Разработан алгоритм параметрической генерации створок аортального клапана
Моделирование работы сердечных клапанов для численной оценки кровотока до и после хирургического вмешательства — одна из самых сложных вычислительных задач в симуляции закономерностей течения крови (гемодинамики) в сердечно-сосудистой системе. Эти задачи требуют больших вычислительных ресурсов, поэтому методы машинного обучения можно считать хорошей альтернативой для снижения времени расчета. Тем не менее, для создания обучающей выборки необходимо спроектировать множество геометрий аортального клапана. Для решения проблемы ученые Пермского Политеха разработали алгоритм автоматизированного построения геометрических 3D-моделей клапанов и желудочков сердца. Также исследователи провели ряд симуляций гемодинамики на синтетических геометриях, созданных с помощью разработанного алгоритма.
Статья опубликована в журнале Sensors. Исследование выполнено в лаборатории биожидкостей ПНИПУ при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках проекта по созданию молодежных лабораторий. Разработанный программный модуль для генерации модели аортального клапана получил свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Аортальный стеноз является распространенной патологией клапанов сердца. Прогнозирование среднесрочных и долгосрочных результатов хирургических вмешательств по протезированию аортального клапана крайне важно для оптимизации стратегии лечения и снижения пост-оперативных осложнений.
Биомеханическое моделирование гемодинамики в аортальном клапане позволяет провести численную оценку параметров кровотока до и после операции, что является сложной и ресурсоемкой задачей. Биомеханические модели сложны, а расчеты требуют значительных вычислительных мощностей и могут длиться от нескольких часов до нескольких дней, что ограничивает их применение в клинике. Для решения этой проблемы методы машинного обучения обладают серьезным потенциалом для замены трудоемким расчетам. Однако их эффективность неразрывно связана с качеством и полнотой их обучающих наборов данных.
В настоящее время существуют алгоритмы, способные обрабатывать данные мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ) и преобразовывать их в трехмерные модели с помощью уже существующих методов сегментации и обработки медицинских изображений. Но создание крупномасштабной базы геометрических моделей клапанов пациентов потребовало бы проведения томографии тысяч людей с последующей обработкой данных, что очень дорого, сложно и трудоемко.
Альтернативный выход нашли ученые Пермского Политеха: они разработали программу для построения 3D-моделей аортального клапана и левого желудочка сердца.
«Мы создали программный модуль, который позволяет по таким параметрам, как высота, толщина и кривизна, генерировать наборы геометрий створок аортального клапана. Данный подход позволяет создавать множество объектов для последующего моделирования за считанные минуты. Кроме того, мы уже провели серию компьютерных расчетов и сравнили результаты с клиническими данными. Эта разработка представляет собой важный шаг в развитии персонализированной медицины. Также модуль можно использовать для проектирования протезов клапана. Он получил свидетельство о регистрации ЭВМ», – поясняет Алексей Кучумов, заведующий лабораторией биожидкостей ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
«В рамках исследования мы построили математическую модель, которая показывает сокращение левого желудочка с учетом взаимодействия между электрофизиологической активностью сердца, деформацией мягкой ткани и кровотоком. Это позволяет точнее описывать различные сценарии, например, учитывать влияние аритмии на гемодинамику аортального клапана», – рассказывает Никита Пиль, младший научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ.
Полученные учеными Пермского Политеха массивы синтетических геометрий клапанов и желудочков сердца позволят провести большую серию численных экспериментов, выявить зависимости результатов от управляющих параметров. Впоследствии расчеты будут использованы в качестве обучающей выборки для алгоритмов машинного обучения. Это сделает моделирование работы сердечных клапанов для численной оценки кровотока до и после хирургического вмешательства у разных пациентов более точным.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно