כמו OpenFOAM ו-SIMVscular, משתמשים נרחבים. עבור יישומי CHD, המפתור חייב לטפל בגיאומטריה מורכבת עם ריפוי גבוה, 24 שלבים מתקדמים, אך הם עלולים לעבור שינויים קלים בזמן טיפוליים (R) אך הם עוברים על פני סימולציה רגילה (S) או סימולציה זמן קצר יותר ממושכים יותר ממושכים יותר ממושכים יותר.

אימות ואימות

לפני שתוצאות הסימולציה יכולות להיות מהימן בקבלת החלטות קליניות, נדרשת אימות קפדני מול תקן הזהב בהשוואה במדידות vivo - צמצם את הפלט, בדיקות זרימה, או 4D זרימת MRI.4D זרימת MRI, במיוחד, מספק שדה מהירות נפח שניתן לרשום את התחום עבור סימולציה עבור השוואות נקודה-על-ידי נקודתיות.

יישומים קליניים והשפעה

סימולציה פיזיולוגית עברה ממעבדות מחקר לפרקטיקה קלינית עבור כמה תרחישים CHD גבוהה מאוד.כל יישום מנצל את היכולת לבחון אפשרויות ניתוחיות מרובות או התערבותיות בסליקו לפני ביצוע הליך, צמצום ההסתמכות על גישות ניסוי וטרור.

תכנון מוקדם לטאטרולוגיה של Fallot Fix

Tetralogy of Fallot הוא הפגם הלב הגיאוגני הנפוץ ביותר, המאופיין על ידי סטנוזה ריאות, ממש פרפורטרופיה של בית החולים, aricular armonding aorta, ו- ventricular septal septalcin.Surgical Fixing to a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התפלגות ה-Hpatic Flow

מטופלים עם טכניקת הדגמה פונקציונלית אחת עוברים שיתוק בשלבי שיאה בנוהל פונטן, שבו החזרה האקונית המערכתית מודרך ישירות ליצירות האמנות הכפויות ללא תא משאבה. a major סיבוך גדול הוא התפתחות של בקרת ארטרובן כפול (Ms) אשר דווח על ידי הפצה בלתי מוגבלת של גורמים hepatic-apoe) אשר עשוי להתאים את הקשר ההצתה של דלקת ריאות (Ric) של דלקת ריאות (מסוגיה) עם אטומית הפחתת זיהום אווירית) באופן משמעותי של דלקת ריאות (מסוגיה) אשר עשוי להגיע להפחתה משמעותית של דלקת ריאות).

Aortic Coarctation ו-Virtual Stenting

קידוד אורטי - צר של אאורטה יורד - יוצר ⁇ לחץ המשקח את הווטרינל השמאלי. Endovascular stenting הוא טיפול נפוץ, אבל הגודל הטוב ביותר ומיקום תלוי על האנטומיה הספציפית של המטופל ואת דפוסי זרימה וכתוצאה מכך, SimH יכול להשוות תצורה בולטת רבים במונחים של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה, סימולציה פיזיולוגית עבור CHDs ניצבת בפני מכשולים המגדירים את האימוץ הנרחב.הראשון הוא עלות חישובית: סימולציה חד-צדדית של פגם מורכב יכולה לקחת ימים כדי לרוץ, ואת זרימת העבודה הקלינית דורש פעמים דומות על סדר השעות.סימולציה מופחתת אחת של מודלים מסדרת ה-CDC (למשל, מודלים חד-מטר, 1D propagation) יכול לספק הערכה מהירה של מדדים עבור תכונות שטח כמו מהירות פעילות גופנית או מהירות.

הגבלה שנייה היא הקושי לציין תנאים מדויקים של גבולות.פרופילים מהירים לעתים קרובות להניח להיות שטוח או פרבולי בשל חוסר נתונים ספציפיים לחולה, אבל הנחות אלה יכולות להשפיע באופן משמעותי על זרימת הזרם, במיוחד בכלי מעוקל או ליד צינורות דופורים. בדומה, מודלים החוצה דורשים ידע של ההתנגדות vascular למטה, אשר משתנה עם פיראטיות, פעילות גופנית, ומחלות אחרות עדיין השתקפות גבוהה יותר, אבל תכונות מתכתיות, אבל זהה יותר, אבל השתקפות עצמית.

איכות הנתונים גם מגבילה את סימולציה fidelity. Image פלח שגיאות יכול להפיץ דרך צינורות מודלינג, לייצר שגיאות גאומטריה מעוות שדה זרימה. Motion פריטים, ניגודים עניים, או אפקטים חלקיים של נפח ב-MRI או CT יכול להוביל לאי דיוקים בגבול lumen, במיוחד בכלי רכב קטנים או באזורים עם צלקות כירורגית קודמת.

לבסוף, סביבת הרגולציה וההפצה של מכשירים רפואיים מבוססי סימולציה מתפתחת.ה-FDA אישר כמה כלים לימפוזיציות ספציפיות, כגון הערכה מבוססת CFD של מחלת עורקים כלילית (HeartFlow), אך אף פלטפורמה של CFD עדיין לא אושרה במיוחד עבור תכנון כירורגי CHD. Clinicians המבקשים להשתמש בסימולציה חייבים להסתמך על מחקרים מחקריים שאושרו על ידי מועצת המנהלים או על שימוש בתוכנה מספקת, אשר יוצרו על ידי מערכת ניהול טיפול רפואי של מערכת ההפעלה: 1.

כיוונים עתידיים

העשור הבא יראה סימולציה פיזיולוגית הופכת מרכיב משולב של טיפול CHD, מונע על ידי התקדמות באוטומציה, AI וחומרה.מודלים למידת מכונה מאומן על מסדי נתונים גדולים של סימולציות טרום-ניתוח יכול לפעול כמו פונדקאים מהירים, לחזות תוצאות בכמעט בזמן אמת.מודלים אלה יכולים גם לזהות את הפרמטרים הסימולציות המודיעי ביותר, המאפשרת להתאים לי את הזיכוך חישובי על אזורים של עניין, כגון סטיות או גרורת דם לא שלם (אוסטרול) או גרורת (אוסטרול) או מוטציות לאורציונליות (אומטרידות).

טכניקות להטמעה בנתונים ימזגו את סימולציה תוצאות עם מדידות קליניות בזמן אמת מחיישנים בעלי יכולת ללבוש או לפקחי המודינמיקה מושתלים. לדוגמה, מעקב מתמשך של לחץ דם מקטאטר חכם יכול לשמש כדי לעדכן מודל חד-פעמי של המטופל, יצירת תאומה דיגיטלית אשר מתפתח עם הפיזיולוגיה של המטופל.

שיפורים אימינג יסיע גם איכות סימולציה. Ultra-High-field MRI (7T) מציעה פתרון תת-מילימטר ויחס אותות משופר ל-noise, המאפשר הדמיה מפורטת של מבנים קטנים כמו עורקים כליליים או trabeculae. ארבעה-ממדי זרימה MRI עם sensing דחוס יכול להפחית את זמני הרכישה תוך שמירה על מהירות החלטה, מה שהופך אותו אפשרי לסרוק במהירות מספיק כדי ללכוד מצבים פיזיולוגיים רבים (resting) סימולציה עמוקה, סימולציה לתוך צינורות עמוק לתוך צינורות.

(ה) מאמצים משותפים כגון FLT:0) פרויקט פיתוחים של פרויקט כפול 1 ו-FLT:2Vascular Model RepositoryFLT 3 מספקים פלטפורמות קוד פתוח לשיתופי מודלים, אימות נתונים ושיטות הטובות ביותר.כפי שהמשאבים הללו גדלים, הם יפחיתו את המחסום לכניסת מרכזי סימולציה קטנים ומטפחים מחדש על פני הקמתם של סימולציות מרובות מרכזי-F: 4.

סימולציה לתוך זרימת העבודה הקלינית

(הסימולציה הפיזיולוגית להשיג את מלוא הפוטנציאל שלו בטיפול CHD, זה חייב להיות שגרתי כמו הדרדיוגרפיה או הסטרטטריזציה.זה דורש אוטומטי את כל הצינור מהתמונה לדווח: פלמנט אוטומטי, דור מרש, ההתקנה של סלולר, ולאחר עיבוד של כמה מסחר פתוח פלטפורמות קוד פתוח מציעים כעת צינורות כאלה.

הדו"ח הקליני חייב להציג תוצאות בפורמט אינטואיטיבי כי המנתחים והקלרדיולוגים יכולים להשתמש ללא רקע מכניקה נוזלית.זה אומר לייצא מדדים מרכזיים - מדכאים ⁇ , ⁇ , אובדן אנרגיה, אובדן אנרגיה, מתח קיר, זרימת הפצה - לצד צבע קוד צבע קוד 3D חזותיים המדגישים אזורים של דאגה.חלקם כבר משתמשים במציאות מדומה או מוגברת לטבוליטציה כירורגית בשדות, כדי לסימולציה של שדה קרב VSD, כדי לאפשר להם ".

החינוך יהיה קריטי.תכניות הכשרה בקריפטולוגיה וניתוח לב צריך לכלול מודולים על עקרונות סימולציה המודינמית, הפרשנות של תוצאות CFD, ואת המגבלות של השיטות.המכללה האמריקנית של קרדיולוגיה הציגה מסמך FLT:0 קליניקליני על סימולציה ב CHDFLT:1 המספק מסגרת לשימוש הולם, ומאמצים דומים על ידי האגודה האירופית עבור טיפול סטנדרטי יעזור ניתוח סטנדרטי ברמה עולמית.

ככל שהעלויות חישוביות יורדות וראיות אימות מצטברות, הסימולציה הפיזיולוגית תשתנה מהמחיר למקרים מורכבים לכלי סטנדרטי של חולי CHD העוברים תכנון כירורגי או התערבותי.המטרה היא לאפשר תרופות מדויקות לכל מטופל – לא רק אלה עם פגמים נדירים או מורכבים - על ידי מתן מפת דרכים הססמית אישית המודינמית המפחיתה את הסיכון וממקסימה את הסיכוי לתיקון יציב.