מחלה ריאות חסימתית כרונית (COPD) היא מחלה ריאות מתקדמת שמציבה נטל גלובלי משמעותי, המשפיעה על מיליונים ודירוג בין הגורמים המובילים של תחלואה ותמותה מרכז לפתפילוסופיה שלה היא מגבלה מתמשכת של זרימת אוויר מונעת על ידי חריגות במסלולי האוויר ושיתוק ריאות היו בעבר, על ידי הבנה של מכניקה מורכבת COPD היא חיונית לניהול קליני, לחזות מחלות דלקתיות רק כדי לפתח שיטות טיפוליות מורכבות, כדי לפתח שיטות טיפוליות, כדי לפתח שיטות טיפוליות יעילות.

פתופיזיולוגיה של COPD: Basis מכני עבור סימבולציה

[הסימן] של COPD הוא מגבלה של זרימת אוויר פיראטיות שאינה ניתנת לניתוק לחלוטין.המגבלה זו נובעת משילוב של חסימת אוויר (בשל ברונצ'יטיס כרונית) ואובדן של החזקות אלבולדאר (בשל התגלמות של פסיקה), שניהם אשר מעצימים את שרירי הנשימה המאוחרים יותר.

מעבר לשינויים בהתנגדות ובציות, COPD גם משפיע על הפונקציה שרירים:0 [0]respiratory השריר פועל 1Felophragm הופך שטוח ומופקד מבחינה מכנית, ושרירים גישה מגויסים אפילו במנוחה.חילופי גז לקויים עקב ventilation-perfusion לא-perfusion לא-perfusion פגום, ומרכיבים את התמונה הקלינית.

גישות דוגמנות לנשימה

מודלים Lumped-Parameter

מודלים לומפוד-פרמטר מייצגים את מערכת הנשימה כאוסף של רכיבים דיסקרטיים, כל אחד בעל ערך יחיד להתנגדות, עמידה, ו אינרציה. אלה "אפס-ממדי" מודלים יעילים ומיועדים היטב לסימול משתנים גלובליים כגון נפח ריאות הכולל, לחץ אווירי וזרימה.

מודלים של Finite Element and Continuum Models

עבור ייצוג מרחבי מפורט יותר, מודלים אלמנט סופי (FEM) לחלק את הריאות ואת דרכי האוויר לתוך אלמנטים גיאומטריים דיסקרטיים, המאפשר סימולציה של וריאציות אזוריות באוורור, מתח, וזן.מודלים אלה יכולים לשלב האנטומיה הספציפית של המטופל הנגזר מ tomography מקופל (CT) סריקות, המאפשרות חיזוי אישי של תפקוד ריאות אזורי.

מודלים של Fluid Dynamics (CFD)

סימולציות CFD להתמקד על זרימת האוויר המפורטת דרך דרכי הנשימה השוטפות.על ידי פתרון משוואות Navier-Stokes, CFD יכול לחזות טיפות לחץ, דפוסים זרימה, ופירוק חלקיקים (עבור תרופות נשפות) ב Geometries אווירי אשר עשוי להיות צר או מפורש על ידי מחלה.In COPD, CFD שימש כדי לבחון את ההשפעה של קירוי אווירי על עמידות עבה על זרימת, אופטימיזציה, אופטימיזציה לשיטות הדמיה משולבת עם שימוש חזק.

יישומים קליניים של סימולציה הנשימה ב COPD

תרגום של מדע הסימולציה לפרקטיקה קלינית הוא מאיץ.אחד היישומים המבטיחים ביותר הוא (FLT:0) טיפול בתכנון FLT:1 [על ידי הטמעת נתונים ספציפיים לחולה (בדיקות תפקוד ריאות, ממדים מבוססי CT, plethysmography הגוף) לתוך מודלים מאומתים, מרפאים יכולים לדמות את התגובה הצפויה לטיפולים שונים - לדוגמה, את ההשפעה של מתאם נשימה מסוים על נפח הנשימה של אפקט נשימה אחד על נפח נשימה או לחץ דם השני של תוכנית שיקום שרירים.

סימבול תומך גם בתוצאה המכנית של הפחתה בנפח הריאות (באמצעות סלילים או שסתום), כדי לחזות אילו חולים נוטים להפיק תועלת מהליכים כאלה, ולחקור את המיקום האופטימלי של מכשירים.

אזור חשוב נוסף הוא חיזוי חיזוי ומניעה של ®1 על ידי שילוב ניטור פיזיולוגי בזמן אמת (למשל, מחיישנים לבישים) עם מודלים דינמיים, זה יכול להיות אפשרי לזהות סימנים מוקדמים של מכניקה מחמירה - כגון הגדלת עמידות אווירית או ירידה תאימות - לפני הופעת הסימפטומים הקליניים.

יתרונות ומגבלות של סימבול ב COPD

יתרונות מרכזיים

  • (FLT:0) תובנה מותאמת: מודלים של FLT:1 יכולים לשלב נתונים אנטומיים ופונקציונליים בודדים, מתן תחזיות ספציפיות לחולה כי הם מעבר לממוצעי האוכלוסייה.
  • (FLT:0) חקר ללא פולשני: FLT:1 סימולציות מאפשרות בדיקות של תרחישים "מה אם" (למשל, אפקט הפסקת עישון על שיפוץ בדרכי האוויר) מבלי להעמיד לדין חולים להליכים או התערבות פולשנית.
  • ערך ויזואלי:0 (FLT:103) לולאות לחץ חזותי, הגבלת זרימה, היפראינפלציה בסביבה מדומה מסייע למאמנים ולמטופלים להבין את המחלה ואת הטיפול שלה.
  • (FLT:0) תמיכה בפיתוח ד"ר: חברות תרופות 1FLT משתמשות בסימולציות כדי לחזות את ההשפעה המכנית של ברונצ'דלטורים חדשים או סוכנים אנטי דלקתיים, הזרמת בדיקות קליניות ומוקדם.
  • (FLT:0) Cost ויעילות זמן: ניסויים וירטואליים של FLT:1 יכול להפחית את מספר הניסויים הקליניים או מחקרים בבעלי חיים יקרים הדרושים כדי להעריך השערות מסוימות.

גבולות ואתגרים

למרות ההבטחה שלהם, סימולציות נוכחיות להתמודד עם מספר רב של hurdles. (FLT:0) זמינות נתונים וסימולציות איכותיות FLT:1 הן נושאים עיקריים: מודלים לעתים קרובות דורשים הדמיה מפורטת (CT, MRI) ומדידות פולשניות (לחץ זמני, לחץ משולש) אשר אינם נאספים באופן שגרתי בפרקטיקה קלינית, כמו כן, FLT:2validation של מודלים של LTFtype ידידותיים נגד 3D-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-and-of-of-of-and-and-of-of-of-of-of-and-of-

כיוונים עתידיים: לקראת דינמי, Integrated, and Real-Time Models

עתיד סימולציה הנשימה ב- COPD הוא שילוב גדול יותר ונגישות.התקדמות ב-FLT:0a בינה מלאכותית ולמידה מכונה ב-FLT:1 תאפשר מודלים ללמוד ממאגרי נתונים קליניים גדולים, שיפור הדיוק החיזוי שלהם והתאמה. מודלים היברידיים המשלבים משוואות מכניסטים עם רכיבים מונעים נתונים (למשל רשתות עצביות) כבר מפותחים ללכידת התנהגויות מורכבות, סבלניות ללא צורך בפרמטרים ספציפיים.

(FLT:0) טכנולוגיה בלתי ניתנת לחיזוי (FLT:1) היא מגמה נוספת שהפכה. ניטור רציף של קצב הנשימה, משיכה חמצן, אימפולסים תלולים, ואפילו צלילים ריאה יכול להאכיל למודלים דינמיים המעדכנים בזמן אמת "תאומים דיגיטליים" כאלה של מערכת הנשימה יכול להזהיר את הרופאים להחמירות, התאמות תרופות, ולתמוך במאמצים טלmedic, במיוחד עבור חולים מתקדמים עם COPD.

טכניקות הדמיה משופרות, כגון MRI גז מקוטב ו CT אנרגיה כפולה, יספקו מידע מפורט יותר על ventilation אזורי ו- perfusion, עוד חידוש סימולציה קלטות.המטרה הסופית היא מחזור חלק: נתונים סבלניים סימולציה מודל סימולציה קלינית ⁇ טיפול ממוקד שכפול באמצעות נתונים מעודכנים. כמו כוח חישובי ומודלים הופכים סטנדרטיים, סימולציות אלה יעברו ממעבדות מחקר לתוך זרימת עבודה קלינית, עוזר מליוני עבודה יומיומית לחיים.

מסקנה

סימלו של מכניקת הנשימה כבר שינתה את ההבנה שלנו של COPD והתחלת להשפיע על קבלת ההחלטות הקלינית. על ידי לכידת הממשק בין חסימת נתיב אוויר, אובדן גמישות ריאות, היפראינפלציה, ומאמץ שרירי, מודלים מספקים מעבדה וירטואלית לבדיקת מנגנוני מחלה ובדיקת התערבות דומה. בעוד אתגרים של שילוב נתונים, אימות ותרגום, התחום מתקדם במהירות.

(ב) [ה]] מקורות: [ה] [ה] [ה] [ה] [המרכז הלאומי לביוטכנולוגיה] לסקירה על פתולוגיה של COPD: [ה] לקראת ביטוי], להנחיות האגודה הפיראטיות של האיחוד האירופי על מכניקת הנשימה:5, ו-FLT:6 פורסמו על בסיס מודל חישובי של COPD: 7.