Laboratoare PSIEM

Simularea cardiaca extracutanata este una dintre principalele proceduri medicale folosite in urgente (reanimare, defibrilare, etc.). In general, doi electrozi sunt plasati pe torace si folositi pentru aplicarea unui stimul electric (soc de tensiune).

Mai multi factori pot contribui la succesul procedurii precum si la reducerea efectelor secundare: pozitionarea electrozilor, numarul, dimensiunile si formele lor, forma impulsului aplicat (amplitudine, durata, etc.). Electrozi pentru uniformizarea densitatii de curent, geluri de mare impedanta, durata impulsului de stimulare, dimensiunile electrozilor, sunt alte solutii importante in reducerea durerii.

Aceasta lucrare prezinta un model fizic, matematic si numeric bidimensional, bazat pe metoda elementului finit, pentru studiul stimularii electrice cardiace extracutanate. Unul dintre obiectivele analizei numerice: optimizarea pozitiei electrozilor pentru asigurarea atingerii pragului de excitatie – necesar pentru succesul defibrilarii – cu reducerea efectelor secundare (dureri, necroze ale tesuturilor, etc.).

Modelul elaborat considera o structura plan-paralela, 2D, neomogena, formata din subdomenii conductoare.

Se studiaza influenta pozitiei electrozilor asupra eficientei procedurii de stimulare cardiaca extracutanata. Evaluarea eficientei procedurii este determina in raport cu “indicele de calitate”, R, pentru diferite pozitii ale electrozilor.Detaliile anatomice sunt preluate din literatura , dar se pot folosi si date mai precise, de exemplu obtinute prin imagistica CT/RMN. Proprietatile electrice ale diferitelor subdomenii (sectiuni prin diferitele tesuturi localizate in torace) sunt preluate din literatura de specialitate Regimul campului electric este electrocinetic, descris de ecuatia Laplace cu conditii la limita Dirichlet si Neumann.

Modelarea numerica este realizata in mediul de dezvoltare multi-fizica COMSOL , care este bazat pe metoda elementului finit (Galerkin).

odelarea fizica, matematica, numerica

Domeniul de calcul reprezinta o sectiune transversala prin torace, la nivelul celei de a opta vertebre toracice, al patrulea cartilagiu intercostal, stern si printr-o serie de coaste si este reprezentat in Fig. 1.

Domeniul corespunde teoriei volumului conductor.

Principalele organe, considerate subdomenii omogene, sunt: peretele toracic (inclusiv stratul de grasime), muschii toracici si dorsali, sternul si cartilagiile costale, coastele, coloana vertebrala, muschii intercostali, esofagul, plamanii, cordul (cu atrii si ventricule) precum si fluidul interstitial dintre organe. Tesuturile biologice sunt

considerate medii continue, cu proprietati electroconductoare mediate pe volume cu un numar suficient de mare de celule. Fiecare subdomeniu este presupus liniar, omogen si izotrop, fara surse electrice locale.

Ecuatiile de regim electrocinetic care alcatuiesc modelul fizic sunt,

divJ = 0, (legea conservarii sarcinii electrice)

J = σE, (legea lui Ohm)

E = -∇V , (consecinta legii inductiei electromagnetice).

Modelul matematic asociat acestui model fizic este descris de ecuatia cu derivate partiale de ordinul doi, de tip eliptic (problema Laplace, potentiala)

ΔV = 0

Unde:

J este densitatea curentului electric de conductie [A/m2],

σ este conductivitatea electrica [S/m],

E este intensitatea campului electric [V/m],

V potentialul electrocinetic [V].

Conditiile la limita (Fig. 2) sunt formulate astfel incat singurele cai de curent (aductie) sunt electrozii:

1) Dirichlet (V specificat) pe suprafetele de contact ale electrozilor;