Modele przedstawiające „pełną pracę serca” oferują skuteczniejsze leczenie
Obecnie stosowane technologie obrazowania tomograficznego zapewniają wiele informacji na temat anatomii serca, jego struktury i działania, zapewniając obraz w bardzo wysokiej, czasem wręcz parakomórkowej rozdzielczości. A jednak techniki personalizacji lub cyfryzacji, które mogą w pełni wykorzystać te bogate zestawy danych i dokładnie odwzorować anatomię i fizjologię pacjenta, pozostają w powijakach. Wsparcie ze środków programu „Maria Skłodowska-Curie” umożliwiło naukowcowi z projektu InsiliCardio przeprowadzić studium wykonalności symulacji spersonalizowanej pełnej funkcji serca. Została ona zaprezentowana w formie szczegółowych pod względem anatomicznym modeli w wysokiej rozdzielczości obejmujących wszystkie trzy główne aspekty (płyn, struktura i elektryka). Proces modelowania wykazał, że elektro-mechaniczno-fluidyczne modele serca stają się coraz bardziej realne. Choć ich budowa jest nadal droga, modele te są obiecującym narzędziem do przewidywania reakcji na interwencje medyczne.
Stymulowanie pełnej funkcji elektro-mechaniczno-fluidycznej serca
W projekcie InsiliCardio połączono informacje z różnych dyscyplin, takich jak kardiologia (zaburzenia rytmu serca, niewydolność serca oraz leczenie), inżynieria biomedyczna (budowanie modeli, analiza obrazów medycznych oraz techniki mapowania) i matematyka (metody liczbowe i obliczenia naukowe). Takie multidyscyplinarne podejście umożliwiło przeprowadzenie różnych badań, które wykazały, że modele obliczeniowe sprawdzają się w przypadkach klinicznych. Na przykład obciążenia ściany lewej komory i energia biomechaniczna są potencjalnymi biomarkerami, które można wykorzystać w diagnostyce i przewidywaniu stanu po leczeniu. Jednakże nie można uzyskać do nich dostępu w ramach rutynowych zabiegów klinicznych czy też poprzez obrazowanie medyczne. Modelowanie opracowane w projekcie InsiliCardio umożliwiło lepszą ocenę tych obiecujących pod względem klinicznym biomarkerów. W kolejnym procesie utworzono model mechaniki przedsionkowej (górne komory serca). Ustalono, że spersonalizowane pomiary grubości ścianki są konieczne do dokładnego obliczenia lokalnego obciążenia ścianki. Szczytowe natężenia obciążeń ścianek przedsionka wiążą się z remodelowaniem tkanek powodującym zwłóknienie. Jest ono uznawane za jeden z głównych czynników ryzyka wystąpienia migotania przedsionków. Zespół opracował proces symulacji na potrzeby zbadania tego połączenia pomiędzy lokalną anatomią, mechaniką i elektrofizjologią. „Na krótką metę nasze modele mogłyby poprawić selekcję pacjentów, planowanie terapeutyczne oraz zarządzanie ryzykiem, co poskutkowałoby korzyściami klinicznymi”, opowiada badacz Christoph Augustin. „W szczególności modele mogące symulować biomarkery, które nie są dostępne w procesie obrazowania czy pomiarach klinicznych, mogłyby wspierać proces podejmowania decyzji w przypadkach złożonych i granicznych”.
Na drodze do lepszego planowania leczenia
Modele obliczeniowe serca wywrą wpływ na życia europejskich obywateli, zarówno jako narzędzia do opracowywania wyrobów medycznych, służące do projektowania i optymalizacji wyrobów kardiologicznych, jak i poprzez oferowanie oprogramowania jako wyrobu medycznego, wykorzystywanego w klinicznych zastosowaniach diagnostycznych i leczniczych. Prace realizowane w ramach projektu InsiliCardio mogą również pomóc w projektowaniu i optymalizacji urządzeń kardiologicznych, mechanicznych zastawek serca czy stentów. Otwarta wersja oprogramowania zwana openCARP będzie dostępna bezpłatnie dla celów akademickich. Obejmuje ona obecnie symulator elektrofizjologiczny; moduły mechaniczne i związane z dynamiką płynów są jeszcze opracowywane. W przyszłości Augustin wykorzysta dane i modele z projektu InsiliCardio w pracach nad projektem SICVALVES, rozbudowując je, by opracować modele rozwoju i remodelowania, by dokładniej zbadać niedostosowaną hipertrofię (patologiczne zgrubienie ścianki komory). Jest to jeden z głównych czynników ryzyka niewydolności serca. Celem zespołu jest wsparcie lekarzy w skuteczniejszym planowaniu leczenia. „Przewidujemy, że w przyszłości modele obliczeniowe będą stosowane do oceniania postępów choroby oraz uzyskiwania długoterminowych prognoz wyników leczenia”, dodaje Augustin.
Słowa kluczowe
InsiliCardio, serce, kardiologia, sercowy, zaburzenie rytmu serca, obciążenia ścianki komory serca, biomechaniczny, przedsionkowy, migotanie, biomarkery, zwłóknienie, hipertrofia
