Page 15 - IFM_201304_vB 150 dpi

artykuł / article
Inżynier i Fizyk Medyczny 4/2013 vol. 2 175
kardiologia / cardiology
Modelowanie serca
Zbigniew Nawrat1,2 Zbigniew Malota2
1 Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Poniatowskiego 15, 40-055 Katowice, tel. +48 32 373 56 64, e-mail:nawrat@frk.pl
2 Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze
Modelowanie jest doświadczalną metodą ba-
dawczą wykorzystującą modele fizyczne i ma-
tematyczne. Jako metoda poznawcza odgrywa
szczególnie istotną rolę w naukach medycznych,
w przypadku gdy przeprowadzanie eksperymen-
tów fizycznych jest trudne do zrealizowania z po-
wodu ingerencji w obiekt żywy, jak i ze względów
etycznych. Wpływa na rozwój metod diagno-
stycznych oraz leczenie chirurgiczne.
Podstawowymi elementami strategii chirurgicznej
jest planowanie operacji uwzględniające optymalny
dla danego stanu pacjenta wybór metody postę-
powania, rodzaju oprzyrządowania i materiałów.
Przykładowo, typowy dostęp do serca uzyskuje się
przez sternotomię – szerokie otwarcie klatki pier-
siowej z rozcięciem mostka. Ta część zabiegu wpro-
wadza znaczny uraz tkanek, powoduje zagrożenie
infekcją oraz innymi komplikacjami. Z tego powodu
chirurdzy wprowadzają, jeśli to tylko nie ogranicza
efektywności i bezpieczeństwa w czasie zabiegu,
metody małoinwazyjne. Jednak nowoczesna chirur-
gia – mniej inwazyjna, bezpieczna, skracająca czas
hospitalizacji i zmniejszająca uraz pooperacyjny
u pacjenta wymaga odpowiednich narzędzi.
Symulacje operacji
Pierwszy w Polsce program naukowy symulacji ope-
racji kardiochirurgicznych został uruchomiony w Za-
brzu w 1998 roku. Współpraca Pracowni Biocyber-
netyki ze znanymi ośrodkami medycznymi, głównie
Śląskim Centrum Chorób Serca, jest kontynuowana
w celu optymalizacji sposobu leczenia. Współpraca
przyniosła już wiele ciekawych rozwiązań zarówno
w zakresie symulacji operacji chirurgicznych, jak
i analiz patologii serca [1-5]. Jednym najciekawszych
metodologicznie jest obszar leczenia chorób wro-
dzonych serca i naczyń u dzieci. Wybór właści-
wego czasu podjęcia decyzji o kolejnych etapach
leczenia chirurgicznego chorób paliatywnych wy-
maga skomplikowanej
analizy stanu chorego
i dostępnych metod le-
czenia. Zbudowano spe-
cjalistyczne stanowiska
badawcze, opracowano
metodykę badawczą
oraz przeprowadzono
ocenę skuteczności wy-
branych procedur kar-
diochirurgicznych, wy-
korzystując równolegle
metody symulacji oparte
na modelach fizycznych
i komputerowych. Metoda modelowania kompu-
terowego, zweryfikowanego badaniami fizycznymi
(na hydraulicznym modelu układu krążenia), pozwa-
la na określenie parametrów, które wwarunkach kli-
nicznych są bardzo trudne lub czasami niemożliwe
do zmierzenia.
Podstawowe parametry serca oraz indeksy: frakcja
wyrzutowa, kształt oraz geometria serca, objętość
końcowo rozkurczowa, objętość końcowo skurczowa,
Rys. 1 Linie prądu przepływu uzyskane z symulacji komputerowej u 65-letniego pacjenta z poszerzoną aortą
i dwupłatkową zastawka aortalną
Rys. 2 Przykład wizualizacji laserowej przepływu w aorcie wstępującej;
wpływ rodzaju zastawki na zaburzenia przepływu