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 В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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