Упрощенные физические модели средостения новорожденных для электроимпедансной томографии

В статье представлены результаты разработки и экспериментального исследования двух упрощенных физических моделей средостения новорожденных для электроимпедансной томографии. Созданные модели базируются на данных спиральной компьютерной томографии и учитывают анатомические особенности органов грудной клетки младенцев. Реализация конструкций выполнена с использованием технологий 3D-печати, что позволило добиться высокой точности геометрических параметров. Модели оснащены системой управляемого воздухонаполнения лёгких и тремя рядами электродов, что обеспечивает возможность проведения экспериментов по моделированию глобальной и регионарной вентиляции. Экспериментальные исследования продемонстрировали, что разработанные модели позволяют регистрировать дыхательные объемы в диапазоне от 2 до 120 мл, что соответствует физиологическим параметрам дыхания новорожденных. Полученные данные подтвердили работоспособность моделей, их чувствительность к изменениям объемов воздуха, а также пригодность для исследований и тестирования новых алгоритмов и методик в области электроимпедансной томографии. Установлено, что предложенные модели обеспечивают адекватное воспроизведение вентиляционных процессов и могут быть использованы для разработки диагностических решений в области неонатологии. Результаты работы представляют практическую ценность для научных исследований, направленных на совершенствование методов диагностики дыхательных нарушений у новорожденных, и могут быть использованы в образовательной практике.

1. Adler A., Holder D. Electrical Impedance Tomography. Methods, History and Applications. Boca Raton: CRC Press; 2021. 518 p. https://doi.org/10.1201/9780429399886

2. Пеккер Я.С., Бразовский К.С., Усов В.Ю., Плотников М.П., Уманский О.С. Электроимпедансная томография. Томск: Издательство научно-технической литературы; 2004. 190 с.

3. Gaertner V.D., Mühlbacher T., Waldmann A.D., Bassler D., Rüegger C.M. Early prediction of pulmonary outcomes in preterm infants using electrical impedance tomography. Frontiers in Pediatrics. 2023;11. https://doi.org/10.3389/fped.2023.1167077

4. Onland W., Hutten J., Miedema M., Bos L.D., Brinkman P., Maitland-van der Zee A.H., Van Kaam A.H. Precision Medicine in Neonates: Future Perspectives for the Lung. Frontiers in Pediatrics. 2020;8. https://doi.org/10.3389/fped.2020.586061

5. Seifnaraghi N., De Gelidi S., Frerichs I., Kallio M., Sorantin E., Tizzard A., Demosthenous A., Bayford R.H. Cross-sectional chest circumference and shape development in infants. BMC Research Notes. 2022;15(1). https://doi.org/10.1186/s13104-022-06087-z

6. Sourvanos D., Sun H., Zhu T.C., Dimofte A., Byrd B., Busch T.M., Cengel KA., Neiva R., Fiorellini J.P. Three-dimensional printing of the human lung pleural cavity model for PDT malignant mesothelioma. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2024;46. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2024.104014

7. Liu G., Bian W., Zu G., Liu J., Zhang G., Li C., Jiang G. Development of a 3D Printed Lung Model Made of Synthetic Materials for Simulation. Thoracic Cardiovascular Surgeon. 2022;70(04):355–360. https://doi.org/10.1055/s-0041-1731783

8. Алексанян Г.К., Щербаков И.Д., Кучер А.И. Функциональный анатомический макет грудной полости и легких человека для многоракурсной электроимпедансной томографии. Современные наукоемкие технологии. 2019;(12-1):14–19. https://doi.org/10.17513/snt.37825

9. Mirza A., Martinez M., Kilaikode S. Unusual Cause of Respiratory Distress in a Term Neonate. Ochsner Journal. 2022;22(2):196–198. https://doi.org/10.31486/toj.21.0101

10. Конько М.А., Алексанян Г.К., Горбатенко Н.И., Панфилов О.С. Исследовательский стенд многочастотной электроимпедансной томографии легких младенцев. В сборнике: Научное приборостроение: перспективы разработки, создания, развития и использования: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 17–20 сентября 2024 года, Ростов-на-Дону, Россия. Ростов-на-Дону: Издательство ЮНЦ РАН; 2024. С. 156–159.

11. Fleming S., Thompson M., Stevens R., Heneghan C., Plüddemann A., Maconochie I., Tarassenko L., Mant D. Normal ranges of heart rate and respiratory rate in children from birth to 18 years of age: a systematic review of observational studies. The Lancet. 2011;377(9770):1011–1018. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)62226-X