Обзор применений в медицине и физиологии
Результаты реализации исследовательской программы ФА предоставляют новые
возможности при решении разнообразных задач научно-исследовательского и прикладного характера. Предлагаемый обзор представляет основные направления развития исследовательской программы в области практической медицины, физиологии, медицинского инжениринга.
Медицинский инжениринг
Наличие эффективных алгоритмов и программных средств параметрической идентификации позволяют реализовать in silico устройства адаптивного управления
элементами искусственного кровообращения и вспомогательного кровообращения вплоть до полностью искусственного сердца. При этом, следует отметить, что возможность "индивидуализации" модели позволит сделать эти устройства максимально учитывающими индивидуальные физиологические особенности пациента.
В качестве примера практического применения рассмотрим модель
внутриаортальной контрпульсации (ВАКП). ВАКП является
методом вспомогательного кровообращения, целью которого является
снижение нагрузки на сердце в условиях острой сердечной
недостаточности. Сущность метода состоит в введении в аорту
эластичного баллона, способного расширяться и сжиматься под
действием внешнего управляемого пневматического насоса.
Физиология и медицинские науки
В медицинских исследованиях и фармакологии реализация исследовательской программы ФА предоставляет мощный инструмент компьютерной имитации классического статистического медицинского эксперимента. Методология применения этого инструмента опробована на примере факторного анализа причин возникновения артериальной гипертензии.
Практическая медицина
Реализация исследовательской программы ФА предоставляет новые
уникальные средства косвенных измерений, когда значения недоступных
для прямого измерения параметров оцениваются посредством измерения
некоторых других параметров организма. Задача поиска неинвазивных и
малоинвазивных методов оценки с приемлемой точностью для многих
физиологических параметров, недоступных для прямого измерения,
остается актуальной для повседневной клинической практики.
Идентификация параметров физиологических систем организма предоставляет
достаточно универсальный метод, позволяющий при помощи единого
вычислительного алгоритма получать такие оценки на основе
ограниченного набора клинически доступных измерений.
Технология ФА применена для оценки важнейшего физиологического
параметра объема циркулирующей крови (ОЦК). В настоящее время не
существует простой, точной и дешевой методики измерения ОЦК.
Предложено большое количество методик, которые можно разделить на
дилюционные, требующие введения в кровеносное русло различных
индикаторов (красителей, радиоактивных меток и т.п.) и практически
более предпочтительные недилюционные, которые введения индикаторов
не требуют. Клиническая оценка ОЦК до настоящего времени в основном
осуществляется по ряду номограмм и формул, являются трудновоспроизводимыми, дорогостоящими и в реальной клинической
практике пока не нашли широкого применения. ФА лежит в основе нового недилюционного метода измерения ОЦК, в основу которого положена идея объективизации взаимозависимости ОЦК с физиологическими переменными организма, в первую очередь, с показателями гемодинамики и составом крови.
Рекомендуемые ссылки
А. П. Прошин, Ю. В. Солодянников, “Идентификация параметров системы кровообращения”, Автомат. и телемех., 2010, № 8, 134–153.
На математической модели системы кровообращения рассматривается постановка задачи параметрической идентификации по измерениям на периодическом движении. Предложен метод ее численного решения на основе алгоритма случайного глобального поиска. Описана программная реализация процедуры идентификации в виде параллельных вычислительных процессов на симметричных многопроцессорных компьютерных системах и в распределенной вычислительной среде. Рассмотрены практические применения на примере факторного анализа причин возникновения артериальной гипертензии, а также приложения в медицине и спорте, в том числе при неинвазивном контроле уровня гемоглобина крови и некоторых видов допинга.
С.М. Хохлунов, Ю.В. Солодянников, И.А. Осадчий, А.П. Прошин, К.М. Фаерман, А.В.Алексанкин, Д.В. Иванов, "Исследование идентификационного метода определения объема циркулирующей крови у кардиохирургических больных", Вестник новых медицинских технологий, № 1, 2013.
Метод математического моделирования и идентификации параметров системы кровообращения применен для измерения абсолютной величины объема циркулирующей крови. Оценка абсолютной точности метода проведена путем сравнения с литературными данными по группе практически здоровых людей. Оценка чувствительности метода к изменению волемии проведена методом стандартной добавки путем сопоставления результатов расчёта объёма циркулирующей крови до и после инфузии фиксированного объёма плазмозаменителя в группе больных, перенесших операцию аортокоронарного шунтирования.