 |
Centrális artériás hemodinamika betegspecifikus, modell-alapú meghatározása
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
121186 |
| típus |
PD |
| Vezető kutató |
Horváth Tamás |
| magyar cím |
Centrális artériás hemodinamika betegspecifikus, modell-alapú meghatározása |
| Angol cím |
Patient-specific, model-based simulation of central arterial hemodynamics |
| magyar kulcsszavak |
centrális vérnyomás, hemodinamika, áramlástan, optimalizálás |
| angol kulcsszavak |
central blood pressure, hemodynamics, fluid mechanics, optimization |
| megadott besorolás |
| Áramlás- és Hőtechnika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 50 % | | Ortelius tudományág: Hőtechnika | | Kardiovaszkuláris rendszer (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 50 % |
|
| zsűri |
Gépész-, Építő-, Építész- és Közlekedésmérnöki |
| Kutatóhely |
Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem) |
| projekt kezdete |
2016-10-01 |
| projekt vége |
2019-02-28 |
| aktuális összeg (MFt) |
15.264 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
1.69 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Célunk a centrális vérnyomáslefutás számítása non-invazív vérnyomásmérés és személyes paraméterekre támaszkodó 1D artériahálózat modellen végzett véráramlás szimuláció alapján. Ennek eredménye módot ad a centrális nagyerek érfalának anyagtani, biomechanikai (artériás stiffness) jellemzésére.
A centrális és perifériás verőerek eltérő szöveti szerkezeti és geometriai tulajdonságai folytán a centrális hullámok alakja, időbeni lefutása, valamint gyógyszerekre adott differenciált válaszkészsége eltér a perifériás hullámokétól. Fiziológiás körülmények között a centrális szisztolés nyomás 20-30 Hgmm-el alacsonyabb a perifériás szisztolés nyomástól.
A centrális vérnyomásra (CBP) vonatkozóan még nem született konszenzus, amely definiálná a meghatározás módszertanát, valamint a gyógyászatban alkalmazandó nyomás tartományokat.
A CBP meghatározása, invazív, katéteres módszer, amely aszeptikus környezetet és szakszemélyzetet igényel, ezzel szemben a perifériás vérnyomás meghatározható non-invazív eszközzel (tonométer), szeptikus környezetben és használatára asszisztens kiképezhető.
Non-invazív perifériás vérnyomás-jelet az 1D artériahálózat gerjesztőjeleként használjuk fel. A hálózatra felírt áramlás- és anyagtani differenciálegyenletek megoldására egy a munkacsoportunk által kidolgozott numerikus módszert használunk, amely a gerjesztőjelből centrális nyomást számít.
A személyes élettani paramétereket csoportokba foglalva paraméter-optimalizációval kívánjuk meghatározni.
Igazolnunk kell az optimalizációval kapott centrális nyomáslefutás helyességét.
A számított centrális és a mért perifériás nyomáslefutásokat elemezve jellemezni tudjuk a páciens érhálózatának állapotát.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A centrális vérnyomás élettani jelentősége többrétű. Első sorban említendő, hogy a szív, az agy és a vesék perfúziója a centrális nyomás függvénye. Továbbá az autonóm idegrendszer általi rövidtávú artériás vérnyomás-szabályozás kulcsszereplője az artériás baroreflex bemeneti jelét a centrális nagyerek (aortaív és carotis sinus) érfalában elhelyezkedő baroreceptorok adják. A baroreceptorok jele a centrális artériák vérnyomásától függ.
A centrális vérnyomás klinikai jelentősége abban áll, hogy a fontosabb kardio-, cerebro- és renovaszkuláris megbetegedésekben kórjelző szerepe túlmutat a perifériás vérnyomás által hordozott információkon. Továbbá adatok állnak rendelkezésre, miszerint a felkaron mért vérnyomás alapján diagnosztizált magas-normális és stage-1 hipertóniás betegek centrális vérnyomásértékei között akár 70%-os átfedés is tapasztalható. Ezen adatok arra engednek következtetni, hogy az azonos centrális nyomás esetén alkalmazott – perifériás vérnyomást célzó –, agresszivebb antihipertenzív terápia akár nem várt centrális nyomásesést is eredményezhet, amely akár ronthatja is a beteg általános állapotát.
A tervezett vizsgálatsorozatunk egy több módszert ötvöző, interdiszciplináris szemléletű munka. Első lépésben klinikai adatok segítségével kívánjuk validálni a módszerünket. Ezt a validációt szimultán végzett szívkatéteres és non-invazív tonometriás nyomás-regisztrátumok, valamint Doppler ultrahangos áramlásmérések alapján tervezzük elvégezni. Második lépésként a módszert kiterjesztve, egyidőben több artéria felett regisztrált non-invazív, tonometriás vérnyomásjel felhasználásával kívánunk konvergens centrális artériás nyomás jelet előállítani.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A legfrissebb európai felmérések alapján a vezető halálok (45%) kardiovaszkuláris eredetű (nők: 49%, férfiak: 40%). A kardiovaszkuláris okok főként koszorúér-betegségre (össz-halálozás ~19%-a), stroke-ra (~9%) és egyéb (~12%) szív-érrendszeri betegségekre vezethetők vissza. A magasvérnyomás mindezen betegségekben erős, önálló prognosztikai tényezővel bír (különös tekintettel a stroke-ra). Európában a magasvérnyomás prevalenciája 30-45% közé tehető, amiben nagy súllyal vesznek részt a kelet-európai országok, köztük hazánk is.
A magasvérnyomás diagnózisa jelenleg a felkari vérnyomás mérésén alapszik, a módszertan a feltalálás óta (Riva-Rocci, 1896.) lényegében változatlan. Egy ilyen népegészségügyi horderővel bíró betegség, mint a hipertónia diagnosztikájában igény volna egy árnyaltabb, komplexebb, XXI. századi megoldásra. Meglátásunk szerint és a fentiek alapján a centrális nyomás és a centrális hemodinamika (artériás stiffness) ismerete újabb perspektívákat nyithat a magasvérnyomás kórismézésében és gyógyításában.
Célunk egy olyan szoftver, esetleg mérőeszköz kifejlesztése, amely non-invazív vérnyomásadatok alapján megbízható pontossággal, személyre-szabottan, ambuláns körülmények között számítja a centrális nagyerekben uralkodó vérnyomást. Továbbá lehetőséget teremt arra, hogy a vérnyomáson felül a centrális hemodinamika egyéb paramétereit, úgymint a volumetrikus áramlást (pulzusvolumen, perctérfogat), érfal-disztenziót, bemeneti és karakterisztikus impedanciát, valamint pulzushullám terjedési-sebességet meghatározzuk. A meghatározott hemodinamikai adatok lehetőséget teremtenének arra, hogy miként történjen a megkezdendő terápia, vagy milyen módon változtassunk a jelenlegi gyógyszerelésen.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A szívközeli erek vérnyomása normális körülmények között alacsonyabb, mint a felkaron mért vérnyomás. Ez a különbség egészséges fiatalkorban a legnagyobb. Az életkorral és az érelmeszesedés mértékétől függően ez az egészséges nyomáskülönbség csökken és akár el is tűnhet.
A szív közeli (centrális) vérnyomás ismerete fontos, hiszen a centrális vérnyomástól függ a szívkoszorúerek, az agy és a vesék vérkeringése. Ezen létfontosságú szervek vérkeringését nem a felkaron mérhető nyomás, hanem a centrális vérnyomás hajtja.
Ismert, hogy a centrális vérnyomás vérnyomáscsökkentő gyógyszerek hatására másképp változik, mint a felkaron mért nyomás. Egyes vérnyomáscsökkentő gyógyszerek jelentős centrális vérnyomáscsökkenést okoznak, míg a felkaron mért vérnyomás-értékek változatlanok maradhatnak.
Ezek alapján célszerűnek tartjuk a magasvérnyomás gyógyítása során a centrális nyomás meghatározását.
A centrális vérnyomás egyértelmű, meghatározása csak szívkatéteres módszerrel lehetséges. Ebből kifolyólag világszerte számos kutatócsoport próbálkozik olyan megbízható, fájdalommal nem járó, nem invazív módszer kifejlesztésével, amellyel a centrális vérnyomás meghatározható. Jelenleg a számos meglévő megoldások tekintetében nincs egyetértés a kutatók között – az egyhangúan elfogadott centrális vérnyomásmérő módszer megszületése még várat magára.
Kutatócsoportunk célja a szívközeli vérnyomás személyre szabott meghatározása. Célunkat egy egyedi, saját fejlesztésű matematikai számítási módszer segítségével, egy az operációkutatásból vett paraméter-keresési megoldás alkalmazásával, valamint a csukló és a nyaki verőerek felett felvett egyidejű vérnyomás-pulzus rögzítés útján kívánjuk elérni.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Our aim is to calculate central arterial pressure (CAP) based on non-invasive, peripheral blood pressure measurements and flow simulations performed in a 1D arterial model network. These results will allow us to characterize the biomechanical (stiffness) properties of the central arteries.
Waveform morphology of the central and peripheral arterial pressure waves are different, due to their distinctive histological structures and geometrical features. Furthermore, central and peripheral blood pressure waves show differentiated response to antihypertensive therapy. Under physiological conditions peripheral systolic pressure can exceed central systolic pressure by 20-30 mmHg.
Until today, there is no consensus about the appropriate, non-invasive methodology to calculate CAP.
While CAP can be measured invasively by cardiac catheterization, which requires aseptic, hospitalized environment and specially trained staff, peripheral blood pressure measurements can be carried out non-invasively in an outpatient clinic by a technician.
The non-invasively acquired peripheral pressure signals are used as excitation signals within a 1D arterial network. The solution for the differential equations governing blood pressure and flow in the network are solved numerically by a novel method developed by our workgroup. This method converts the peripheral excitation signals to CAP waveforms.
To find patient-specific network settings, parameter-optimization has to be carried out on the grouped raw network parameters.
One of our goals is to verify the validity of the calculated CAP with invasive measurements and to provide information regarding the status of the patient’s arterial network.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Physiological significance of central arterial blood pressure (CAP) is diverse. Firstly, the perfusion of the vital organs, such as the heart, brain and the kidneys are driven by central rather, than peripheral blood pressure. Second, CAP forms input signal for the the key element of the short-term blood-pressure regulation, the arterial baroreflex.
The clinical importance of CAP is emphasized by the results of numerous studies, which reported, that CAP carries more information regarding its prognostic value compared with peripheral blood pressure values.
It has been reported, that a significant overlap (70%) of CAP exists between groups of high-normal and stage-1 hypertensive patients. These results suggest, in the case of CAP overlap a more aggressive antihypertensive therapy (aimed to lower peripheral pressure) might results unexpected CAP drop, which may worsen the general status of the patient.
Our work has a strong interdisciplinary character. As a first step we aim to validate our numeric method with clinical data using simultaneously recorded non-invasive tonometry, Doppler ultrasonography and catheter-based aortic pressure measurements. As a second step we plan to extend our method to achieve convergent CAP estimates from completely non-invasive blood pressure/flow signals launched from multiple-arterial sites.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Based on recent surveys, cardiovascular (CV) mortality is the leading cause of death (45%) in Europe (women: 49%, men: 40%). Beside other CV diseases, coronary heart disease (19%) and stroke (~9%) leads to the most of cardiovascular deaths. Within these diseases groups (specially in the case of stroke) hypertension is a strong, independent predictor. In Europe the prevalence of hypertension is between 30-45%. Disappointingly Hungary and the rest of the Eastern-European countries strengthen these numbers.
The most important diagnostic modality in the case of hypertension today is blood pressure measurement with brachial sphygmomanometry. The method of measurement is practically unchanged since its invention by Riva-Rocci in 1896.
Hypertension represents a large public health burden; therefore, the development of a more sophisticated, XXI. century blood pressure measurement methodology is needed.
According to our view, the knowledge of central arterial hemodynamics (central arterial stiffness) will open new perspectives in the diagnosis and therapy of hypertension.
Our aim is to develop a software tool and/or a measurement device, which can determine personalized CAP with appropriate accuracy and precision under ambulatory conditions from non-invasive peripheral pressure waveforms. Besides CAP, our method will be able to provide other central hemodynamic parameters such as stroke volume, cardiac output, vascular distension, aortic input and characteristic impedances and pulse wave velocity.
The knowledge of central pressure and hemodynamics can guide physicians how to start or modify the current antihypertensive pharmaceutical regimes.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
In health blood pressure close to the heart (central arterial pressure ~ CAP) is lower than in the upper arm. This difference is more pronounced in young, healthy individuals. With aging and in the presence of vascular disease, this pressure difference decreases and even disappears.
The knowledge of CAP is important, since CAP drives blood into the heart, brain and the kidneys. The blood flow of these vital organs, therefore depends on CAP and not on peripheral pressure.
It has been reported, that the effect of blood pressure lowering drugs influences CAP differently, then peripheral pressure. Certain types of blood pressure lowering medications can cause significant CAP decrease, leaving peripheral blood pressure level unchanged.
Since exact measurement of CAP can be performed only with invasive cardiac catheterization, research groups worldwide aimed to derive methods to determine CAP with non-invasive techniques. Despite the existence of numerous non-invasive CAP determination methodologies, there is no consensus between researchers about the most appropriate technique.
The aim of our workgroup is to provide a new method to determine CAP based on patient-specific numeric simulations, parameter-optimization and non invasive pulse measurements performed on superficially running arteries.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
