Neinvazivna metoda za određivanje parametara matematičkoga modela plućne cirkulacije

doctoral thesis

• Title (english): Noninvasive method for parameter identification of the mathematical model of pulmonary circulation
• Author: Fabijan Lulić
• Mentor: Marko Jakopović (mentor)
• Mentor: Zdravko Virag (komentor)
• Committee member: nije dostupno (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; School of Medicine; Zagreb
• Defense date and country: 2018-12-28, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: BIOMEDICINE AND HEALTHCARE; Clinical Medical Sciences
• Universal decimal classification (UDC): 61 - Medical sciences

Abstract

Pouzdana neinvazivna metoda za procjenu plućne cirkulacije bi bila od velike važnosti u
prognozi, dijagnozi i liječenju plućne hipertenzije. U ovoj disertaciji je predložen jedan takav
model, koji je utemeljen na identifikaciji parametara pet-elementnog Windkessel modela
plućne cirkulacije. On traži slijedeće ulazne varijable: srčanu frekvenciju, udarni volumen,
profile trikuspidalne regurgitacijske brzine i brzine kroz plućni zalistak, dobivenih
doplerskom metodom, te procjene tlaka desnog atrija i plućnih vena. Udarni volumen se
računa kao umnožak površine LVOT i integrala vremenski promjenjive brzine krvi. Postupak
identifikacije parametara modela je zasnovan na minimizaciji RMSE (root mean square error)
između tlaka u korijenu plućne arterije izračunatog iz profila brzina (pomoću Bernulijeve
jednadžbe primijenjene za vrijeme faze ejekcije krvi) i tlaka iz Windkessel modela za isti
vremenski prozor. Izlaz iz modela je izračunata ulazna impedancija plućne arterije (parametri
modela: plućni vaskularni otpor, proksimalna i distalna popustljivost plućne arterije,
koeficijent inercije i karakteristična impedancija), te profil tlaka plućne arterije za vrijeme
cijelog srčanog takta. Metoda je primijenjena na 27 ispitanika s različitim tipovima plućne
hipertenzije, a na većini je izvršena i Swan-Ganz kateterizacija desnog srca. Dobiveni
rezultati pokazuju da pet-elementni Windkessel model rekonstruira glavne karakteristike
ulazne impedancije plućne arterije vrlo dobro. Njezin modul pokazuje minimum tamo gdje
fazni kut mijenja svoj predznak. Srednji tlak u plućnoj arteriji dobiven ovom metodom je u
boljem slaganju sa srednjim tlakom dobivenim iz invazivnih mjerenja, nego srednji tlakovi
izračunati Chemlinom regresijom. Analiza osjetljivosti pokazuje da je srednji plućni arterijski
tlak prilično neosjetljiv na blage precijenjenosti i podcijenjenosti svih ulaznih parametara
izuzev tlaka desnog atrija. Budući da predložena metoda daje potpuniju sliku plućne
cirkulacije nego sama kateterizacija, čini se da može poslužiti u kliničkoj praksi kao dobra
zamjena za kateterizaciju.

Abstract (english)

We propose a reliable noninvasive method for the parameter identification of the five-element
Windkessel model of pulmonary circulation. The model parameter identification procedure is
based on minimization of the root mean square error between the pulmonary artery root
pressure calculated from the Doppler velocity profiles and the pressure from the Windkessel
model during the same period. The output from the model contains the calculated pulmonary
artery input impedance and the model parameters: pulmonary vascular resistance, two
compliances, inertance, and characteristic impedance. The results show that the five-element
Windkessel model reconstructs the main features of the pulmonary artery input impedance
very well. The pulmonary vascular resistance, the systolic, diastolic and mean pulmonary
artery pressures are in good agreement with the values obtained invasively from the
catheterization. Mean pressures obtained by our method are in a better agreement with the
mean pressures from the catheterization than mean pressures calculated from Chemla
equation. Sensitivity analysis shows that the mean pulmonary pressure is insensitive to slight
overestimation/ underestimation of all input parameters, except for the right atrium pressure.
The proposed method can serve in clinical practice as a good substitute for catheterization.

• Keywords: medicina
• Keywords (english): medicine
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:105:381679
• Study programme: Title: Biomedicine and Health Sciences; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje biomedicine i zdravstva (doktor/doktorica znanosti, područje biomedicine i zdravstva)
• Type of resource: Text
• Extent: 87 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2023-05-05 08:25:27