Lungfunktion
En grislunga analyserad via Matlab
Vårt forskningsområde är artificiell ventilation och lungfunktion hos intensivvårdspatienter.
Grundinformation
- Finansiär: Hjärt-Lungfonden, Vetenskapsrådet,ALF-medel, Allvar Gullstrand, The European Society of Intensive Care Medicine
Lungfunktion under intensivvård
Vi har två huvudsakliga intresseområden:
Det första gäller utveckling och användning av teknologi inom artificiell intelligens, dvs att samla in information från luftvägarna hos ventilerade patienter med hjälp av mätutrustning/apparatur som fortlöpande monitorerar patienter på ett mer omfattande sätt än den konventionella övervakningsapparaturen.
Det andra utvecklar användningen av matematisk analys av bilddiagnostiskt material. Syftet är att studera mikromekanismerna i lungorna och dess orsak till lungskador som kan uppstå under mekanisk ventilation.
Forskargruppen består av läkare som har kunskap om avancerade matematiska analysmetoder av bildmaterial och signaler och samarbetar med biologer, fysiker och ingenjörer. Kunskaper om MatLab och dess bildprocesser och verktyg för signalanalys gör att vi kan kombinera information från bilddiagnostiskt material med mer ”klassiska” spirometrimätningar för att erhålla helt ny fysiologisk information om lungorna och dess funktion.
Ett exempel är applikationen av denna teknologi på diafragmafunktionen under spontanandning, en mycket viktig parameter inom intensivvården.
Några utvalda publikationer
1. Vi var bland de första att applicera artificiell intelligens teknologi för att kunna extrahera kvantitativ information från respiratoriska mätvärden på mekaniskt ventilerade patienter. Denna forskning banade väg för utvecklingen av monitoreringsutrustning som nu är integrerad i intensivvårdsmonitorer.
- Assessment of respiratory system mechanics by artificial neural networks: an exploratory study.Perchiazzi G, Högman M, Rylander C, Giuliani R, Fiore T, Hedenstierna G. J Appl Physiol (1985). 2001 May;90(5):1817-24. doi: 10.1152/jappl.2001.90.5.1817.
- Estimating respiratory system compliance during mechanical ventilation using artificial neural networks.Perchiazzi G, Giuliani R, Ruggiero L, Fiore T, Hedenstierna G. Anesth Analg. 2003 Oct;97(4):1143-8 doi: 10.1213/01.ane.0000077905.92474.82.
Denna forskning riktar sig nu mot vidare utveckling av verktyg för att kontrollera mekanisk ventilation i slutna looper i samarbete med ingenjörer från Institutionen för elektroteknik på Uppsala Universitet (Docent Robin Augustine och forskare Mauricio Perez).
2. Vi har utvecklat metoder för att voxel per voxel beräkna och få fram lungmekaniska parametrar (såsom compliance) från datortomografiska bilder av lungorna genom att kunna ringa in områden med överrörlighet som påverkar lungorna. Denna metod gav oss ny insikt gällande kunskaperna om lungornas inhomogenitet under mekanisk ventilation.
- Regional distribution of lung compliance by image analysis of computed tomograms. Perchiazzi G, Rylander C, Derosa S, Pellegrini M, Pitagora L, Polieri D, Vena A, Tannoia A, Fiore T, Hedenstierna G. Respir Physiol Neurobiol. 2014 Sep 15;201:60-70. doi: 10.1016/j.resp.2014.07.001.
- Effects of superimposed tissue weight on regional compliance of injured lungs.Pellegrini M, Derosa S, Tannoia A, Rylander C, Fiore T, Larsson A, Hedenstierna G, Perchiazzi G. Respir Physiol Neurobiol. 2016 Jul;228:16-24. doi: 10.1016/j.resp.2016.03.005.
Vi samarbetar aktivt i projekt med Translational Positron Emission Tomography imaging Lab (SciLifeLab) (Docent Olof Eriksson) med syfte att kombinera information om lunginflammation, den topografiska distributionen i lungorna och dess egenskaper.
3. Tillsammans med forskare från European Synchrotron Radiation Facility (www.esrf.fr) och MAX IV synchrotron in Lund är vi bland ett fåtal som kan studera lungorna med ultrahög upplösning, in vivo, under mekanisk ventilation genom att använda en sk synkrotronljusanläggning. Dessa observationer ledde fram till nya teorier om lungornas expansion och inhomogenitet under mekanisk ventilation.
- Regional Behavior of Airspaces During Positive Pressure Reduction Assessed by Synchrotron Radiation Computed Tomography. Scaramuzzo G, Broche L, Pellegrini M, Porra L, Derosa S, Tannoia AP, Marzullo A, Borges JB, Bayat S, Bravin A, Larsson A, Perchiazzi G. Front Physiol. 2019 Jun 7;10:719. doi: 10.3389/fphys.2019.00719. eCollection 2019.
- Dynamic Mechanical Interactions Between Neighboring Airspaces Determine Cyclic Opening and Closure in Injured Lung.Broche L, Perchiazzi G, Porra L, Tannoia A, Pellegrini M, Derosa S, Sindaco A, Batista Borges J, Degrugilliers L, Larsson A, Hedenstierna G, Wexler AS, Bravin A, Verbanck S, Smith BJ, Bates JH, Bayat S. Crit Care Med. 2017 Apr;45(4):687-694. doi: 10.1097/CCM.0000000000002234.
4. Genom användning av egna utvecklade programvaror kan vi synkronisera datortomografiska bilder, spirometri och elektrisk aktivitet av diafragma. På så vis har vi skapat en ny standard i utvärderingen av lungornas fysiologi under spontanandning med assisterande ventilation.
- The Diaphragm Acts as a Brake during Expiration to Prevent Lung Collapse. Pellegrini M, Hedenstierna G, Roneus A, Segelsjö M, Larsson A, Perchiazzi G. Am J Respir Crit Care Med. 2017 Jun 15;195(12):1608-1616. doi: 10.1164/rccm.201605-0992OC.
- Expiratory Resistances Prevent Expiratory Diaphragm Contraction, Flow Limitation, and Lung Collapse. Pellegrini M, Gudmundsson M, Bencze R, Segelsjö M, Freden F, Rylander C, Hedenstierna G, Larsson AS, Perchiazzi G. Am J Respir Crit Care Med. 2020 May 15;201(10):1218-1229. doi: 10.1164/rccm.201909-1690OC.
Organisation
Vår bas är Hedenstierna Laboratoriet på Uppsala Universitet som är utrustat med “state-of-the-art” teknologi inkluderande monitors, ventilatorer, dialysutrustning, infusionspumpar, data insamlingssystem mm.
Det är organiserat som en intensivvårdsavdelning med möjlighet till sju olika forskningsstationer samtidigt. Laboratoriet har flera specialiserade forskningsassistenter / BMA. Hos oss finns möjlighet att utföra projekt av olika komplexitet, från student/doktorand- till post dok forskningsprojekt.
Kontakt
Om du är intresserad av att komma med i vår forskningsgrupp, skicka gärna ett mail till Eva-Maria Hedin eva-maria.hedin@uu.se. Specificera vilket projekt du är intresserad av att vara med och utveckla och på vilket sätt (doktorand-, ST-, studentprojekt, internationellt samarbete eller besök).