Aktualności

Misja i Władze

Akty prawne

Historia

Dla mediów

Struktura Instytutu

Studia doktoranckie

Przewody doktorskie

Postępowania habilitacyjne

Profesury

Biblioteka

Oferta Instytutu

Użyteczne linki

BIP

Pracownicy

Zakład I

Zakład II

Zakład III

Zakład IV

Zakład V

CNS Lab

Tematy statutowe

Projekty

MCB

Współpraca

Publikacje

Nagrody i wyróżnienia

Wydawnictwa

Galeria

Pomoc

Pracownia Modelowania Układu Krążeniowo - Oddechowego
  • Main-Slider-PL-04
  • Main-Slider-PL-11
  • Main-Slider-PL-19
  • Main-Slider-PL-03
  • Main-Slider-PL-06
  • Main-Slider-PL-12
  • Main-Slider-PL-16
  • Main-Slider-PL-07
  • Main-Slider-PL-09
  • Main-Slider-PL-14
  • Main-Slider-PL-10
  • Main-Slider-PL-13
  • Main-Slider-PL-05
  • Main-Slider-PL-20
  • Main-Slider-PL-01
  • Main-Slider-PL-15
  • Main-Slider-PL-17
  • Main-Slider-PL-02
  • Main-Slider-PL-08
  • Main-Slider-PL-18
home 001 24px mail 001 24 bip text   

Pracownia Modelowania Układu Krążeniowo - OddechowegoDr hab. inż. prof. nadzw. Tomasz Gólczewski - Kierownik Pracowni
Dr inż. Marcin Michnikowski
Dr n. med. Dariusz Wojciechowski [0.5 etatu]
Lek. med. Piotr Sionek [0.5 etatu]
Mgr inż. Anna Stecka
Dr inż. Krzysztof Zieliński [‘gościnnie’ – 0.2 etatu]





 

MUKO1Idea badania układu krążeniowo-oddechowego za pomocą modelowania w Instytucie Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN (współpraca pracowni z grupą prof. Marka Darowskiego z Zakładu II).
(zaczerpnięte z [1])

Generalnie, celem wszystkich prac pracowni jest wspomaganie medycyny układu oddechowego i układu krążenia za pomocą analiz matematycznych (np. [5,6]) oraz modeli matematycznych zarówno w formie formuł matematycznych (np. [3]) jak i modeli komputerowych (np. [2]), a także projektowanie, wykonanie i testowanie (również na modelach) nowego sprzętu medycznego (np. [7,13,14]). Szczególne znaczenie dla części obecnie prowadzonych prac – patrz niżej - ma opracowanie, tj. zaprojektowanie i wykonanie, unikalnego manometru do pomiaru chwilowego ciśnienia opłucnowego [4]. Celem przewodnim jest rozwijanie opracowanego wcześniej wirtualnego pacjenta pneumonologicznego [1], jego wykorzystanie w badaniach naukowych (np. [7]), w edukacji personelu medycznego [11] i w innych zastosowaniach. Jest on również numeryczną częścią sztucznego pacjenta oddechowo-krążeniowego.

Nagroda w pierwszej edycji PRIX GALIEN POLSKA za sztucznego pacjenta oddechowo-krążeniowego.
Zespół prof. Darowskiego, w skład którego wchodzą też pracownicy pracowni, został nagrodzony w pierwszej edycji PRIX GALIEN POLSKA za sztucznego pacjenta oddechowo-krążeniowego.
(zaczerpnięte z Prix Galien Polska- Księga Laureatów 2012)

Ponieważ badanie spirometryczne (tzw. spirometria natężona) jest podstawowym badaniem układu oddechowego, poświęcono jej wiele uwagi; między innymi:

  • zaproponowano taką, całkowicie nową, matematyczną formę dla równań predykcyjnych, że współczynniki tych równań – w przeciwieństwie do równań wszystkich innych autorów – mają interpretację fizjologiczną [3] (przy okazji zaproponowano normy dla wskaźników spirometrycznych dla polskiej populacji),
  • wykazano, że – wbrew powszechnej na świecie opinii – fundamentalna dla diagnostyki relacja między głównymi wskaźnikami spirometrycznymi, tj. FEV1 i FVC, tak naprawdę nie zależy od wieku, a znana pozorna zależność jest artefaktem matematycznym [6],
  • opracowano system do nauki interpretacji spirometrii bazujący na pacjencie wirtualnym i pozwalający przeprowadzać wirtualne badanie spirometryczne pacjentów o różnych, zadanych przez użytkownika parametrach układu oddechowego zależnych od wzrostu, wieku czy natężenia chorób [11].

 

Relacja między wartościami FEV1 i FVC u osób zdrowych w różnym wieku i o różnym wzroście.
Relacja między wartościami FEV1 i FVC u osób zdrowych w różnym wieku i o różnym wzroście; krzywe pogrubione: mediana krocząca FEV1 dla danego FVC w przypadku osób młodych (niebieska), w średnim wieku (czarna) i starszych (czerwona) – pokrywanie się tych krzywych świadczy o tym, że relacja jako taka między FEV1 i FVC nie zależy od wieku.
(zaczerpnięte z [6]).

 

Prace bieżące

W ostatnim czasie skupiamy się na analizie i/lub interpretacji różnic międzyosobniczych w skutkach zmian ustawień rozrusznika serca oraz podczas przeprowadzania toracentezy. Teoretycznie, w celu optymalizacji rzutu serca, zwiększenie częstości pracy serca powinno wiązać się ze zmniejszeniem opóźnienia przedsionkowo-komorowego, ale okazuje się, że tak jest tylko teoretycznie.
W przypadku toracentezy zaobserwowaliśmy niezwykle dużą różnorodność zmian ciśnienia opłucnowego w trakcie ewakuacji płynu opłucnowego: od prawie braku zmian ciśnienia średniego i amplitudy związanej z oddychaniem po znaczny wzrost amplitudy i/lub ogromny spadek ciśnienia mogący doprowadzić do obrzęku płuc. W celu analizy tej różnorodności modyfikujemy wirtualnego pacjenta i analizujemy, jaki wpływ mają poszczególne właściwości układu oddechowego, a w dalszej kolejności właściwości układu krążenia i wymiany gazowej, na ww. zmiany ciśnień i amplitudy. Dane do interpretacji przy użyciu modeli otrzymujemy dzięki udziałowi w grancie NCN.
Inne rozpoczęte prace związane z modelowaniem wiążą się z faktem, że: (a) POChP (przewlekła choroba obturacyjna płuc) staje się trzecią główną, pośrednią lub bezpośrednią przyczyną śmierci na świecie, a szczególnie w krajach takich jak Polska, (b) choroby układu krążenia od dawna są w tej pierwszej trójce, (c) współistnienie tych chorób jest częstym zjawiskiem (np. z powodu wspólnej przyczyny jaką jest palenie) i wzmagają one wzajemnie negatywny wpływ na stan pacjenta, (d) często trudno rozróżnić te choroby po objawach. Między innymi w tym celu stworzyliśmy interfejs umożliwiający łączenie naszego wirtualnego pacjenta pneumonologicznego (sprzężone modele układu oddechowego i krążenia płucnego oraz transportu gazów w tych układach) z dowolnymi modelami serca i układu krążenia systemowego. Aby umożliwić innym specjalistom od modelowania układu krążenia wykorzystanie naszych zaawansowanych modeli, związanych z płucami, powyższe przygotowaliśmy również w formie aplikacji webowej powszechnie dostępnej przez Internet [12].

 

Współpraca

Jednym z głównych strategicznych celów prac było opracowanie, a obecnie jest doskonalenie sztucznego pacjenta oddechowo-krążeniowego, tj. wiedzy fizjologicznej ‘zaklętej we wzorach matematycznych‘, do której można by podłączać realny sprzęt medyczny. W tym celu pracownia ściśle współpracuje (np. [2,8]) z grupą prof. Darowskiego z Zakładu II specjalizującą się między innymi w budowie przetworników realno-wirtualnych (‘impedance converters’ na pierwszym rysunku) oraz całych modeli hybrydowych.
W kwestii modelowania układu krążenia, wspólnie z grupą prof. Darowskiego, współpracujemy ściśle – między innymi w ramach oficjalnej umowy między PAN i jej włoskim odpowiednikiem, tj. CNR – z grupą dr. Gianfraco Ferrari [2].
Ponadto współpracujemy bezpośrednio ze środowiskiem lekarskim. Oprócz lekarzy kardiologów zatrudnionych w samej pracowni, a będących etatowymi pracownikami szpitala Wolskiego w Warszawie, współpracujemy też ściśle z lekarzami z Wojskowego Instytutu Medycznego w zagadnieniach związanych ze spirometrią [3,6] oraz z prof. Rafałem Krenke i lekarzami z jego Katedry i Kliniki Chorób Wewnętrznych, Pneumonologii i Alergologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego w kwestii toracentezy [4,9].
Ta ostatnia z wymienionych współpraca ma obecnie formalny charakter w postaci konsorcjum naukowego, powołanego w celu realizacji projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki.  

 

Wybrana bibliografia

  1. Gólczewski T. Virtual respiratory system in research and education - principles and applications. Prace IBIB PAN, 2010
  2. Gólczewski T, Zieliński K, Ferrari G, Pałko KJ, Darowski M. Influence of ventilation mode on blood oxygenation – Investigation with Polish Virtual Lungs and Italian model of circulation. Biocybernetics and Biomedical Engineering 2010; 30(1):17–30
  3. Lubiński W, Gólczewski T. Physiologically interpretable prediction equations for spirometric indexes. Journal of Applied Physiology 2010; 108:1440-1446  
  4. Krenke R, Guć M, Grabczak EM, Michnikowski M, Pałko KJ, Chazan R, Gólczewski T. Development of an electronic manometer for intrapleural pressure monitoring. Respiration 2011; 82:377–385
  5. Gólczewski T. Spirometry: a comparison of prediction equations proposed by Lubinński for the Polish population with those proposed by the ECSC/ERS and by Falaschetti et al. Pneumonologia i Alergologia Polska 2012;80(1):29-40.
  6. Gólczewski T, Lubiński W, Chciałowski A. A mathematical reason for FEV1/FVC dependence on age. Respiratory Research 2012; 13:57
  7. Gólczewski T, Pałko KJ. A method for quantification of lung resistive and compliant properties for spirometry interpretation support - Tests on a virtual patient. Biocybernetics and Biomedical Engineering 2013; 33(3):136–144
  8. Stankiewicz B, Darowski M, Glapiński J, Rawicz M, Michnikowski M, Guć M, Kuraszkiewicz B. A new endotracheal tube for infants - laboratory and clinical assessment: a preliminary study. Pediatric Anesthesia 2013; 23(5):440-445
  9. Zielinska-Krawczyk M, Michnikowski M, Grabczak EM, Palko KJ, Korczynski P, Golczewski T, Krenke R. Cough during therapeutic thoracentesis: friend or foe? Respirology 2015; 20:166-168
  10. Szafron B, Smoczyński RH, Drobiński D, Pawlak A, Wojciechowski D, Liszka IM, Witkowska A, Kaliciński Z, Gil R, Suwalski P. Impella LD microaxial pump supporting combined mitral and coronary surgery in a patient with dilated cardiomyopathy. A short bridge to recovery? Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska 2015; 12(1):56-59

 

Modele udostępnione w Internecie

  1. Tgol.e-spirometry – system do nauki interpretacji spirometrii bazujący na wirtualnym pacjencie pneumonologicznym.
  2. Virrepir – dostępny jako aplikacja webowa, wirtualny pacjent pneumonologiczny z możliwością dołączania własnych modeli układu krążenia systemowego przez użytkowników końcowych.

 

Patenty

  1. Gólczewski T, Pałko KJ. Sposób i układ do pomiaru współczynnika oporu i podatności różniczkowej układu oddechowego.
    P 394157 (2011)
  2. Michnikowski M. Przyrząd wspomagający odsysanie płynu podczas punkcji opłucnej. P 396881 (2011)
  3. Michnikowski M. Sposób i przyrząd do korekcji wady akomodacji soczewki oka. P400927 (2012)

 

MENU

Kontakt

Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN
 adres 002 16px

ul. Ks. Trojdena 4
02-109 Warszawa
POLSKA

 telefon 001 16px (+48) 22 592 59 00
(+48) 22 659 91 43
faks 001 24px

(+48) 22 659 70 30

mail 003 16px Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
NIP:

 525-00-09-453

REGON: 000570832
lokalizacja 003 24px

MAPA

Nagrody naukowe


Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN, ul. Ks. Trojdena 4, 02-109 Warszawa
E-mail:Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.; Telefon: (+48) 22 592 59 00; Fax: (+48) 22 659 70 30
Copyright(c) 2016 IBIB PAN
Wszelkie prawa zastrzeżone