Simulation of Flow and Pressure Pattern in Patients with Different Body Size Supported by Pulsatile Ventricular Assist Devices Filip Ježek, 2010

Motivace Zadání: pomoci řešit (vysvětlit) problém z klinické praxe Nežádoucí účinky PFVAD – Poukázat na opomíjený problém nebezpečí příliš velkého SV pro malé pacienty – Upozornit na nebezpečí automatického módu

Struktura práce Oběhová soustava Přehled mechanických cirkulačních podpor Problém různé velikosti pacientů Návrh a implementace modelu Testování hypotézy experimentem Prezentační aplikace

Mechanické podpory Totální srdeční náhrady – AbioCor Podpory cirkulace – IABP, ECMO Podpory srdce – VAD (ventricular assist device) Pulsatile-flow (PF-VAD) Constant-flow

Módy PF-VAD Asynchronní – Automatický (auto, Full fill-full eject, volume): plné naplnění, plná ejekce – Fixed rate: pevná frekvence Synchronní – R-sync: synchronizace s vlastním srdcem

Nežádoucí účinky a komplikace Hemolýza Embolie Infekce Krvácení Příliš vysoké tlaky a toky – Nepřizpůsobená podpora – interakce vlastního srdce a podpory (PF-VAD) >> Hypertenze

Hypertenze Systolický tlak > 140 mmHg Ruptura velkých cév (na aneurismatech) Ruptura malých cév – Plicní krvácení – Hemoragická cévní mozková příhoda …

Velikost pacienta BSA (body surface area) – Průměr 1.7, muži cca 1.9 m2 – 9ti leté dítě cca 1 m2 Většinou pevná velikost SV u PF-VAD – Thoratec – 65 ml Hypotéza – Velký SV způsobí hypertenzi

Model oběhové soustavy Model pulzatilní makrocirkulace – Conlon et al, 2006 [1] Modelica – Modelování komplexních závislostí v uzavřené smyčce [1] M. J. Conlon, D. L. Russel, and T. Mussivand: Development of a mathematical model of the human circulatory system. Annals of Biomedical Engineering, 2006

Model oběhové soustavy: omezení Předpoklady a zjednodušení – Bez gravitace – všechny orgány v jedné úrovni – Laminární tok krve – Zjednodušení šíření pulsní vlny – Zanedbání efektu dýchání – Zanedbání síní a komor – Pouze systemická cirkulace – Bez tělních regulací (baroreflex, vazodilatace, remodelling) – … Nejjednodušší stabilní cirkulace ležícího pacienta s bazálním metabolismem, s těžce poškozeným vlastním srdcem těsně po implantaci VAD

Model oběhové soustavy: struktura portB.p - portA.p = R * q portA.q + portB.q = 0

Model pumpy Dole: model pumpy s dvěma chlopněmi a stažitelným vakem Nahoře: Průběh pohonného tlak ve vaku

Model Vlevo shora: Tlak v aortě, tok v aortě, naplnění pumpy a aktuální SV Vpravo shora: Tlak a tok v aortě po odeznění přechodových jevů

Experiment Výchozí parametry pacient ~1.7 m 2 – Z rovnice pro SV 65 ml Empiricky upraveny parametry oběhu – Velikého pacienta (BSA 2.4 m 2, SV 100 ml) – Extrémně malého pacienta (BSA 1.0 m 2, SV 35 ml):

Výsledky Jasná aortální hypertenze (P > 140 mmHg) Tlak a tok v aortě u malého pacienta (normal SV 35 ml) s normální pumpou (SV 65 ml)

Výsledky Tlak a tok v aortě pro normálního pacienta (normal SV 65 ml) s velkou pumpou (100 ml) Normální pacient s velkou pumpou: rozdíly oproti vyšší beat rate

Prezentační aplikace Webová aplikace Technologie Silverlight Modelica.NET* Zatím se nepodařilo zapojit model * Laboratoř biokybernetiky a počítačové podpory výuky, Ústav patologické fyziologie, 1. LF, UK

Závěr Důkaz, že vyšší SV opravdu působí na zvyšování tlaku Vytvořený model může být modulárně rozšiřován – Fyziologicky podložené parametry – Moderní modelovací nástroj Vytvořena prezentační aplikace – Propojení Silverlight a Modelica

Děkuji vám za pozornost