コンパートメントモデル

マルチコンパートメントモデル

マルチコンパートメントモデルは、呼吸器バイオメカニクスのより現実的なモデリングに向けた次のステップです。 それらは肺の行なうことおよび呼吸の地帯のための多数の減らされた次元の部品によって特徴付けられ、呼吸の生物力学の物理的に独創力のあるモデルの方の純粋な現象論的なアプローチからの転移を示すすべてのアプローチを含んでいる。 一般に、マルチコンパートメントモデルは、臓器レベルで呼吸バイオメカニクスを記述するための最も効率的な方法であるという考えと、臨床環境で正確な結論を得るためには地域情報の欠如を克服しなければならないという認識によって動機づけられている。

純粋な現象論的なマルチコンパートメントモデルは、募集/デレクトリメントダイナミクスを支配するモデルによって拡張された等価抵抗とコ 行動が器官全体にわたって平均化されるという仮定を除いて、単一区画モデルと同じ仮定が成り立つ（”単一区画モデル”のセクションを参照）。 必須のモデル変数はまだ忍耐強い測定への一致によって識別される。

一方、物理的に動機づけられたマルチコンパートメントモデルは、基礎となる物理学に基づいて構築されています。 具体的な仮定は、導電性および呼吸ゾーンの両方の縮小次元記述を可能にするために行われる。 導電性ゾーンの単一気道セグメントの一次元、ゼロ次元、またはインピーダンスベースの表現（”導電性ゾーンの縮小モデル”のセクションを参照）は、肺キャストか、患者固有のイメージングベースの肺外皮ジオメトリ内に空間充填気道ツリーを生成するツリー成長アルゴリズムのいずれかからのデータを使用して、形態学的に現実的なツリー構造に結合されます。 さらに、各気道セグメントには、開口状態およびその進行を記述する追加の変数に基づいて、募集/中止ダイナミクスの表現を装備することができる。 気道樹の末端にある呼吸ゾーンまたは単一コンパートメントモデルの並列配置は、例えば前述の指数コンプライアンス方程式を用いて肺組織の純粋な現象論的方程式に適合するか、または肺胞ダクトモデルに基づいて肺組織の物理的に動機づけられた記述から導出することができる（”呼吸ゾーンの縮小モデル”のセクションを参照）。 マルチコンパートメントモデルにおける導電ゾーンに関連する重要な最近の拡張は、単一の膨張/収縮空気空間に現実的な安定性を追加し、また、肺の相互依存

基本的に、すべてのマルチコンパートメントモデルは、導電性および呼吸ゾーンにおける圧力と流れとの間の機能的関係であり、肺の異なる領域におけ 空間的に分散された材料特性と地域的に変化するしきい値再開圧力、ならびに重力効果を尊重する可能性を備えて、それらは肺機能のより現実的な検査を可能にする。 単一コンパートメントモデルの簡単な平行整理はまだ測定に合わなければならないし、こうして特定の患者に合わせ易い肺機械工の現象論的な表 満足のいく適合を得るためには、利用可能な測定値の品質が決定的に重要です。 これらのモデルの予測特性は、適合データが利用可能なシナリオを超えたシナリオで何が起こるかが理解されていないという事実に苦しんでいます。 測定されたものよりも高い圧力に関する結論は、システム挙動の潜在的な臨界点についてのより深い知識なしに、より洗練された数学的外挿に過ぎず、臨床応用における予測にとって危険である。

物理的にベースのマルチコンパートメントモデルは、準拠した気道セグメントのネットワーク全体の気流と（粘）弾性肺組織の膨張に深い洞察を可能にし これらのモデルでは、伝導性および呼吸の地帯の記述は物理的に健全な気流の原動力およびティッシュの機械工から得られ、肺の行動を記述して必 彼らは相互依存だけでなく、募集/derecruitmentのダイナミクスを含めることができます。 伝導帯の連続体の機械的表現に対する検証は，還元次元モデルからの結果は良く一致し，乱流効果を十分に考慮することができることを示した。 しかし、縮小次元モデルは計算が高速であり、臨床現場で解釈が容易な圧力データと流量データを提供します。 これらのモデルは、肺モデリングのブラックボックスに近い外観を可能にし、したがって、肺機能の重要なまたは非常に有益な状態を予測する点で、純粋なフィッティングアプローチよりも強力です。 それらは患者特定の口径測定に少数のデータだけ要求する、従って呼吸の全体の生理学的な圧力範囲の信頼できるデータを提供してもいいことを意味 さらに、人工的に栽培された気道樹の制限として役立つ肺輪郭の形で医用画像からの患者固有の情報を統合することが可能である。

これまでのところ、呼吸生体力学におけるいくつかの質問は、マルチコンパートメントモデルを使用して成功裏に調査されています。 最も重要なのは、急性呼吸窮迫症候群における崩壊した肺領域の再開ダイナミクスは、再開圧力と操縦の時間の関数として評価されています。 これに関連して、機械的換気中の最適な瞬間、圧力および深い膨張の持続時間を決定することができる。 さらに、健康な気道ツリーの流れの制限だけでなく、罹患した肺の局所換気に対する不均一な気管支収縮および局所組織の不均一性の影響を予測する さらに，縮小次元気道の複雑なネットワークにおける液体プラグの伝播を研究し，気道および肺組織の挙動を伝導することの関連する周波数依存性を決定することができた。 前述の調査は批判的に病気の患者の機械換気の間に循環閉鎖/再開およびoverstrainingの基本的な概念に演説する。 複数のコンパートメントモデルは首尾よく換気の最小限に有害なモードの同一証明をこの文脈で可能にした。