Multi-Compartment Modeller
Multi-compartment modeller er neste skritt mot mer realistisk modellering av respiratoriske biomekanikk. De omfatter alle tilnærminger som er preget av flere reduserte dimensjonale komponenter for både lungens ledende og respiratoriske sone og markerer overgangen fra rene fenomenologiske tilnærminger til fysisk motiverte modeller i respiratorisk biomekanikk. Generelt er multi-compartment modeller motivert av ideen om at en redusert dimensjonal beskrivelse er den mest effektive måten å beskrive respiratorisk biomekanikk på organnivå og bevisstheten om at mangelen på regional informasjon må overvinnes for å tillate presise konklusjoner i en klinisk setting.
rene fenomenologiske multikammermodeller kjennetegnes av en parallell ordning av enkeltkammermodeller med distribuerte parameterverdier for ekvivalent motstand og samsvar utvidet av modeller som styrer rekrutterings – / derecruitmentdynamikk. De samme forutsetningene holder som for enkeltromsmodeller, bortsett fra antagelsen om at oppførselen er gjennomsnittlig over hele organet (se avsnittet» Enkeltromsmodeller»). Nødvendige modellparametere er fortsatt identifisert via tilpasning til pasientmålinger.
Fysisk motiverte multi-compartment modeller på den annen side er bygget på den underliggende fysikk. Spesifikke forutsetninger er gjort for å muliggjøre den reduserte dimensjonale beskrivelsen av både ledende og respiratorisk sone. De endimensjonale, nulldimensjonale eller impedansbaserte representasjonene av enkle luftveissegmenter i den ledende sonen (se «Reduserte Modeller av Den Ledende Sonen» – delen) kombineres deretter til en morfologisk realistisk trestruktur ved hjelp av enten data fra lungekast eller tre-voksende algoritmer som genererer et romfyllende luftveitre i en pasientspesifikk bildebasert lungeskroggeometri. I tillegg kan hvert luftveissegment utstyres med en representasjon av rekrutterings – / derecruitmentdynamikk basert på en ekstra variabel som beskriver åpningstilstanden og dens progresjon. Åndedrettssonen ved enden av luftveiene eller i parallelle arrangementer av enkeltkammermodeller kan også enten passe til rene fenomenologiske ligninger av lungevev ved hjelp av for eksempel de tidligere nevnte eksponentielle samsvarsligningene, eller være avledet fra fysisk motiverte beskrivelser av lungevev for eksempel basert på alveolære kanalmodeller(se» Reduserte Modeller Av Luftveiene » – delen). En viktig nylig utvidelse knyttet til ledende sone i flerkammer modeller er hensynet til samspillet mellom enkelt nabo rom, også kjent som lunge gjensidig avhengighet, legge realistisk stabilitet til enkelt oppblåsing / deflating luftrom.I Hovedsak er Alle flerkammermodeller et funksjonelt forhold mellom trykk og strømning i ledende og respiratorisk sone og tillater en romlig oppløsning av beregnede mengder i forskjellige regioner i lungen. Med mulighet til å respektere romlig distribuerte materialegenskaper og regionalt varierende terskel gjenåpningstrykk samt gravitasjonseffekter, tillater de en mer realistisk undersøkelse av lungefunksjonen. Enkle parallelle ordninger av enkeltromsmodeller er fortsatt fenomenologiske representasjoner av lungemekanikk som må passe til målinger og dermed er enkle å tilpasse til en bestemt pasient. For en tilfredsstillende passform er kvaliteten på de tilgjengelige målingene avgjørende. Den prediktive karakteren til disse modellene lider av det faktum at det ikke forstås hva som skjer i scenarier utover de der tilpasningsdata er tilgjengelige. Konklusjoner om høyere trykk enn de målte er da bare en mer sofistikert matematisk ekstrapolering uten dypere kunnskap om potensielle kritiske punkter i systemadferd og dermed farlig for prediksjon i en klinisk anvendelse.Fysisk baserte flerromsmodeller gir en dypere innsikt i luftstrømmen gjennom et nettverk av samsvarende luftveissegmenter og oppblåsing av (visko-)elastisk lungevev. I disse modellene er beskrivelsene av lednings-og respirasjonssonen avledet fra fysisk lyd luftstrømdynamikk og vevsmekanikk og utvidet av alle evner som er nødvendige for å beskrive lungens oppførsel. De kan inkludere gjensidig avhengighet samt dynamikken i rekruttering / derecruitment. Verifikasjon mot kontinuum mekaniske representasjoner av ledende sone viser at resultatene fra de reduserte dimensjonale modellene er i god avtale og til og med i stand til å ta tilstrekkelig hensyn til turbulenseffekter. Likevel er de reduserte dimensjonale modellene raske i beregningen og leverer trykk-og strømningsdata som er enkle å tolke i en klinisk setting. Disse modellene tillater en nærmere titt på den svarte boksen av lungemodellering og er dermed kraftigere enn rene tilpasningsmetoder når det gjelder å forutsi kritiske eller ekstremt fordelaktige tilstander av lungefunksjon. De krever bare få data for pasientspesifikk kalibrering, noe som betyr at de kan levere pålitelige data i hele det fysiologiske trykkområdet i respirasjon. Videre er det mulig å integrere pasientspesifikk informasjon fra medisinsk bildebehandling i form av lungekonturene som tjener som en begrensning av det kunstig dyrkede luftveitreet.
Så langt har flere spørsmål i respiratorisk biomekanikk blitt undersøkt ved hjelp av multi-compartment modeller. Viktigst, gjenåpning dynamikken i kollapset lunge regioner i akutt respiratorisk distress syndrom har blitt vurdert som en funksjon av gjenåpning trykk og tid på manøveren. I denne sammenheng kan optimale øyeblikk, trykk og varighet av dype inflasjoner under mekanisk ventilasjon bestemmes. Videre har det vært mulig å forutsi strømningsbegrensninger i et sunt luftveis tre, samt effekten av heterogen bronkokonstriksjon og regional vevs heterogenitet på regional ventilasjon i syke lunger. Dessuten kan forplantningen av en væskeplugg i et komplekst nettverk av reduserte dimensjonale luftveier studeres, og den tilhørende frekvensavhengigheten av å gjennomføre luftveis-og lungevevsadferd kan bestemmes. De nevnte undersøkelsene omhandler de grunnleggende begrepene syklisk lukking / gjenåpning og overtrening under mekanisk ventilasjon av kritisk syke pasienter. Multi-compartment-modellene har med hell gjort det mulig å identifisere minimalt skadelige ventilasjonsmoduser i denne sammenheng.