Simularea cardiaca extracutanata

8/9/2019 Simularea cardiaca extracutanata

1/13

FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALA

Lucrare de laborator nr. 2

Simularea cardiaca extracutanataModelarea Proceselor Biomedicale

Realizat de: Andreea Craciun

Lucia Vasile

10/27/2014

Numarul: 6


2/13

1. Introducere

1.1. Stimularea electrica

1.2. Defibrilarea

2. Scopul lucrarii

3. Modelul experimental

4. Analiza rezultatelor

5. Concluzii

6. Bibliografie


3/13

1. Notiuni de

1.1.

timularea electricaa tesuturilor se foloseste in unele cazuri pentru diagnosticarea,

tratamentul sau protezarea unor functii sau organe. In acest referat se vor discuta

despre criterii de optimizare prin modelare fizica, matematica si numerica. In general

pentru stimulare se folosesc electrozi implantati in tesut sau electrozi de suprafata, care vin

in contact cu tesutul stimulat. Spre deosebire de electrozii de culegere, valorii curentilor la

interfata electrod de stimulare-tesut sunt mult mai mari si fenomenele de polarizare sunt

mult accentuate. Aplicatiile electroterapiei se aplica la diferente frecvente: in curent

continuu, la frecvente joase si medii si respectiv la frecvente inalte.

1.2.

efribilarea, o posibila aplicatie, se realizeaza prin aplicarea unui impuls de inalte

tensiune miocardului, pentru un timp foarte scurt, reprezentand o tehnica de

restabilire a ritmului cardiac normal a inimii in fibrilatie. Pentru defibrilatie se

utilizeaza curentul furnizat de descarcarea unui condensator si doi electrozi aplicati pe

toracele pacientului.

Stimularea cardiaca se aplica si atunci cand este necesara corectarea numai a unor aritmii.

In acest caz, socul electric care se aplica este sincronizat in raport cu unda R din semnalulECG prelevat in acest scop. Aceasta tehnica de stimulare se numestecardioversie.

2. Scopul lucrarii

ucrarea prezinta modelul fizic, matematic si numeric bidimensional bazat pe metoda

elementului finit, in scopul studiului stimularii electrice cardiace extracutanate. Se

doreste optimizarea pozitiei electrozitor pentru asigurarea pragului de excitatie

necesar succesului defibrilarii.

Unul dintre obiectivele lucrarii noastre o reprezinta verificarea rezultatelor numerice si

experimentale raportate in literatura de specialitate cu referire la pozitia optima a

electrozilor.

S

D

L


4/13

3. Modelul experimental

e utilizeaza pentru aproximari numerice un sistem bidimensional a sectiunii

transversal toracale datorita calculului distributiei de current ce este asemanator ca

in cazul unui model 3D. Sistemul fizic a fost dat sub forma de fisier predefinit.

Modelul fizicpresupune implementarea a trei pasi:

a) Aplicarea teoremei fundamentale a campurilor de vectori

rot E=

=0 => E=-grad V (legea inductiei campului electromagnetic)

div J=

=0 (legea conservarii sarcinii electrice)

b) Conditii la limita V=0

c) Conditii initiale (in acest caz nu avem conditii initiale)

J=E

Modelul matematic reprezinta obtinerea unei relatii de calcul pe baza modelului fizic.

div(grad V)=0=>V=0

La nivelul electrozilor echipotentialele sunt mai dese.

Succesul proceduriiconsta in urmarirea unui numar de parametri:

cat din curent se inchide prin miocard procentajul de curent ce trece prin miocard reprezinta un criteriu de optimizare

cat din aceasta densitate este peste pragul de defibrilare

Factorii de reglare sunt pozitia electrozilor si tensiunile. Raportul intre densitatea de

curent mediu prin miocard si restul toracelui. Se lasa un singur grad de libertate pentru a

observa mai usor influenta variabilelor.

Am importat modelul fizic predefinit Model_torace. (Comsol Multiphysics ->

Electromagnetic -> Conductive Media DC -> File -> Import -> Import Data from CAD).

Lucrarea presupune utilizarea a doi electrozi situati initial astfel: unu in dreptul apexuluicardiac si unul superior sub scapula dreapta.

Se cauta alte pozitii optime pentru obtinerea unui prag de stimulare peste pragul cardiac.

Pentru a lucra mai bine cu modelul l-am impartit in mai multe subdomenii (Split object).

Apoi am introdus valorile constantelor pentru diferitele medii: muschi, oase (coaste si

coloana), fluid interstitial, torace, cord, sange si esofag. Se seteaza apoi zona 18 (superior

S


5/13

sub scapula dreapta) ca fiind incarcata electric datorita contactului cu electrodul (fig. 1) si

zona 111 ca fiind legata la masa, in contact cu electrodul 2 (fig. 2). S-a creat o diferenta de

potential. Zona 18este incarcarta initial cu 0,1V iar apoi cu 0,6V.

Figura 1: Setarea valorii potentialului

electric a primului electrod

Figura 2: Setarea potentialului electric a

celui de-al doilea electrod

Se creaza apoi grupe pentru conductivitati constante cu denumirile de mai sus (muschi,

oase, fluid interstitial, torace, cord, sange si esofag) precum in exemplul din figura 3.

Figura 3: Gruparea zonelor cu conductivitati egale


6/13

Dupa verificarea tuturor datelor se genereaza mesh-ul si se obtin 2887 elemente.

Se rezolva problema si se vizualizeaza

potentialul electric pe Contour si

densitatea totala de currentpe Streamline

si Arrow realizand setarile in Plot

parametersprecum in figura 5.

Se observa directia liniilor de camp de la

pozitiv (sus) la negativ(jos).

Se mareste mesh-ul prin rafinare si se obtin 11948 elemente si se masoara intensitatea

curentului in zona 18 si 111 de fiecare data, calculand si valoarea medie.

Nr. elemente IIN[A/m] IOUT[A/m] IMEDIU[A/m]

2987 -0.002567 0.002797 0.002682

11498 -0.002759 0.002972 0.002866

47792 -0.0029 0.003058 0.002979

72690 -0.003187 0.003226 0.003207

Tabel nr. 1

Am verificat apoi densitatea de current in cord (zona 18 de suprafata) folosind

Subdomain integration -> Cord (18) -> Total current density, normsi se obtine

valoarea =7,444908e-5 [A].

Figur 4: Modelul bidimensional al sectiunii

toracale divizat in 2887 elemente

Figura 5: Realizarea setarilor de plotare


7/13

Am parcurs apoi conturul toracelui pentru a observa zona optima de plasare a electrozilor,

adica zona in care densitatea totala de current sa fie maxima in cord.

Figur 6: Potentialul electric si

densitatea totala de curent in cazul

situarii electrozilor in pozitia 1





densitatea totala de curent in cazulsituarii electrozilor in pozitia 3










8/13


















9/13

In Tabelul nr. 2 am cules diferite date precum:

Icord- Densitatea de crent pe cord

Imasa - Potentialul in electrodul nr 2 care ramane fix in zona 111

Iplus - Potentialul in electrodul nr 1

Imediu - Valoarea medie Jmiocard- Densitatea de curent in miocard [A/m2]

Jtorace-Densitatea de curent in torace (fara miocard, fluid interstitial si sange) [A/m2]

R - Indice de calitate care are formula R=

. Este de preferat ca R sa fie cat mai mare

pentru a avea o densitate favorabila de electricitate prin cord.

Rtorace - Indice de calitate ce se calculeaza dupa formula Rtorace=

.

OBS!In rezolvarea problemei am folosit urmatoarele arii:

o

Arie torace (fara miocard, fluid interstitial si sange): 0.068227 m2

o Arie miocard: 0.005373 m2

Tabel nr. 2

Pozitie Electrod 1 (Zona 18) 2 (Zona 16) 3 (Zona 15) 4 (Zona 17) 5 (Zona 21)

Icord [A] 0.0005211435 0.0006089138 0.0005371503 0.0005466138 0.0007067428

Imasa [A/m] 0.0195790000 0.0227750000 0.0199810000 0.0200600000 0.0256640000

Iplus [A/m] -0.0179710000 -0.0211090000 -0.0170540000 -0.0157080000 -0.0262810000

Imediu [A/m] 0.0187750000 0.0219420000 0.0185175000 0.0178840000 0.0259725000

R [-] 1.5356226845 1.5646339275 1.5700213662 1.6618422987 1.8437903000

Rtorace [*m] 37.2836218375 31.9022878498 37.8020791144 39.1411317379 26.9515834055

Jm [A/m2] 0.096993 0.113328 0.099935 0.101733 0.131536

Jt [A/m2] 0.063162 0.072431 0.063652 0.061217 0.07134

Pozitie

Electrod6 (Zona 30+38) 7 (Zona 42) 8 (Zona 49) 9 (Zona 52) 10 (Zona 58)

Icord [A] 0.0005704567 0.0006670293 0.0005825265 0.0005610689 0.0005035719


10/13

Imasa [A/m] 0.0204240000 0.0233400000 0.0202810000 0.0197990000 0.0195970000

Iplus [A/m] -0.0176750000 0.0000000000 -0.0160630000 -0.0182510000 -0.0168750000

Imediu [A/m] 0.0190495000 0.0218320000 0.0181720000 0.0190250000 0.0182360000

R [-] 1.9922876283 2.4081042810 2.5733308015 2.6264902661 2.7975344756

Rtorace [*m] 36.7463712958 32.0630267497 38.5208012327 36.7936925099 38.3856108796

Jm [A/m2] 0.106171 0.124145 0.108417 0.104424 0.093723

Jt [A/m2] 0.053291 0.051553 0.042131 0.039758 0.033502

Pozitie

Electrod

11 (Zona

144+146) 12 (Zona 149)

13 (Zona 150)

14 (Zona 151) 15 (Zona 135)

Icord [A] 0.0002296579 0.0005056320 0.0005331834 0.0006166595 0.0006390519

Imasa [A/m] 0.0200930000 0.0337160000 0.0307660000 0.0326250000 0.0317300000

Iplus [A/m] -0.0181370000 -0.0193280000 -0.0150670000 -0.0193260000 -0.0164440000

Imediu [A/m] 0.0191150000 0.0265220000 0.0229165000 0.0259755000 0.0240870000

R [-] 1.1348502549 1.3332653780 1.3350647110 1.3474579249 1.4671111720

Rtorace [*m] 36.6204551399 26.3931830179 30.5456766958 26.9484706743 29.0613193839

Jm [A/m2] 0.042743 0.071939 0.077367 0.0767 0.096376

Jt [A/m2] 0.037664 0.053957 0.05795 0.056922 0.065691

16 (Zona 119) 17 (Zona 92) 18 (Zona 64) 19 (Zona 50) 20 (Zona 45) 21 (Zona 32)

0.0007605197 0.0007605197 0.0007935304 0.0006492817 0.0005966487 0.0004565041

0.0317300000 0.0353870000 0.0349020000 0.0245750000 0.0225220000 0.0172230000

-0.0164400000 -0.0229120000 -0.0217560000 -0.0221040000 -0.0208650000 -0.0153660000

0.0240850000 0.0291495000 0.0283290000 0.0233395000 0.0216935000 0.0162945000

1.6565954805 1.8710792930 2.0033992449 1.9193151316 1.7923943571 1.5879450519


11/13

29.0637326137 24.0141340332 24.7096614776 29.9920735234 32.2677299652 42.9592807389

0.098748 0.13094 0.138501 0.120842 0.111046 0.084963

0.059609 0.069981 0.069133 0.062961 0.061954 0.053505

4. Analiza rezultatelor

raficul din figura 18 arata ca pozitiile optime de amplasarea a electrozilor in realizarea

stimulului cardiac sunt 9 si 17.

Anatomic vorbind, acestea sunt situate dupa cum urmeaza:

In pozitia 9 cele doua padele sunt situate amblele frontal la nivelul cordului

In pozitia 17 cele doua padele sunt situate una anterior si una posterioara. Cea

anterioara se situeaza pe axa orixontala a cordului iar cea posterioara putin mai sus.

Figur 18: Indice de calitate functie de pozitie

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 5 10 15 20 25

R

R

G


12/13

Figur 19: Rezistenta toracala

5. Concluzii

n urma acestor analize numerice se confirma

supozitiile initiale: exista doua pozitii optime in

care densitatea de curent este maxima, ideal

pentru procedeul de stimulare cardiac

extracutanata. S-a comparat pentru obtinerea

acestui indice de calitate densitatea de curent din

cord cu densitatea de curent din restul toracelui.

Cele mai favorabile rapoarte s-au obtinut in

pozitiile standard: ambele padele situare anterior

sau una anterior si una posterior. In practica se

foloseste cel mai des pozitia nr. 9 datorita comoditatii in utilizare. In cazul in care pacientul este

inconstient amplasarea padelelor in pozitia 17 ar dura prea mult si este cunoscut faptul ca

organismal uman sufera traume daca inima nu functioneaza . In graficul 18 chiar este sugerata

poitia 9 ca fiind mai eficienta decat pozitia 17.

Rezistenta toracala (Rtorace) reprezinta rezistenta toracelui pacientului la aplicarea unei diferente

de potential de Vplus (in cazul de fata 0.7) V. Am obtinut o valoare maxima de 38.3856108796

in plan bidimensional. Avand in vedere ca Rezistenta=

putem spune ca pozitia 9

este mai favorabila decat 17.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25

Rtorace

Rtorace

I


13/13

6.

Electronica medicala - Rustem Popa, MATRIX

ROM Bucuresti, 2006

Aparate electronice medicale - T.D. Gligor, A.

Pelicec, O.Bartos, V. Goian, editura Dacia Cluj-

Napoca, 1988

Laborator MPB, nr. 2

Date post:	01-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	craciun-andreea
View:	265 times
Download:	0 times

Simularea cardiaca extracutanata

Documents