Neinvazivna metoda za određivanje parametara matematičkoga modela plućne cirkulacije [Noninvasive method for parameter identification of the mathematical model of pulmonary circulation]

Lulić, Fabijan (2018) Neinvazivna metoda za određivanje parametara matematičkoga modela plućne cirkulacije [Noninvasive method for parameter identification of the mathematical model of pulmonary circulation]. PhD thesis, Sveučilište u Zagrebu.

PDF Download (3MB)

Abstract

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.

Abstract in Croatian

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.

Actions (login required)

View Item

Downloads