Modelagem eletromecânica do coração com autômato celular e sistemas massa-mola

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Campos, Ricardo Silva lattes
Orientador(a): Santos, Rodrigo Weber dos lattes
Banca de defesa: Alves, José Luis Drummond lattes, Karam Filho, José lattes, Silva, Rodrigo Luis de Souza da lattes, Barra, Luis Paulo da Silva lattes
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Departamento: Faculdade de Engenharia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Eletrofisiologia cardíaca
Modelagem computacional
Autômato celular
Sistema massa-mola
Cardiac electrophysiology
Computational modeling
Cellular automaton
Mass-spring system
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS
Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/1772
Resumo: Este trabalho apresenta o simulador FisioPacer, que é um simulador que reproduz a propagação do pulso elétrico pelo tecido cardíaco e a sua deformação mecânica. Foi utilizado um autômato celular acoplado a um sistema massa-mola para que as simulações sejam realizadas rapidamente. Foi também utilizado um algoritmo genético para automaticamente determinar parâmetros do modelo de forma a reproduzir outros experimentos in silico e o comportamento de um ventrículo real. Com intuito de validar o modelo foram feitos setenta e dois experimentos e os resultados foram comparados com outro simulador robusto, baseado em equações diferenciais. As comparações mostraram que o FisioPacer reproduziu satisfatoriamente o comportamento do tecido, sendo até quinze mil vezes mais rápido. Além disto, foram simuladas as funcionalidades eletromecânicas de um ventrículo esquerdo a partir de dados de um paciente, obtidos via ressonância magnética.
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Foi utilizado um autômato celular acoplado a um sistema massa-mola para que as simulações sejam realizadas rapidamente. Foi também utilizado um algoritmo genético para automaticamente determinar parâmetros do modelo de forma a reproduzir outros experimentos in silico e o comportamento de um ventrículo real. Com intuito de validar o modelo foram feitos setenta e dois experimentos e os resultados foram comparados com outro simulador robusto, baseado em equações diferenciais. As comparações mostraram que o FisioPacer reproduziu satisfatoriamente o comportamento do tecido, sendo até quinze mil vezes mais rápido. Além disto, foram simuladas as funcionalidades eletromecânicas de um ventrículo esquerdo a partir de dados de um paciente, obtidos via ressonância magnética.This work proposes a computational heart model named FisioPacer, which aims to reproduce the electrical pulse propagation over the cardiac tissue and its mechanical deformation. In order to perform fast simulations, it was used a cellular automaton coupled with a mass-spring system. A genetic algorithm was also used to automatically adjust model parameters, in order to reproduce in silico experiments and a real left ventricle behavior. For the model validation, seventy two experiments were performed and the results were compared to another robust simulator, based on partial differential equations. The comparisons showed that the FisioPacer simulator could reproduce cardiac tissue electromechanics, with up to 15000-fold improvement in computational time. Furthermore, a real patient left ventricle was simulated, with data obtained via MRI.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoporUniversidade Federal de Juiz de ForaPrograma de Pós-graduação em Modelagem ComputacionalUFJFBrasilFaculdade de EngenhariaCNPQ::ENGENHARIASEletrofisiologia cardíacaModelagem computacionalAutômato celularSistema massa-molaCardiac electrophysiologyComputational modelingCellular automatonMass-spring systemModelagem eletromecânica do coração com autômato celular e sistemas massa-molainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFTEXTricardosilvacampos.pdf.txtricardosilvacampos.pdf.txtExtracted texttext/plain306133https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/1772/3/ricardosilvacampos.pdf.txtad97145633ed52cbcd9ae00798656733MD53THUMBNAILricardosilvacampos.pdf.jpgricardosilvacampos.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1128https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/1772/4/ricardosilvacampos.pdf.jpgbda81b99b14cd2d3d84bad011c601affMD54ORIGINALricardosilvacampos.pdfricardosilvacampos.pdfapplication/pdf8528381https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/1772/1/ricardosilvacampos.pdf29e3f07b2a4b4215d4e42d012e0f5df3MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/1772/2/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD52ufjf/17722019-11-07 11:09:44.381oai:hermes.cpd.ufjf.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2019-11-07T13:09:44Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false
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