Ученые из Урала совместно с партнерами из США разработали революционную высокопроизводительную компьютерную модель сердечной механики. Впервые достигнута скорость расчетов, позволяющая применять эту модель непосредственно в клинической практике для лечения пациентов.
Значение моделирования для кардиологии
Детальное понимание работы сердца в норме и при патологиях жизненно важно для совершенствования терапии и создания инновационных методов лечения. Широкое развитие получило цифровое моделирование сердца — создание вычислительных инструментов для клинического анализа и испытаний. Однако существовавшие модели были чрезмерно сложны для рутинного использования, что стимулировало поиск путей их упрощения.
Прорывное сотрудничество
Исследователи из ИИФ УрО РАН и Уральского федерального университета (УрФУ) вместе со специалистами исследовательского центра IBM (США) нашли новую стратегию радикального снижения вычислительной сложности таких моделей. Эта работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).
Сердце как синхронный механизм
Здоровое сердце работает в четком ритме: последовательно сокращаются предсердия, затем – желудочки, после чего следует фаза расслабления. Развитие сердечных патологий приводит к нарушению этого ритма, в результате чего снижается объем перекачиваемой крови, развивая хроническую недостаточность.
Эффективный подход ученых
Оригинальное решение российских ученых основывается на доказанном сходстве сокращений отдельной сердечной мышцы и всего желудочка. Моделирование единицы ткани значительно проще, чем целой камеры. Это позволило применить упрощенную модель для расчета сократительной функции желудочка, обеспечив высокую точность результатов при существенно меньших вычислительных затратах.
Комментарий эксперта
«Наш метод базируется на хорошо задокументированном подобии сокращения изолированной мышцы и желудочка в целом, — поясняет один из авторов работы, Ольга Соловьева, д.ф.-м.н., профессор, заведующая лабораториями в ИИФ УрО РАН и УрФУ. — Мы показали, что простые линейные соотношения между растяжением мышцы и изменением объема камеры успешно воссоздают ключевые показатели давления и объема в сложных 3D-симуляциях».
Перспективы клинического применения
Модель функции желудочка открывает возможность решать задачи, связанные с кровотоком и давлением. Новый подход дает ключ к анализу больших массивов реальных клинических данных, выявлению закономерностей и созданию персонализированных биофизических моделей. Это перспективно для эффективного подбора терапии, оптимизации лечения, включая установку кардиостимуляторов, способных точнее синхронизировать сокращения сердечных камер.
Изображение: yodiyim/Фотобанк RU.123.RF
Источник: scientificrussia.ru
