Click here to load reader

CONVERGENCE - · PDF file 2018. 1. 31. · CONVERGENCE - unitbv.ro ... 1

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of CONVERGENCE - · PDF file 2018. 1. 31. · CONVERGENCE - unitbv.ro ... 1

  • CONVERGENCE :: Frictionless Energy Efficient Convergent Wearables for Healthcare and Lifestyle Applications

    Newsletter

    Numărul 1

    Ianuarie 2018

    http://aut.unitbv.ro/CONVERGENCE/

    CONVERGENCE

    Frictionless Energy Efficient Convergent

    Wearables for Healthcare and Lifestyle

    Applications

    Newsletter Numărul 1

    Ianuarie 2018

    Activitățile s-au concentrat asupra modelului arterial al coarctației aortice. Coarctația

    este o afecțiune congenitală care presupune stenozarea unei porțiuni a aortei toracice,

    așa cum se poate observa în figura 1.1. Aplicația dezvoltată, denumită Pressure Drop

    Computation in Aortic Coarctation este un instrument util pentru determinarea variației

    căderilor de presiune și a debitului sangvin în porțiunea stenozată.

    Fig.1.1. Coarctația aortică.

    Prototipul dispune și de o interfață grafică simplă, în care utilizatorul poate introduce

    datele de intrare ale pacientului și să ruleze, în mod clasic, modelul hemodinamic în

    vederea calculării căderilor de presiune. Acest proces poate dura între 2 și 4 minute, în

    funcție de geometria furnizată la intrare. Chiar dacă nu a făcut parte din obiectivele

    1.

    Introducere.

    Coarctația aortică ............................................... 2

    2.

    Descrierea aplicației ........................................... 4

    3.

    Descrierea interfeței grafice .............................. 6

    4.

    Folosirea algoritmilor de inteligență artificială

    pentru determinarea rapidă a rezultatelor ........ 8

  • CONVERGENCE Newsletter

    Nr. 1 | Ianuarie 2018

    2

    http://aut.unitbv.ro/CONVERGENCE/

    acestui an și având în vedere utilitatea și importanța acestei aplicații, s-a lucrat și la o

    abordare bazată pe algoritmi de inteligență artificială care vor reduce acești timpi la

    durate de ordinul milisecundelor. Pentru aceasta a fost necesară generarea de date

    sintetice care să servească pe post de exemple de antrenare. Rezultatele prezentate au

    fost obținute cu un număr de aproximativ 2500 de astfel de seturi de date sintetice.

    Cele mai bune rezultate au fost obținute cu ajutorul rețelelor neurale, corelația dintre

    ieșirea reală și predicție fiind de 99.1%.

    1.

    Introducere - coarctația aortică

    Coarctaţia aortei este un defect congenital care constă într-o

    îngustare a aortei, care apare la 5 până la 8% dintre toţi pacienţii cu

    afecţiunea cardiacă congenitală (v. fig. 1.1) [Ringel et al., 2012]. Nu

    există certitudine referitoare la factorii care cauzează apariţia acestei

    afecţiuni. Totuşi, o explicaţie general acceptată este aceea că

    patologia este legată de anormalităţi în procesul dezvoltării arterelor

    şi în hemodinamica punctului de ramificaţie al vasului ductus

    arteriorus în timpul dezvoltării fătului. Se pare că o serie de factori au

    influenţă, dintre care cel mai important este cel genetic [Völkl et al.,

    2005].

    O teorie cu perspective bune în ceea ce priveşte validarea ei prin

    intermediul modelării computaţionale este cea postulată de Hutchins

    [Hutchins, 1971]. În lucrarea respectivă se sugerează că apariţia

    coarctaţiei este o consecinţă a condiţiilor neregulate de curgere a

    sângelui pe parcursul dezvoltării fătului. În cazul unui făt sănătos,

    debitul sângelui care curge prin aorta ascendentă este mai mare

    decât debitul sângelui care curge prin ductus arteriorus. În cazul

    patologic, ipoteza este că o parte din debitul prin ductus arteriorus

    este redirecţionat către artera subclavie. Aceasta ar conduce la un

    tensor de stres anormal de-a lungul peretelui arterial care ar facilita

    apariţia îngustării.

    Datorită îngustării induse de coarctaţia aortei, presiunea sângelui în

    partea superioară a corpului şi în ventriculul stâng este mai mare.

    Acest aspect conduce la rândul lui la apariţia hipertrofiei miocardice

    pentru a se menţine la un nivel normal stresul lângă pereţii arteriali,

    dar şi debitul cardiac. Dacă hipertensiunea nu este tratată, se poate

    ajunge la insuficienţă cardiacă congestivă.

    În cazul în care condiţia este diagnostică în timpul copilăriei sau

    adoloescenţei, pacienţii nu suferă de insuficienţă cardiacă, datorită

    dezvoltării unor artere colaterale coarctaţiei (v. fig. 1.1(d)). Cu toate

    acestea, presiunea arterială scăzută de după îngustare, afectează

    extremităţile inferioare.

    Pacienţii născuţi cu coarcţie aortică necesită îngrijire medicală

    continuă, care constă în vizualizarea invazivă sau non-invazivă a

    aortei, terapie medicamentoasă şi, în cazul în care coarctaţia se

    reformează, cateterizare invazivă sau intervenţie chirurgicală pentru

    a reduce presiunea sanguină în aorta ascendentă. Pentru evaluarea

    pre-operatorie a severităţii coarctaţiei şi pentru evaluarea post-

    operatorie a îngustării reziduale există o serie de tehnici utilizate în

    clinici. Evaluarea anatomică se bazează, de obicei, pe rezonanţă

    magnetică (MRI) sau tomografie computerizată (CT), în timp ce,

    evaluarea funcţională constă în măsurarea căderii de presiune (Δp)

    de-a lungul coarctaţiei. Cea mai precisă evaluare a căderii de

    presiunii (determinată ca diferenţa de presiune dintre valoarea

    sistolică maximă din amonte de coarctaţie şi valoarea sistolică

    maximă din aval de coarctaţie) este realizată invaziv prin măsurarea

    presiunilor cu ajutorul unui cateter. Dacă valoarea este mai mare de

    20 mmHg, atunci se consideră că îngustarea este semnificativă. Există

    şi alternative mai puţin precise pentru evaluarea coarctaţiilor:

     măsurarea presiunilor arteriale în cadrul extremităţilor

    superioare şi inferioare (braţe şi picioare) şi realizarea

    diferenţei dintre cele două valori. Această metodă are la bază

    faptul că braţele sunt alimentate de artere care se bifurcă din

    aortă la o locaţie aflată în amonte de coarctaţiei, iar picioarele

    sunt alimentate de artere care se bifurcă din aortă la o locaţie

    aflată în aval de coarctaţie;

     utilizarea ecocardiografiei Doppler pentru estimare gradienţilor

    maximi/medii de presiune.

    Măsurătorile efectuate prin intermediul ecocardiografiei Doppler

    adeseori nu sunt fezabile în cazul adolescenţilor şi adulţilor datorită

    poziţiei posterioare a aortei descendente şi, de obicei,

    supraestimează căderea de presiune, atât în cazul folosirii ecuaţiei

    Bernoulli modificate cât şi în cazul utilizării ecuaţiei Bernoulii

    simplificate [Seifert et al., 1999]. Ecuaţia Bernoulli modificată este:

     21224 vvp  (1)

    unde, 2v este viteza maximă la coarctaţie şi 1v este viteza maximă

    înainte de coarctaţie, iar varianta simplificată este

    22 2

    vp 

     (2)

    Alte studii au arătat că diferenţa presiunilor arteriale între mâini şi

    picioare reprezintă o estimare incorectă a gradientului de presiune

    de-a lungul coarctaţiei [Hom et al., 2008], atunci când se compară cu

    valoarea obţinută prin standardul clinic care constă în măsurarea

    invazivă realizată cu ajutorul unui cateter.

  • CONVERGENCE Newsletter

    Nr. 1 | Ianuarie 2018

    3

    http://aut.unitbv.ro/CONVERGENCE/

    În cazul în care coarctaţia este semnificativă, există mai multe opţiuni

    de tratare a acesteia [Beltrán, 2012]:

     anastomoză: segmentul aortic care conţin coarctaţia este

    înlăturat şi cele două capete ale aortei sunt unite;

     aortoplastie: dacă cele două capete ale aortei sunt prea

    îndepărtate unul de celălalt pentru aplicarea primei metode,

    atunci se introduce o proteză dintr-un material compliant

    corespunzător;

     angioplastie: este o procedură care constă în umflarea şi

    deflaţia unui cateter cu balon în vederea ameliorării îngustării.

    Această metodă este adeseori considerată o alternativă în cazul

    reapariţiei coarctaţiei, fiind utilizată datorită caracterului minim

    invaziv;

     plasarea unui stent: stenturile sunt tuburi realizate dintr-o

    combinaţie de plastic şi metal care sunt plasate în arterele

    îngustate sau blocate. În contextul coarctaţiei aortice, această

    procedură este aplicată în cazul reapariţiei coarctaţiei după

    intervenţiile chirurgicale sau după angioplastie, în cazul unei

    geometrii nefavorabile angioplastiei sau în cazul unui risc sporit

    pentru intervenţia chirurgicală.

    Coarctaţia aortică este o condiţie patologică continuă, care poate

    conduce la numeroase complicaţii de-a lungul vieţii unui pacient,

    chiar şi după o intervenţie de succes. Ca şi la hipertensiunea cauzată

    de alte motive, pacienţii au un risc sporit în ceea ce priveşte

    ateroscleroza p

Search related