心血管系统响应的一块参数模型用于评估自动化液体复苏系统
Yekanth Ram Chalumuri1, Ghazal Arabidarrehdor1, Ali Tivay1
1Department of Mechanical Engineering, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA.
IEEE access : practical innovations, open solutions
|June 14, 2024
概括
一个新的数学模型模拟了心血管对流体转移的反应,增强了生理闭环控制 (PCLC) 医疗器械的测试. 这种经过验证的模型有助于创建用于PCLC设备评估的虚拟患者队列.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算生理学计算生理学
- 医疗器械开发 医疗器械开发
背景情况:
- 物理闭环控制 (PCLC) 医疗器械需要对安全性和有效性进行严格的测试.
- 动物和临床研究在捕捉各种生理条件方面存在局限性.
- 数学模型可以模拟患者的情景,以补充传统的测试方法.
研究的目的:
- 开发和验证心血管系统的低级一次性参数数学模型.
- 评估模型模拟应对流体干扰 (出血和输液) 的能力.
- 评估该模型在为PCLC设备评估生成虚拟患者队列方面的实用性.
主要方法:
- 开发了对流体转移的心血管反应的低级块式参数数学模型.
- 根据27只绵羊的数据对模型进行校准.
- 通过12只猪对象的交叉验证和独立测试验证了该模型的预测能力.
- 使用验证模型生成虚拟患者队列.
主要成果:
- 模型校准实现了与训练数据集相比,所有变量的正常化根平均平方误差 (NRMSE) 在10%以下.
- 交叉验证显示,虚拟受试者的平均NRMSE低于12.7%.
- 使用猪数据进行的独立验证显示,虚拟实验对象的NRMSE平均值低于11.9%.
- 该模型成功生成了与测试数据集非常相似的虚拟患者队列.
结论:
- 开发的数学模型和虚拟队列生成器展示了模拟心血管对流体干扰反应的高预测能力.
- 该模型适用于生成虚拟患者群体,为PCLC医疗器械评估提供了有价值的工具.
- 这种方法通过扩大模拟生理条件的范围来提高PCLC设备的安全性和有效性测试.
