Giriş: Kalp Başarısızlığı

Kalp yetmezliği (HF) dünya çapında 64 milyondan fazla insanı etkiler, elektrik aktivasyon, mekanik sözleşme ve cihaz terapisindeki ilerlemelere rağmen, beş yıllık ölüm 50'ye yakın kalır, daha iyi bir araç için acil bir ihtiyaç vurgulanır, tahmin eder ve durumu tedavi eder. Kalp fonksiyonu, kalp yetmezliği, mekanik kontraseptif modelleme ve hemodinamik yükleme ile ilgili tüm hataları gider.

Sağlık ve Hastalıkta Kalp Döngüsünü Anlayın

Kardiyak döngü iki ana aşamayı içerir: systole ve Diastole. systole sırasında, ventrikles sözleşmesi, aorta ve pulmonary arterleri ile kanın zayıfladığı gibi HF, HF'nin iki fazı azaltıp, iki aşamalı daimdeki bozulmaması gerekir.

Kardiyak Döngüsünün Fazları

Detaylı anlayış dört aşamayla başlar:

  • [FONT=0)Ventricular dolum[[Dönetici: 1) Hızlı erken dolum, diastaz ve atrial sözleşme.
  • [0]İklimli sözleşme[[Dönetici: tüm kapaklar kapalı, baskı keskin bir şekilde yükselmektedir.
  • [FONT:0]Ejeksiyon[[DÜT 1: 1): yarı Ay valfleri açık, kan sınır dışı edilir.
  • [0]HÛDÜDÜ:0)HÛDÜDÜSÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜ:0)İsviçretimsel rahatlama[DÜDÜT:1)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜD

HF'de, bu geçişler anormal hale gelir. Örneğin, HFpEF'de, sol ventriküler baskı-volume döngü yukarı ve sol yukarı doğru, artan sertlikleri yansıtacak modeller, bu tür baskı-hazır ilişkileri yeniden üretebilir ve bireysel hastalarda baskın mekanizmayı tanımlamaya yardımcı olur.

Simülasyon Değeri

Neden bir süreç neden catheters ve görüntüleme ile ölçülebiliyor? modeller, “neresiz” soruları yanıtlayabilirler. Örneğin, tüm kalp yetmezliği olan bu son derecedeki %10 azaltımı nasıl etkileyecektir, birden çok sistem (neuromonal, renal, damar) kötü bir şekilde entegre edilir.

Kardiyak Döngüsü için Fizik Teknikleri

Kardiyak modelleme birkaç ölçek ve metodolojiye sahiptir. Teknik seçimi soru soru sormaya bağlıdır: bazı modeller organ seviyesinde hemodinamiklere odaklanır, diğerlerine hücresel elektrofizikselolojiye odaklanır ve hala 3D mekaniklere bağlıdır.

Lumped Parametre Modelleri (0-D Modeller)

Bu modeller, elektrik analogları kullanarak kalbi ve dolaşımını temsil eder: Direnççiler, kapasitörler ve indüktörler vasodilatörlerin veya beta blokerlerin kardiyak çıkışlarında zaman alıcıların etkisi gibi, tüm dolaşımdaki oda sertlik modellerini kapatabilirler.

Anahtar Lumped Parametre Modelleri

  • [FONT:0)Windkessel modeller[[DDDDDDDDDD:0)Windkessel modeller [Dönetici: İki-element, üç-element, dört uygulama) yükten sonra arter için.
  • [FONT:0)Time-varying elastance modelleri[Dönetici:0)[[Dönetici:0)) ventricular için.
  • [FONT:0) Closed-loop dolaşım modelleri[Dönetici ve damar sistemi dahil olmak üzere, çoğu zaman HF'de otonomik kontrol okumak için kullanılır.

Elektromekanik Modeller (1-D ile 3-D)

Bu modeller çift elektrik yayılımı (aksiyon potansiyelleri) doku mekaniği ile ilgilidir. Kalp elektrik aktivasyon dizisi - Purkinje ağı ile ventrikler için çözülür - Bidomain veya monodomain denklemleri kullanarak simülasyonlar.The heart's elektrik aktivasyon, Hill-type cross-bridge modellerinden ve organizasyonlarında, sonlu elemanlar yöntemiyle düzeltilmiş olan modelleri de inceler.

H-F'de 3 boyutlu elektromekanik Model Uygulamaları

  • CRT'ye hemodinamik cevabı tahmin edin.
  • Myocardial infarction söndürücünün etkisini ve torsion üzerinde karıştırın.
  • Sözleşme kabiliyeti ve iletim hızı üzerindeki ilaç etkilerini değerlendirmek.

Hemodinamik Modeller

Hemodinamik modeller açıkça kan akışı ve basıncı üzerinde yoğunlaşır, genellikle hesaplamalı sıvı dinamikleri (CFD) Sol ventrikle, valfler ve büyük gemiler MRG veya CT taramalarından elde edilebilir. CFD simülasyonlar akış modelleri ortaya çıkarır, hear stresi endocardium ve enerji kayıplarının bozulmasında, makuler bir süre gecikmenin ciddiyetini değerlendirebilir veya hem de bir hemodinamik faydasını ölçebilir. Loworder modeller (1D-D)

Çok ölçekli Modeller

En hırslı yaklaşım, moleküler ve hücresel düzeylerden organ ve sistemsel seviyelere kadar bütün modeller entegre eder. Çok ölçekli bir model şunları içerebilir:

  • [FONT=0)Cellular modelleri[Dönetici: 0,4|Etkinler veya O'Hara-Rudy modelleri, iyon kanalları, kalsiyum işleme ve myofilament dinamikleri dahil olmak üzere.
  • [FONT:0)Tound modelleri), boşluk bölme ve fiber yönlendirme için bu hesabın hesabı.
  • [FONT:0)Organ modelleri), gerçekçi geometri ile sonlu elemanlar kullanıyor.
  • [FONT:0)Sistemik modeller), vasculature ve nörohormonal geri bildirimlerini temsil eder.

Bu tür kapsamlı modeller hesaplamak için talep edilir, ancak her iki silik ve diastolic disfonksiyonuna neden olan tek bir genetik mutasyonun etkilerini simüle edebilir. Kalp yetmezliği için, çok ölçekli modeller kalsiyum anormallikleri (örneğin, SERCA aktivitesini) rolünü araştırmak için kullanılmıştır.

Kalp Başarısızlığı Yönetimi Uygulamaları

Kalp modellemesinin nihai hedefi, hasta sonuçlarını geliştirmektir. modelleri on yıllardır araştırmada kullanılırken, klinik çeviri, bilişim ve veri alımında ilerlemeler hızlanır. Aşağıda, fizyolojik modellemenin doğrudan kalp yetmezliği yönetiminin hangi alanlardan geçtiğinin anahtarı vardır.

Pharmacoterapist

İlaç yanıtı kalp yetmezliği hastaları arasında yaygın olarak değişir. Beta-blockers, ACE inhibitörleri ve yeni ajanlar gibi ilaçlar kalp hızı, sözleşme kabiliyeti ve damar ton. Lumped parametre modelleri, belirli bir beta blokerin düşük kardiyak çıkış ile çok fazla azaltabileceğini gösterir, daha düşük bir dozda veya daha düşük bir dozda daha düşük bir dozda tedaviye ihtiyacı olduğunu önerebilir.

Optimizing Device Therapy

Kalp resenkronizasyon tedavisi (CRT), HFrEF hastalarından geniş QRS ile yapılan temel bir durumdur, ancak hastaların yaklaşık% 30'u yanıt veremez. Elektromekanik modeller, CRT yanıtını farklı sitelerde basitleştirerek tahmin edebilir.Bir hastaya özgü bir model, optik ve ECG verileri, mekanik dissenkriptize edici ve en yüksek çözünürlükte yapılan en iyi sol ve en iyi soluklu algoritmaları teşhis edebilir.

Hastalık İlerlemesi ve Risk Stratification

Kalp başarısızlığı, hastaya özgü parametreleri içeren ilerici bir sendromdur. Örneğin, bir model sol ventriküler kütlede (hipofiz) ve hipertensive kalp hastalığının görüldüğü sözleşmesel değişikliklerle ilgili olarak, binlerce sanal hastayı çalıştırarak, araştırmacılar bu tür ikizli müdahalenin önbellekli bir şekilde tartışılabilir.

Mekanik Circulatory Destek

Gelişmiş kalp yetmezliği için, ventricular yardımcı cihazlar (VAD) nakil veya varış yolu terapisi için bir köprü olarak kullanılır. Ancak, VAD ayarları hem sol hem dentrik perfüzyon ile dengelenebilir. Yardımcı dolaşım modelleri sol ventriküler hacimlerde pompa hızını tahmin edebilir veya sol ve sağ ventriküler fonksiyonunu azaltır.

Meydanlar ve Sınırlar

GPU'ya karşı verilen cevaplara rağmen, fizyolojik kalp modelleri yaygın klinik kullanımdan önce birkaç engelle karşı karşıyadır. #design #tasarım[Döneticiler) veya daha uzun süreli bir deney için gerekli olan üç değişkenli deney.

Future: Simülasyondan Klinik Bütünleşmeye

Önümüzdeki on yıl muhtemelen fizyolojik modellemenin birkaç konvering trendi tarafından yönlendirilen kalp yetmezliği bakımının ayrılmaz bir parçası haline geldiğini görecek.

Yapay Zeka ve Makine Öğrenme

Makine öğrenimi (ML) model binayı otomatik olarak görüntüleme ve sinyallerden çıkartarak hızlandırabilir. Örneğin, derin öğrenme, sol ventrikle'yi farklı şekillerde analiz edebilir ve tahmin odaları hacimlerini saniyeler içinde atabilir. ML, model karmaşıklığıyla aynı zamanda modelleme parametrelerini de belirleyebilir.In example, deep learning can Segment the left andntrikle from ekocardiograms and estimate room volumes in saniyeler. ML can also define the most information, learning for a given simpleing traditional model kalibrasyon tamamen.

Kalp Twins of the Heart

Dijital ikiz, bir hastanın kalbindeki sanal bir temsilidir ve model, Avrupa “Dövücü monitörler ve elektronik sağlık kayıtları gibi gerçek dünya verileriyle sürekli olarak güncellenmiştir. Kalp yetmezliği için, dijital ikiz bu vizyonun üzerinde çalışıyor olabilir. Erken prototipler, kalp oranı ve kan basıncı, sonra, klinikçiyi tahmin ettiğinde uyarılar. Avrupa “DigiTwin” ve NIH finanse edilen “C ⁇ Kalp” gibi projeler ve bu vizyonun üzerinde çalışıyor.

Giyim edilebilir ve Implantable Sensörlerle entegrasyon

Modern hız yapıcılar ve defibrilatörler sürekli olarak iç içe geçmişorak dürtüsü ölçebilir (yapay aşırı yükleme için bir proxy), kalp hızı değişkenliği ve aktivite seviyesi. Bu veri akışları bir kardiyak modeliye beslendiğinde, model zaten kronik kalp yetmezliği ile bir araya getirilen bir artışla birlikte test edilebilir.

Klinik Denemeler ve Düzenlemeler

Modeller kabul edilmek için, klinik faydalarını göstermeleri gerekir. ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) özellikle yeni kalp yetmezliği ilaçlarının bir parçası olarak, özellikle de cihaz geliştirme konusunda düzenleyici bir bilgisayar modeli olarak, "Medical Device Development Tools" (MDDT) programı, klinik denemelerdeki uç noktaları oluşturmak için nitelikli hesaplama modelleri kullanmaya devam etmektedir.

HFpEF ve Diğer Alt Türlerine Genişleme

Çoğu modelleme çalışması HFrEF'ye odaklandı, ancak HFpEF tüm kalp yetmezliği vakalarının yarısını temsil ediyor ve birkaç etkili tedaviye sahiptir. HFpEF, ince diastolic disfonksiyonunu içerir, sık sık egzersiz sırasında komplikasyonlarla bir araya gelir ve HFpEF'nin ikiodinamiklerini içeren yeni modeller, solunum ve perikaral kısıtlamalar da geliştirilebilir. Örneğin, egzersiz sırasında ventriküler darbe ile birleştirilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kalp döngüsünün fizyolojik modellemesi, araştırma problemlerinden, kalp yetmezliğini anlamak ve yönetmek için güçlü bir araç haline geldi. Mekanik, hemodinamik faktörler, modeller tedaviyi kişiselleştirebilir, tahmin eder ve kılavuzluk cihazı ve uyuşturucu gelişimi.Ancak, uygun maliyetli bir şekilde devam eder - alan şimdi klinik entegrasyona karşı algılayıcıdır.

[FONT=0]Further okuma: [Dönetici:0]Further okuma:[Dönetici modelinin kapsamlı bir incelemesi için, kardiyolojide dijital ikiz teknoloji için bakınız:2).