| Авторы |
Михаил Николаевич Крамм, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры основ радиотехники, Национальный исследовательский университет (Россия, г. Москва, Красноказарменная ул., 14), E-mail: KrammMN @mail.ru
Оксана Евгеньевна Безбородова, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой техносферной безопасности, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: ot@pnzgu.ru
Олег Николаевич Бодин, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: iit@pnzgu.ru
Анатолий Вильевич Светлов, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры радиотехники и радиоэлектронных систем, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: rtech@pnzgu.ru
|
| Аннотация |
Актуальность и цели. Проблема борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями среди населения приобретает общегосударственное значение в силу роста заболеваемости, высокого уровня инвалидности и смертности от сердечно-сосудистых заболеваний, пожизненного, дорогого медикаментозного лечения и диктует необходимость уделять все большее внимание ранней профилактике этих заболеваний. Одним из направлений профилактики и диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, которое стало возможным благодаря техническому прогрессу, является математическое моделирование электрической активности сердца. Концепция цифрового двойника сердца основана на математическом моделировании электрической активности сердца со всеми параметрами и функциональностью с использованием цифровых технологий. Целью работы является разработка цифрового двойника сердца на основе эквивалентных электрических генераторов сердца поверхностного и дипольного типов с визуализацией в течение кардиоцикла состояния его электрической активности на поверхности эпикарда для диагностики нарушений процессов проводимости и вектора дипольного момента для диагностики ишемии миокарда. Указанное сочетание функциональных возможностей является отличительной особенностью разработанного цифрового двойника сердца на основе эквивалентных электрических генераторов сердца поверхностного и дипольного типов. При этом текстурирование цифрового двойника сердца позволяет визуализировать выявленное в результате диагностики повреждение миокарда.
Материалы и методы. В исследовании используются методы математического моделирования, интеллектуальные методы обработки и компьютерной визуализации результатов моделирования.
Результаты и выводы. Предложенное авторами представление цифрового двойника сердца позволяет визуализировать электрическую активность сердца на поверхности эпикарда, что приближает (при наличии диагностической информации) возможности функциональной диагностики к возможностям компьютерной томографии.
|
| Список литературы |
1. Hodgkin A. L., Huxley A. F. A quantative description of membrane current and its application conduction and excitation in nerve // J. Physiol. 1952. Vol. 117. P. 500–544.
2. Noble D. A modification of the Hodgkin – Huxley equations applicable to Purkinje fibre action and pace – maker potentials // J. Physiol. 1962. Vol. 160. P. 317–352.
3. Гродинз Ф. Теория регулирования и биологические системы. М. : Мир, 1966. 254 с.
4. Лищук В. А. Математическая теория кровообращения. М. : Медицина, 1991. 265 с.
5. Uhlemann T. H.-J., Steinhilper C. L. R., Steinhilper R. The Digital Twin: Realizing the Cyber-Physical Production System for Industry 4 // Procedia CIRP. 2017. Vol. 61. Part of special issue: The 24th CIRP Conference on Life Cycle Engineering. P. 335–340. doi: 10.1016/j.procir.2016.11.152
6. Uhlemann T. H.-J., Schock C., Lehmann C. [et al.]. The Digital Twin: Demonstrating the Potential of Real Time Data Acquisition in Production Systems // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 9. P. 113–120. doi: 10.1016/j. promfg.2017.04.043
7. Boschert S., Rosen R. Digital Twin – The Simulation Aspect / ed. by P. Hehenberger, D. Bradley // Mechatronic Futures. 2016. P. 59–74. doi: 10.1007/978-3-319-32156-1_5
8. Мадалиев А., Иванов В. М. Аддитивные технологии и цифровые двойники: из промышленности в медицину // Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения. 2019. Т. 14, № 1. С. 229–234.
9. Еськов В. М., Филатова О. Е., Хадарцев А. А., Хадарцева К. А. Пять принципов функционирования сложных систем, систем третьего типа // Вестник новых медицинских технологий. 2015. № 1. Публикация 1-2. doi: 10.12737/10410. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2015-1/5123.pdf
10. Еськов В. М., Еськов В. В., Гавриленко Т. В., Вохмина Ю. В. Кинематика биосистем как эволюция: стационарные режимы и скорость движения сложных систем – complexity // Вестник Московского университета. Сер. 3, Физика. Астрономия. 2015. № 2. С. 62–73.
11. Еськов В. М., Филатова О. Е., Еськов В. В., Гавриленко Т. В. Эволюция понятия гомеоcтаза: детеpминизм, cтоxаcтика, xаоc-cамооpганизация // Биофизика. 2017. Т. 62, вып. 5. С. 984–997.
12. Орлов В. Н. Руководство по электрокардиографии. М. : Медицина, 1984. 528 с.
13. Патент № 2360597 Российская Федерация, A61B 5/0402 (2006.01). Способ определения электрической активности сердца / Бодин О. Н., Гладкова Е. А., Кузьмин А. В., Митрохина Н. Ю., Мулюкина Л. А. № 2007111788/14 : заявл. 02.04.2007 : опубл. 10.07.2009. 33 с.
14. Баум О. В., Попов Л. А., Волошин В. И. [и др.]. QT-дисперсия: модели и измерения // Вестник аритмологии. 2000. № 20. С. 6–17.
15. Патент № 2651068 Российская Федерация, A61B 5/0402 (2006.01), G06N 7/06 (2006.01). Способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца / Бодин О. Н., Бодин А. Ю., Жихарева Г. В., Крамм М. Н., Палютина Ю. А., Стрелков Н. О., Черников А. И. № 2017123613 : заявл. 05.07.2017 : опубл. 18.04.2018. 40 с.
16. Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL : пер. с англ. 2-е изд. М. : Вильямс, 2001. 592 с.
17. Гайдуков С. А. OpenGL. Профессиональное программирование трехмерной графики на С++. СПб. : БХВ-Петербург, 2004. 736 с.
18. Патент № 2295772 Российская Федерация. Способ генерирования текстуры в реальном масштабе времени и устройство для его реализации / Бодин О. Н. [и др.]. 26.09.2005.
19. Авторское свидетельство СССР № 1354243. Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора / Бодин О. Н., Ломтев Е. А., Майоров Б. Г. 11.01.1985. МКИ4 G09G1/28.
|
