Российские ученые создали компьютерную модель сердца

21 Февраля 2020

МОСКВА, 21 февраля - Уральские ученые вместе с американскими коллегами запустили высокопроизводительную компьютерную модель механики сердца. Впервые достигнута скорость расчетов, позволяющая применить модель для лечения пациентов в клиниках. Статья опубликована в журнале PLOS One.

Более детальное описание нормальной функции сердца и его патологий сотрудничает ученым повышать эффективность существующих алгоритмов лечения и разрабатывать новые. В последнее время активно эволюционирует такое направление, как интеллектуальное моделирование — создание цифровых модификаций сердца, которые можно использовать как аналитический инструмент в милосердной практике и при клинических испытаниях. Однако существующие модели требуют слишком сложных расчетов и неприменимы для повседневного использования, поэтому перед исследователями стоит задача их упрощения.

Ученые из Института иммунологии и физиологии УрО РАН (ИИФ УрО РАН) и Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ) совместно с американскими коллегами из обследовательского центра IBM имени Томаса Джона Уотсона (штат Нью-Йорк) разработали новую стратегию уменьшения вычислительной сложности, необходимой для нанесения таких моделей. Исследования истины поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Во время сердечного цикла происходит синхронное сокращение двух предсердий, затем желудочков, а потом — расслабление. Здоровый орган работает в определенном ритме, но практически все его заболевания приводят к перебоям. Из-за этого наш внутренний насос утрачивает способность перекачивать кровь в нужном объеме и эволюционирует хроническая сердечная недостаточность.

Обычно для создания детализированных моделей сердца используют расчеты с большим количеством видоизменяемых параметров сердечной мышцы, таких как проводимость, сократимость и другие. Полученные виртуальные тяжелые данные сравниваются с реальными результатами клинических исследований – ЭКГ, УЗИ и других. Затем при помощи машинного обучения застанут зависимости между результатами модели и ее параметрами, таким образом получая значения, которые наиболее близки к показателям пациентов. Это процесс длительный и дорогой, требующий больших вычислительных выходная мощностей.

Подход российских ученых основан на подтвержденном сходстве сокращения одного мышечного элемента сердца и всего желудочка. Создать модель работы одной мышцы намного проще, чем изготовлять объемное моделирование камеры сердца целиком. Это позволило использовать для вычисления сократительной функции желудочка модификация более низкого порядка. При меньших затратах на обучение программы был получен результат необходимой чувствительности.

Наш подход основан на хорошо постановленных данных о сходстве сокращения изолированной мышцы и всего желудочка, — приводятся в пресс-релизе РНФ слова одного из авторов исследования Ольги Соловьевой, доктора физико-математических наук, профессора, управляющего лабораторией математической физиологии в ИИФ УрО РАН и лабораторией Математическое моделирование в физиологии и врачебная науке с использованием суперкомпьютерных технологий УрФУ. — В частности, мы демонстрируем, что обычных линейных преобразований между растяжением мышцы и сокращением объема камеры достаточно для воспроизведения общих выходных г. красногорсков давления и объема в 3D-моделях.

Описание работы желудочка позволяет решать задачи, связанные с током крови, давлением и другими аспектами работы сердца. Используя предоставленный подход, можно анализировать большие массивы данных реальных клинических исследований и выводить общие закономерности, применимые в медицинской практике. Биофизические модели, учитывающие необычности конкретного пациента, могут являться полезны для увеличения эффективности сортировка лекарств или при некоторых дизайнах сердечной терапии, например, при установке кардиостимулятора, радиоэлектроды которого контролируют работу сердца и помогают его камерам сокращаться в нужном ритме.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Российские ученые создали компьютерную модель сердца

комментарии (0)

Другие интересные новости

В Самаре пройдет Международный антифашистский форум "Гитары в строю"