计算机模型使防护通风COVID-19和肺部疾病患者

机械通气的使用节省了——不仅是对患者COVID-19发展严重呼吸道问题。但与此同时,通风压力巨大的压力的肺组织;先前存在的肺损伤患者,使用呼吸器可以证明是致命的。计算肺模型开发的慕尼黑工业大学(TUM)可以用来降低机械通风和所造成的损害,可能显著提高患者生存率。

医生治疗病人急性呼吸道问题的有限范围的参数工作时确定机械的最佳方案通风压力限制,例如,氧气水平和气流。

肺是一个复杂的器官,但和压力需要保持的所有部分肺开放气流可以通过过度伸张的一些地区造成破坏组织。此外,医生需要最小化重复招聘和derecruitment部分肺机械通气期间,因为既可以刺激肺组织和引发炎症。

无形为有形

根据研究员沃尔夫冈•墙TUM计算力学教授”的真正关键的问题是,当我们使用机械通气治疗病人,到目前为止,没有任何方式来检测肺组织过度伸张。从主支气管肺部微小的结构,有20多水平的分支。目前,没有发生的事情在最小的测量方法,微程序级分支的肺在人工呼吸。”

尽管一些医学文献仍然不准确描述肺气囊(肺泡)类似的葡萄园和葡萄串,肺组织实际上更像海绵一样的一致性。通过使用这种fine-walled组织之间的交换空气和血液中发生。呼吸包含一个非常复杂的机械相互作用不同类型的组织,组织和上的液膜流动的空气。

几年来,中空的研究人员一直在努力开发更加复杂的模型来模拟肺组织和气流的行为。一起改善微机械测试的方法肺组织样品,他们的研究导致了计算肺模型的创建。

这个模型是一个计算机程序的基础,可以计算本地菌株将放置在肺的微程序级组织不同的呼吸机设置。有这些数据,医务人员和医生可以调整呼吸机设置相应提供防护通风。

使用人工智能解释数据

当前的临床标准指导机械通气治疗使用病人的体重来确定最优通风压力设置。然而,墙教授和他的团队开发的程序模型的实际基于数据显示肺肺CT扫描。它甚至认为个别地区的条件已经损坏的肺部疾病或以前的伤害。

通过测量压强和体积的改变,发生在一个吸入和呼出周期,数字肺模型计算个体病人的肺的力学特征。结果:病人的数字“双胞胎”模型的肺。它非常精确,可以准确地预测通风机设置将导致损害病人的肺部。

从实验室到hospital-testing这个模型在现实生活中的临床设置

平行于继续他的工作组的研究和临床合作伙伴一起,墙和三个前同事教授创立的公司Ebenbuild尽快把他们的临床实践研究。

实现这一目标的关键一步是自动化的生成肺模型使用人工智能(AI)。墙教授和他的团队已经利用计算能力AI开发了一个数字的工具,可以将病人的肺部和映射,甚至可以用于COVID-19感染的早期检测。

“超过80%的COVID-19死亡是急性肺衰竭的结果,”教授说。“和长期机械通风,我们最危重的病人的存活率下降到仅为50%,”他补充道。“我们的工作的目标是,在未来,在每个通风的网站,一个数字肺模型有助于优化通风病人的需求,以便我们可以显著增加生存的机会。”