Главной особенностью SIMULIA Abaqus является использование модулей, которые содержат определенный набор действий, близкий по значению и необходимый для построения программой модели конечных элементов и проведения операций с ней.
Именно в программное обеспечение SIMULIA Abaqus был внедрен Расширенный Метод Конечных Элементов (XFEM), что дает возможность произвести реалистичное 3D-моделирование роста трещин по произвольным путям, не зависящим от границ элементов.
Моделирование сердца продвигается к будущему персонализированной медицины
По данным Американской кардиологической ассоциации, только в Соединенных Штатах от сердечно-сосудистых заболеваний ежегодно умирает более 850 000 человек. Однако в ближайшем будущем это число может значительно сократиться благодаря технологическим достижениям, которые позволяют создавать сложные персонализированные модели отдельных сердец путем объединения специалистов по сердечно-сосудистым заболеваниям с помощью 3D-моделирования и симуляции.
Область точной медицины, которая использует научные методы для адаптации лечения к конкретным пациентам, быстро растет. Он имеет большие перспективы для снижения смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и улучшения качества жизни, хотя точная роль точной медицины в моделировании человеческого сердца еще полностью не изучена.
Электрофизиология — здоровое сердце. Трансмембранный потенциал через левый и правый желудочки. В физиологических условиях сеть Пуркинье одновременно возбуждает левый и правый желудочки и вызывает синхронное сокращение желудочков. При патологических состояниях блокады правой ножки пучка Гиса левый желудочек возбуждается раньше правого и вызывает асинхронное сокращение. Электрокардиограмма подчеркивает различия между физиологическим и патологическим характером возбуждения.В статье под названием « Точная медицина в моделировании человеческого сердца » группа ученых исследует проблемы и возможности, связанные с персонализированным моделированием сердца. В исследовании всесторонне рассматривается история моделей человеческого сердца за последние три десятилетия и обсуждаются собственные симуляции сердца исследователей, многие из которых используют модель живого сердца в качестве отправной точки.
В одном примере исследователи из Dassault Systèmes SIMULIA, Стэнфордского университета, Папского католического университета Чили, Калифорнийского университета, Университета Дьюка и Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США реконструировали сеть Пуркинье , которая состоит из специализированных быстропроводящих клеток, расположенных в субэндокарде под внутренней оболочкой сердца. Правильно функционирующая сеть Пуркинье имеет решающее значение для создания синхронизированных сокращений между правым и левым желудочками. Сеть также является основным компонентом сердечного возбуждения.
Обратите внимание: Теперь сканирование мозга станет решающим фактором при приёме на работу.
Чтобы лучше понять аритмии и их лечение, необходимо эффективно моделировать сердечное возбуждение.Используя модель живого сердца в качестве базовой геометрии, исследователи создали сеть Пуркинье для быстрого сердечного возбуждения. Они использовали Abaqus/Standard для имитации работы сердца в течение нескольких сердечных циклов и запускали возбуждение, применяя внешний стимул к сети Пуркинье в месте расположения атриовентрикулярного узла.
Затем они обработали результаты моделирования, чтобы создать виртуальную эхокардиограмму, поместив электроды в правую, левую руку и левую ногу. Исследователи также сравнили паттерны активации здоровых и больных людей.
Другой аспект исследования касается влияния некоторых лекарств на электрофизиологию сердца. Побочные эффекты некоторых лекарств могут вызывать сердечные аритмии. Оценка риска аритмии необходима, чтобы избежать появления на рынке потенциально опасных лекарств, но высокая стоимость и длительное время, необходимые для тестирования новых соединений, препятствуют разработке новых лекарств. Однако в последнее время для количественной оценки влияния лекарств на электрофизиологию сердца стали использовать высокоточные вычислительные модели.
В этой части исследования исследователи рассчитали электрическую активность сердца при различных фармакологических условиях, приняв монодоменную модель и смоделировав возбуждение по всей геометрии желудочка модели живого сердца. В начале моделирования они возбуждали сеть Пуркние в месте расположения атриовентрикулярного узла и использовали автоматизм клеток Пуркинье для запуска последовательности активации сердца в течение пяти секунд.
Затем исследователи изучили полученную последовательность активации для трех условий: без лекарств, с препаратом ранолазин и с препаратом хинидин. Они моделировали действие каждого препарата на клеточном уровне, избирательно блокируя определенные ионные токи. Это моделирование предсказало слегка измененные паттерны активации с удлинением интервала QT при приеме ранолазина и спонтанное развитие потенциально смертельной аритмии при приеме хинидина.
Это только два примера использования исследователями моделирования для создания персонализированных моделей сердца. По мнению исследователей, с быстрым развитием машинного обучения, моделирования на основе данных и моделирования на основе физики вполне вероятно, что наука сможет моделировать сердце каждого человека в следующем десятилетии. Эти симуляции могут быть полезны в ряде областей, включая разработку медицинских устройств, принятие клинических решений и индивидуальное планирование лечения.
#abaqus #simulia #cae #наука #наука и образование #наука и медицина
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Simulia Abaqus - Моделирование сердца продвигается к будущему персонализированной медицины.