معرفی روشی غیرتهاجمی برای تخمین آسیب میوکارد در برخی بیماران قلبی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از دانشگاه تهران، علیرضا دانش‌مهر، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران، با اشاره به این دستاورد پژوهشی گفت: مدل‌سازی قلب بیماران به کمک اصول بیومکانیک، یک رویکرد نوین است که به دلیل کاربرد آن در ارزیابی غیرتهاجمی مشکلات ناشی از بیماری‌های قلبی مورد توجه محققان قرار گرفته است.

وی ادامه داد: در این مطالعه، ما یک چارچوب عددی را پیشنهاد می‌کنیم که همزمان ویژگی‌های بیومکانیکی پسیو میوکارد و شکل بدون بار بطن‌های قلب را در بیماران مبتلا به کاردیومیوپاتی ایسکمیک تعیین می‌کند. این کار با استفاده از روش بهینه‌سازی بیزی و بر اساس نتایج تحلیل عددی به روش اِلمان محدود انجام شد تا اختلاف بین منحنی فشار-حجم پایان دیاستولی شبیه‌سازی‌شده و منحنی فشار-حجم پایان دیاستولی هدف به حداقل برسد. هندسه بطن‌ها در پایان دیاستول و محل ایسکمی از طریق تصویربرداری ام آر آی قلب تعیین شدند. از این روش برای مدل‌سازی بطن‌های قلب سه بیمار ۵۷ تا ۶۶ ساله، با و بدون در نظر گرفتن اثر دریچه‌ها استفاده شد.

بیماری‌های قلبی عروقی علت اصلی مرگ و میر در سراسر جهان است. شبیه‌سازی کامپیوتری ابزاری قدرتمند است که می‌تواند به تشخیص و بهینه‌سازی روش‌های درمان کمک کند. افزایش قدرت محاسباتی، افزودن جزئیات دقیق پدیدارشناختی را برای ایجاد مدل‌های واقعی قلب در رایانه تسهیل کرده و به توسعه و تکامل پدیده جدیدی تحت عنوان دوقلو یا همزاد دیجیتال قلب منجر شده است. دوقلوی دیجیتال، نمایش مجازی یک جسم فیزیکی یا یک عضو بدن است که می‌تواند رونوشت دقیقی از آن در رایانه باشد. در واقع، دوقلوی دیجیتال یک برنامه رایانه‌ای است که با استفاده از داده‌های دنیای واقعی، شبیه‌سازی‌هایی ایجاد می‌کند تا عملکرد یک سامانه را پیش‌بینی کند.

دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران گفت: هدف مطالعه ما معرفی روشی غیرتهاجمی برای تخمین آسیب میوکارد در کاردیومیوپاتی ایسکمیک بود که کاربرد آن را در سه بیمار نمونه با بطن‌های ایسکمیک بررسی کردیم. این روش عددی شامل بهینه‌سازی بیزی برای تعیین ضرایب هایپرالاستیک میوکارد سالم و ایسکمیک بود و همزمان شکل بدون فشار بطن‌های قلبی نیز تخمین زده شد. نتایج نشان داد که شکل بطن و منحنی فشار-حجم انتهای دیاستولی به خوبی با مقادیر هدف که از قلب بیماران اندازه‌گیری شده بودند، همخوانی کامل دارند. روش ما با استفاده از بهینه‌سازی بیزی، یک روش سریع و دقیق بود.

دکتر دانش‌مهر درباره چگونگی کارکرد مدل شبیه‌سازی‌شده، اظهار داشت: در این تحقیق، ما به‌طور همزمان شکل بدون فشار بطن‌های قلبی و ویژگی‌های بیومکانیکی بخش‌های سالم و ایسکمیک را با استفاده از بهینه‌سازی بیزی محاسبه کردیم. چارچوب پیشنهادی ما برای ساختن مدل محاسباتی اختصاصی بطن‌های قلب سه بیمار نمونه مبتلا به ایسکمی قلبی به کار گرفته شد. برای نشان دادن اهمیت مدل‌سازی اثرات دریچه‌ای، هر قلب در دو حالت با و بدون لحاظ اثر دریچه‌ها در رایانه ساخته شد. تنها تصاویر ام آر آی در حالت پایان دیاستولیک برای شبیه‌سازی منحنی فشار-حجم پایان دیاستولی مورد نیاز است و فشار بطنی از طریق اکوکاردیوگرافی تخمین زده می‌شود.

عضو هیأت علمی دانشکدگان فنی دانشگاه تهران در ادامه توضیحات خود درباره نمونه‌های مورد بررسی در این مطالعه گفت: سه بیمار مرد مبتلا به ایسکمی بطن چپ در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفتند. بیمار اول ۶۴ ساله با بطن چپ بزرگ و عملکرد سیستولیک متوسط، بیمار دوم ۶۶ ساله با بطن چپ به شدت بزرگ و عملکرد سیستولیک شدیداً کاهش یافته، و بیمار سوم ۵۷ ساله با بطن چپ نسبتاً بزرگ و عملکرد سیستولیک شدیداً کاهش یافته بودند، در حالی که هر سه بیمار دارای بطن راست با اندازه تقریباً طبیعی بودند.

پژوهشگر ارشد این پژوهش افزود: یافته‌های ما نشان داد که در نظر گرفتن اثرات سفتی دریچه در مدل‌سازی، معمولاً منجر به کاهش ضرایب هایپرالاستیک تخمین زده شده برای میوکارد سالم و ایسکمیک به همراه افزایش کرنش فیبری در میوکارد سالم می‌شود. با این حال، افزودن اثرات دریچه، تغییرات قابل توجهی در تنش فیبر ایجاد نکرد. نتیجه‌گیری ما این است که لحاظ اثر دریچه‌های قلبی در مدل‌سازی بطن‌ها می‌تواند در راستای دستیابی به نتایج دقیق‌تر کمک کند. این روش نوآورانه، مسیر توسعه دوقلوهای دیجیتال بطن‌های قلبی دچار ایسکمی را هموار کرده و ارزیابی‌های غیرتهاجمی برای طراحی و بهینه‌سازی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده در پزشکی دقیق ارائه می‌دهد. ایجاد چنین مدل‌هایی می‌تواند منجر به کاهش اشتباهات در تصمیم‌گیری‌های پزشکی و آزمایش راه‌های درمان به صورت مجازی در رایانه شود و از طرف دیگر نیاز به انجام آزمایشات حیوانی را تا حدی کاهش دهد. تا جایی که ما اطلاع داریم، این اولین مطالعه‌ای است که از بهینه‌سازی بیزی برای تعیین ضرایب پسیو بطن‌های ایسکمیک با استفاده از داده‌های تصاویر پزشکی، با در نظر گرفتن تأثیر دریچه‌های قلبی، بهره می‌برد.

نتایج این پژوهش که حاصل یک همکاری بین‌رشته‌ای و بین‌المللی است و با سرپرستی دکتر علیرضا دانش‌مهر و با همکاری مهندس سعید تربتی انجام شده است که از طریق پیوند قابل مشاهده است.