Что подарить любимому человеку в самый важный и торжественный день его жизни или просто, чтобы доставить удовольствие? Из-за многообразия выбора подарков каждый из нас, порой, теряет голову. Сердце из воздушных шаров – это самое яркое и романтичное изделие, которое станет оригинальным и одновременно незабываемым подарком. Так как украшение шарами всегда приносит радость и женщинам, и мужчинам, вызывает лишь положительные эмоции, а также искреннюю улыбку у вашего близкого человека.
Образ сердца всегда считался образом взаимной и вечной любви. Подарив шары в виде сердца своей второй половинке, вы наилучшим способом сможете выразить собственные чувства и поддержать романтическую атмосферу вечера.
Большое сердце, сделанное из многочисленных маленьких шариков, станет незабываемым подарком на День влюбленных, День рождение, 8 Марта, во время признания в любви. Поверьте, ваш любимый человечек по достоинству оценит ваш поступок, а в вознаграждение вас будет ожидать взаимность в отношениях.
Хотите сделать необычное и одновременно запоминающееся предложение руки и сердца? В нашем каталоге вы найдете много оригинальных и стильных подарков, включая шары в форме сердца. Наши лучшие аэродизайнеры могут предложить вам наиболее подходящие варианты оформления торжественного зала, а также эксклюзивные композиции. Либо же воплотят в жизнь даже самые замысловатые ваши идеи!
Свадьба – это непростое торжество, это день, когда два влюбленных сердца сплетаются воедино, создавая новую семью. И именно любовь является главным виновником происходящего. А все знают, что ее символ — это сердце. Именно сердечки многие из нас рисовали, будучи еще маленькими детишками. Но мы тогда не думали о глубоком смысле данного символа. Кода же наступает день свадьбы, мы начинаем понимать, что только сердце способно подчеркнуть атмосферу любви, а также помочь выразить те чувства, которые переполняют нас. Кроме того, сердцем из воздушных шаров празднично и торжественно можно украсить любое помещение, где будет проходить свадьба.
Наибольшей популярностью среди свадебных оформлений воздушными шариками пользуется украшение в виде двойного сердца. Это и не удивительно, ведь свадьба — это соединение в воедино двух влюбленных, которые решили делить одну жизнь на двоих, делить все проблемы на двоих, заботиться друг о друге до самой смерти.
Сердце легко выполняется как из однотонных шаров, так и разноцветных, которые сплетаются в виде красивого и необычного рисунка. К данной композиции можно добавить и такие дополнительные элементы, как:
Как вариант для оформления праздника можно использовать небольшие шары в форме сердца в одной цветовой гамме.
У нас вы можете заказать оформление помещения в виде одного большого сердца вместе с двумя колоннами-стойками, сделанными из ткани и воздушных шаров. В данном случае сердце изготавливается до 2 м в высоту. Для дополнительной привлекательности можно добавить несколько флористических материалов.
Необычным украшение праздника может стать и композиция, целиком заполненная воздушными шариками. Ведь в классическом исполнении сердце из шаров представляет собой только его контур. А потому, если заполнить все свободное внутреннее пространство воздушными шарами, то сердце будет смотреться как изящное панно. С таким изделием также эффектно будет смотреться арка из шаров, которые парятся над сердцем молодоженов.
Сердце из шаров — богатство выбора
Наша компания «ЭтоСказка» предлагает широкий ассортимент шаров в виде сердца и другой продукции любовной тематики. Просмотрев данный раздел, вы обязательно подберете то сердце из шаров, которое наиболее точно выражает ваши чувства. Обратите внимание, что размер, цвет и форму представленных в каталоге сердец вы можете менять.
Композиции наши профессиональные аэродизайнеры исполняют с учетом всех ваших пожеланий. Вы можете заказать у нас изготовление сердца от 1 м и более, в одном цветовом исполнении или витое, сделанное из шаров двух цветов.
Цветовая гамма наших шаров самая разнообразная.
К тому же, у нас функционирует бесплатная доставка по Москве. Чтобы оформить заказ, предварительно свяжитесь с нами по телефону +7 (926) 010-43-52 либо по почте [email protected].
Дарите своим близким любовь и сердечки из воздушных шариков
Нарисовать 3D рисунок может каждый, для этого вам понадобится только карандаш, листок бумаги и пару практических уроков. В этой статье мы рассмотрим как легко научиться рисовать 3D картинки с помощью карандашей и поэтапно будем усложнять.
Первый простой объемный рисунок, слово Love. Для того чтоб получить 100% эффекта объемности готовую картину после окончания рисования нужно правильно вырезать. Для этой картины художник использовал только простой карандаш.
Смотрим видео как художник добился таких результатов.
ЗD сердце можно нарисовать разными способами, рассмотрим несколько вариантов фото и видео поэтапного создания рисунка
Видео в ускоренном режиме, как было нарисовано 3д сердце на обычной бумаге. На создание данного рисунка художнику понадобилось около 10 минут. Из видео легко можно увидеть поэтапно весь процесс рисования.
Цветные 3д рисунки рисуются также как и чернобелые
Как поэтапно нарисовать эту цветную 3д картинку, смотрим в видеоролике.
Красивые абстрактные и объемные рисунки
На данной фотографии виден результат готового 3 д рисунка созданного на чистом листе А4
Видео этапов рисования.
В следующем видео показано как нарисовать дерево манго цветными карандашами в объемном формате. Готовый 3д рисунок выглядит так.
Сам процесс создания 3д картины.
Отметим, что у автора множество роликов в подобной тематике.
Удивительный рисунок объемной бутылки, созданный на наших глазах не просто впечатлил, но даже кажется невероятным. Глубина цвета так реалистично передает объем, что если б не видео, не поверили что это рисунок.
Фотография 3д рисунка, бутылка.
Видео, как был нарисована эта 3d бутылка
Поэтапное создание рисунка во всех подробностях мастером карандаша и иллюзии.
https://youtu.be/r2ifAoADckU
Если вам понравились рисунки ставьте лайки, делитесь с друзьями, пишите в комментариях получилось ли у вас подобная красота и все вместе будем болеть друг за друга, удачи!
ЗD рисунок – это картина, оживающая на глазах у человека. Она создает иллюзию, будто смотрящий на самом деле находится здесь и сейчас, хотя это всего на всего рисунок, нарисованный в трехмерном изображении. Многие задумываются, а можно ли самим научиться рисовать так.
Давайте посмотрим, как можно обычному человеку научиться за короткое время рисовать объемные картины.
Для того, чтобы научиться рисовать объемные картины необходимо пока лишь три вещи. Это:
Мы не будем затрагивать здания или фигуры людей, так как это будет сложно для тех, кто только взял карандаш в руки. Начнем с обычного 3D прямоугольника.
Необходимо нарисовать наклоненный прямоугольник или почти параллелограмм. Линии чертить нужно лишь слегка нажимая на карандаш. Так как они должны будут легко стереться, когда уже станут не нужными.
Внутри прямоугольника необходимо у каждой стороны также нарисовать по одной линии, которые будут параллельны друг другу.
Внутри уже нарисованных линий снова мы должны еще раз начертить по одной линии у каждой стороны. Затем на двух противолежащих углах также чертим две короткие линии.
Затем необходимо взять жирный карандаш и, как можно сильнее надавливая, надо прорисовать основной контур прямоугольника, только захватив при этом косые линии.
Затем проводятся более жирно линии внутри прямоугольника.
Нужно будет стереть все те линии, которые остались не выделены жирным.
Затем нам будет нужно закрасить внутренние стороны прямоугольника более темным цветом, а внешние посветлее, чтобы был контраст. Благодаря этому, наша картина будет выглядеть, как будто она не нарисована, а на самом деле лежит на столе этот предмет.
На этом первом уроке мы научились рисовать прямоугольник. Это было первым шагом к тому, чтобы научиться более продвинутым рисунка в трехмерном изображении. Теперь можно переходить к более сложным вариантам. Их также можно чертить на бумаге карандашом.
Теперь давайте перейдем ко второму шагу в процессе рисования 3в рисунка на бумаге. Для этого нам понадобятся:
Так как мы еще не обладаем качествами высококвалифицированного художника, поэтому нам понадобится бумага в клеточку. Она будет нужна для того, чтобы мы не мерили на глаз размеры нашего будущего триде рисунка. Лучше высчитать размеры на бумаге по клеточкам, чтобы модель получилась качественно прорисованной, объемной и не была похожа на искаженное рябью изображение.
Сейчас мы будем учиться рисовать ступеньки в объеме:
А внутри последнего нужно сделать сетку, состоящую из квадратов.Вот мы и научились делать работы с помощью карандаша на листе бумаге в клеточку. Теперь давайте попробуем изобразить что-нибудь ручкой на листе бумаги формата а4.
В этом нет ничего сложного. Та же самая техника применяется и для ручки. Что нам будет нужно:
Будем рисовать простую лестницу:
Помимо обычного 3д рисования, с помощью которого можно создавать объемные рисунки на белье, бумаге, в школьных тетрадях, теперь появились специальные ручки, которые помогают изготавливать необычайно великолепные фигуры животных, инопланетных существ, зданий в пространстве. Рисунки 3д ручкой потрясают воображение:
Данным изделием могут пользоваться не только взрослые, но и дети.
Главное следовать правилам, которые прописаны в инструкции. А работы, созданные такими ручками, вы можете видеть на фото в нашей статье.
Как известно, что самый лучший подарок для родного человека, когда его делают собственными руками. А мы уже научились делать рисунки в 3д на бумаге и специальной ручкой. Предлагаю пейп-арт или объемный рисунок из бумажных салфеток. Он идеально подойдет в подарок любимой маме или на день рождения возлюбленной или возлюбленного.
Для этого делается на бумаге примерный набросок рисунка-подарка. Либо его можно распечатать с компьютера. Затем необходимо проделать следующие действия:
Картины в трехмерном пространстве постепенно начинают окружать нас и становятся мэйнстримом. Чем больше происходит развитие компьютеризации современного мира, тем больше появляется разных форм изображений. Тем сильнее они будоражат наши мысли и воображение.
Итак, направления в 3D, которые в 2018 году занимают первые места среди потребителей.
Объемные обои:
Комплекты постельного белья, рисунок на котором исполнен в 3D:
Объемные изображения на кафельном покрытии:
Объемные татуировки:
Футболки с картинами в 3D:
А вот такие работы, исполненные в трехмерном пространстве, можно отыскать в интернете. Они просто поражают воображение глубиной и качеством. Компьютерная графика в наше время может все. Ведь рисовать можно не только на бумаге, но и, изучив специальные программы 3D моделирования, на персональном компьютере.
Ниже на рисунках вы увидите завораживающие модели объемного мира трехмерного изображения.
Изображения в трехмерном пространстве, благодаря воссозданию объемности, завораживают душу человека и словно тянут ее за собой, не разрешая ни на секунду оторваться от любования прекрасной картиной.
Если то, что вы увидели в этой статье вам понравилось, и вы захотели продолжить обучаться 3D граффити, то прочтите некоторые советы, которые будут даны ниже:
В нашей статье мы попробовали рисовать 3D рисунки, узнали много нового о том, что такое 3D ручки, что можно сделать собственными руками на день рождения, узнали о том, что модно сейчас в этом стиле.
П оследнее время в мире изобразительного искусства появилось множество новых техник рисования. Некоторые из них возвращаются из прошлого, но есть и совершенно новые современные способы перенесения изображений на бумагу, например, рисование 3D. Наверняка Вы не раз видели в Интернете объемные картинки, нарисованные на бумаге, стенах или даже на асфальте. Глядя на такие изображения, невольно задаешься вопросом: «Как это сделать?», «В чем секрет?!». В этой статье мы расскажем Вам о том, как освоить 3D рисование с самого начала. Подключите к обучению детей, им будет очень интересно, и у Вас обязательно получится что-то особенное!
Прежде чем мы начнем разбираться в том, как рисовать 3D, давайте выясним, что именно представляют собой 3D рисунки. Их рисуют на обычной бумаге при помощи шариковых ручек или цветных карандашей.
Эффект объема создается при помощи виртуозного изображения тени, которую нарисованный предмет отбрасывал бы в реальности, будь он расположен на этом листе бумаги.
Теперь поговорим о том, как рисовать объемно. Прежде всего, нужно очень внимательно рассмотреть предмет, который мы собираемся изобразить. Особое значение имеет тщательная фиксация формы предмета, его текстуры и тени. Для максимально реалистичной передачи эффекта светотени, перед началом работы мы должны определить источники освещения. От этого зависит, каким будет наш предмет на рисунке. Например, если наш предмет расположен близко к источнику света, мы должны изобразить его в светлых тонах, а если, наоборот, далеко, на него будет падать больше тени, и изображать его мы будем в темных оттенках.
После изучения предмета и всех его свойств приступаем непосредственно к рисованию. Вначале, как обычно, делаем набросок для понимания, правильно ли передается свет или нет. Пользуемся светлыми оттенками, поскольку добавить контрастности проще, чем сделать рисунок светлее, постепенно сгущая краски в нужных местах.
Стараемся сделать все переходы между рисунком и его тенью максимально плавными, так у нас получится более реалистичный рисунок. Для создания плавных переходов мы используем мягкий ластик, кусочек ваты или бумаги, растушевывая линии в нужных местах. Помните, что при изображении сложных предметов необходимо мысленно разбивать их на более простые геометрические формы. Так будет проще определить источник света, и понять, как должна вести себя тень того или иного фрагмента.
Как Вы уже знаете, рисовать объемные рисунки можно при помощи обычных канцелярских принадлежностей (карандашей или ручки), но есть и специальное приспособление, позволяющее делать 3D рисунок даже без использования эффекта светотени, – это специальная 3D ручка для рисования. Этот чудо-предмет создает изображение при помощи специального разноцветного пластика, который во время рисования нагревается и выдавливается на бумагу в нужной форме, а после этого мгновенно застывает. Так получаются объемные изображения, их даже можно пощупать, они будут выступать над листом бумаги, естественно, отбрасывая тень.
3D для детей – это новое веяние в развитии творческих способностей малышей, позволяющее им развить пространственное воображение, умение видеть мельчайшие детали и передавать их на бумаге. Объемные рисунки – это настоящее волшебство для ребенка, ведь нарисованный предмет хоть и находится на плоскости, но кажется абсолютно реальным. Вы же наверняка захотите научить своего малыша творить чудеса! Тогда мы расскажем Вам о том, как рисовать 3D рисунки. Сразу оговоримся, создать что-то сложное у Вашего ребенка вряд ли получится, поэтому запаситесь терпением и учитесь постепенно. Первые шаги в объемном рисовании обычно делают с изображений простых геометрических фигур: шара (можно обыграть эту фигуру как изображение мячика или планеты) или параллелепипеда (это будет домик). Но самое простое 3D изображение, которое под силу даже самому маленькому крохе, — это рисунок ладошки или ступни. Вот на их примере мы и расскажем Вам, как сделать рисунок объемным.
Для работы мы берем лист плотной бумаги белого цвета, простой карандаш, ластик, черный фломастер и цветные карандаши.
Вначале мы обводим раскрытую ладошку малыша простым карандашом, чтобы получился только ее контур. Его ни в коем случае нельзя обводить, иначе не получится объемный эффект!
Теперь заштриховываем все пространство листа, кроме того, что занято ладонью, горизонтальными линиями на равном расстоянии друг от друга. В результате у нас получается заштрихованный лист бумаги с ладошкой.
Ладошку мы штрихуем тем же черным фломастером, что и фон, но не горизонтальными линиями, а выпуклыми, соединяя их края с краями горизонтальных линий за пределами контура ладони.
Промежутки между линиями, выпуклыми и горизонтальными, раскрашиваем при помощи цветных карандашей в произвольной цветовой гамме. Наш рисунок готов, осталось повесить его на стенке и отойти на небольшое расстояние, чтобы эффект объема стал заметным.
Как видите, такая техника создания объема довольно проста, ее можно использовать при изображении любого другого предмета, и когда Ваш малыш ее освоит, ему будет проще дальше продвигаться в увлекательном занятии 3D рисованием.
Желаем Вам творческих успехов и красивых рисунков!
Ответ на вопрос, как нарисовать 3d рисунок на бумаге, на самом деле, не так сложен, как кажется, но и не совсем прост. Чтобы освоить технику объемного рисования карандашом, придется не только изучить основы художественного искусства, но и получить представление об игре света и тени. Не отчаивайтесь при первых неудачах — даже не имея врожденного художественного таланта, этому искусству всегда можно научиться.
Как нарисовать 3д рисунок — работаем поэтапно
Перед тем, как нарисовать 3д рисунок, запомните — эффект трехмерного изображения достигается благодаря правильной игре света и тени. Разумеется, на создание такого рисунка потребуется много времени, но результат стоит потраченных усилий. Работая поэтапно, и создавая схематический чертеж будущей композиции, в первую очередь нужно научиться создавать объем. В качестве начальной тренировки можно попробовать изобразить несложную геометрическую фигуру — например, цилиндр.
Следующий шаг — прорисовка теней. Все мы знаем, что каждый предмет отбрасывает тень в сторону, противоположную источнику света. Перед тем, как нарисовать 3d рисунок, внимательно изучите изображаемый предмет: оцените источник света и высоту, на которой он расположен — от этого будет зависеть положение, размер и глубина тени.
Чтобы получить представление о том, как рисовать 3д рисунки, достаточно придерживаться следующей последовательности действий:
Создаем эскиз — вооружитесь листом бумаги, простым карандашом и стирательной резинкой. Лучше, если бумага будет размечена в клетку. Теперь нужно нанести основные базовые линии, которые составят основу будущего рисунка.
Осваиваем технику штриховки — продолжая рисовать 3д, начинаем прорисовку теней. Оцените, с какой стороны на вашей работе расположен источник света и, исходя из этого, сторону объекта, противоположную свету, закрасьте плотно, а подсвеченную заполните частыми вертикальными линиями, чтобы создать эффект более светлой поверхности.
Теперь можно растушевать все при помощи ватного диска, придавая однородность изображению.
Закрепление результата — теперь, когда основные правила нам понятны, пришло время оттачивать мастерство. Давайте попробуем разобраться, как нарисовать 3d лестницу. Для этого рисует ассиметричный квадрат, и с помощью линейки наносим схему будущих ступеней. Когда набросок сделан, приступаем к штриховке — вертикальные стороны ступенек должны быть гораздо темнее, поэтому, здесь нажимаем на карандаш сильнее. Не забывайте о растушевке.
Выбираем объект для первой «пробы пера»
Твердо решив освоить технику триде рисования, вам придется определиться, что же вы будете изображать в самом начале своего творческого пути. Разумеется, первым этапом нужно научиться рисовать простейшие геометрические фигуры — шар, куб, цилиндр или капля воды. Когда такие объекты начнут вам удаваться, можно приступать к животным или мультипликационным персонажам. И только тогда, когда вы отточите мастерство, можно будет браться за более сложные композиции — фрагменты ландшафта или пейзажи, здания и корабли и т.
д. На начальном этапе можно мело копировать чужие идеи — нет ничего плохого в том, чтобы научиться воссоздавать увиденное. Зато в будущем, вашему мастерству художественных иллюзий смогут позавидовать признанные гении мирового искусства.
Объёмные картины на асфальте и стенах домов давно уже стали частью современного изобразительного искусства. Для начинающих осваивать технику 3д рисунка подойдёт обычная бумага.
Лист характеризуют два измерения – длина и ширина. Чтобы придать нарисованному на этой плоской поверхности изображению глубину и объём нужно понимать, что такое линейная перспектива, светотень и ракурс. Сложно создать видимость третьего измерения в рисунке, не учитывая положение изображаемого предмета в пространстве по отношению к зрителю.
Для создания иллюзии объёма в современном искусстве часто используется эффект анаморфоза – искажение проекции изображения, которое становится пропорциональным под определенным углом обзора.
Однако это совсем не новый приём. Хороший пример перспективного анаморфоза – череп на картине «Послы», нарисованной в 1533 г. немецким живописцем Гансом Гольбейном.
Применяет анаморфозу в своих работах современный итальянский художник Алессандро Дидди.
Он добавляет на фото со своими рисунками настоящие предметы – карандаш, ластик или собственную руку, что придаёт картинкам ещё большую реалистичность . Чтобы увидеть форму предмета, одного лишь правильного ракурса недостаточно, необходимо достаточное освещение.
Под ярким светом прожектора объём окружающих предметов сглаживается, они зрительно «уплощаются», а в темноте просто ничего нельзя рассмотреть. Только в сочетании теней и света проявляется объём окружающих нас вещей, поэтому логичная передача светотени так важно для прорисовки 3д картинок. Ещё один принцип рисования в трёх измерениях – линейная перспектива.
Основное правило передачи объёма в 3д рисунке: чем ближе к зрителю изображаемый предмет, тем он больше по отношению к расположенным дальше.
Это касается также и отдельных частей или сторон объекта. Чтобы увидеть, как работает это правило в натуре, достаточно встать в начале длинной прямой улицы и посмотреть в противоположную сторону.
Освоив понятия перспективы, ракурса и светотени, можно приступать к созданию 3д рисунка на бумаге.
Для начинающих полезно будет воспользоваться таким алгоритмом:
Для рисования кроме стола, рук и вдохновения, необходимы:
Предварительный набросок одинаково важен для любого изображения, будь то комикс или декоративное панно. Главная задача эскиза — наметить основу будущего произведения и определить положение фигур.
Для эскиза лучше использовать лёгкие штрихи твердым карандашом (Т или Н), чтобы их легко можно было затереть при необходимости. На этом этапе нужно провести главные линии, очерчивающие границы основных элементов рисунка и придавать им определённую заранее форму. После этого можно приступить к наложению штриховки для передачи светотени.
Логичная передача теней – залог реалистичности изображения трёхмерного объекта. Чем ближе источник света, тем светлее поверхности предметов и наоборот, также затемнение отдельных частей объекта существенно меняется в зависимости от формы.
Например, освещённый слева куб будет иметь светлую левую и постепенно затемняющуюся правую стороны. При этом граница перехода от света к тени будет схожа с ровной линией, параллельной левому ребру фигуры. Если заменить куб шаром – грань тени примет форму полукруга.
Зная теорию можно пробовать создать свои 3д рисунки на бумаге.
Для начинающих лучшей практикой будет повтор чужих работ. Понять логику построения объёмных изображений помогут мастер-классы.
Чтобы нарисовать объёмную руку используется приём «разлиновки». Этот способ идеален для начальных проб в создании иллюзий 3Д на бумаге.
Что нужно:
При взгляде на такую картинку создаётся впечатление, что лист лежит поверх объёмной руки, обтягивая ее как тонкая ткань.
Чтобы изобразить объемное сердечко, также пригодится разлиновка.
Пошагово:
Если всё выполнено верно, восприниматься рисунок будет, как будто объёмное сердечко лежит на мягкой полосатой подушке.
Контрастные полосы сделают реалистичной и нарисованную в странице дыру. Понадобятся карандаш и линейка, так как все линии рисунка прямые. Нарисовать прямоугольник правильной формы ближе к центру листа. Если расположить будущее «отверстие» встык с краем полотна, эффект будет менее заметным.
Рисуем:
Как всегда, начать следует с наброска будущего отверстия. Чем больше изгибов – тем интереснее выглядит результат.
Рисуем:
Смотреть на готовый рисунок следует под углом, вдоль внутренних заломов, тёмная «нижняя» часть – ближе к зрителю.
Лестницы — отличный объект для объёмных изображений.
Рисуем:
Узкие полоски закрыть под углом, чтобы получился ломаный край.Понадобятся карандаши, белая бумага, умелые руки.
Можно нарисовать каплю так, как показано в видео:
Для создания иллюзии вертикального изображения проёма можно добавить стены и пол:
В правой нижней части отчертить прямоугольную часть примерно в треть от всей площади. Соединить левый верхние углы страницы и прямоугольника. Эта диагональ – стык стен, прямоугольник – пол.
Смотреть под углом около 30-45 градусов от правого нижнего угла листа.
Один из секретов иллюзии объёма – отбрасываемая тень. Второй – изменённые пропорции. Часть рисунка дальше от зрителя должна вытягиваться вдоль линии взгляда.
Размах крыльев – не принципиален, но для начинающих осваивать рисунки 3Д на бумаге лучше выбрать вариант в профиль, чтобы прорисовывать одно крыло вместо двух.
Первоначальный эскиз бабочки – пропорциональный, нижний край соответствуют конечному расположению. Отсюда её будет видеть зритель.
Рисуем:
Ластик – предмет небольшой, его 3д копию на бумаге можно срисовать буквально с натуры. Для начала нужно обустроить рабочее место. Закрепить лист, чтобы он не двигался в процессе рисования, установить лампу, чтобы свет падал слева.
Рисуем:
Очень простая 3д иллюзия – картинка с человечком, держащимся за край. Фокус в том, что персонаж расположен одновременно на двух сторонах листа.
Как нарисовать:
Очень эффектны картинки 3д, исполненные в двух плоскостях. Иллюзия объёма проявляется за счёт искажения изображения под углом к линии сгиба листа и изменения пропорций.
Понадобится достаточно жесткая бумага или же тонкий картон.
Пошагово:
Пошагово:
Пошагово:
Пошагово:
Пошагово:
Перечень:
Трудно создать реалистичный объёмный рисунок без понимания того, как ложатся тени на эти фигуры.Чтобы начать осваивать рисование в 3д на бумаге нужно желание, терпение и время, а идеи можно подчерпнуть у великих художников и просто энтузиастов, выставляющих свои работы на тематических сайтах в интернете. Изучение этой техники позволит создавать интересные картинки и открытки с неожиданным содержанием на радость автору и его близким.
3D рисунки для начинающих, смотрите видео-урок:
Как нарисовать 3D рисунок по клеточкам, смотрите в видео-ролике:
Ответ на вопрос о том, как связать сердечко крючком, напрямую зависит от цели его использования. Если вам необходим элемент аппликации, то это будет один способ, если же вы хотите получить объемный вариант, то здесь лучше выбрать иной метод изготовления.
Существует довольно много различных, простых и сложных способов вязания сердец.
Мы расскажем о нескольких, с помощью которых вы с легкостью выполните вязаные сердечки крючком. Схемы отличаются простотой и доступностью. Какую из них вы выберете, решать вам.
На первом фото приведен пример сердечка, вязанного крючком. Это наиболее быстрый и простой вариант, связать который сможет даже ребенок. Это может быть маленькое сердечко крючком, среднего размера или большое. Любое из них вяжется по одинаковой схеме
Начинается его изготовление с вязания квадрата столбиками без накида. Что может быть проще? Вяжем цепочку из 9 воздушных петель, а затем продолжаем работу столбиками без накида. Необходимо связать 9 рядов (это примерное количество). В зависимости от используемой пряжи ее может понадобиться больше или меньше, главное — чтобы в итоге получился квадрат.
Теперь разворачиваем работу таким образом, как будто собираемся продолжить вязание следующего ряда. Делаем два накида и в среднюю петлю стороны квадрата вяжем 10 столбиков с двумя накидами, чередуя их с воздушными петлями.
Далее необходимо выполнить полустолбик в угол квадрата, после чего на следующей стороне повторить вязание столбиков с двумя накидами. Вот и все! Готово ваше сердечко. Вязание крючком этим способом, как уже отмечалось выше, позволяет изготовить сердца разных размеров, от очень маленьких до больших. Размер будет напрямую зависеть от параметров связанной квадратной основы. И, естественно, не забудьте в случае увеличения размера связать большее количество столбиков с накидом. Для гармоничного внешнего вида в экземпляре большого размера нужно будет увеличить и количество накидов в столбиках.
Чтобы связать объемное сердце крючком, можно использовать несколько вариантов. Это может быть сплошное вязание столбиками с накидом или без либо ажурная вязка. И в том, и в другом случае вязать нужно две одинаковые половинки, которые будут сшиваться друг с другом. Именно за счет этого приема и будет создаваться объем.
Ниже приведена схема вязания сердца, поясняющая, как связать сердечко крючком.
Начинается вязание с трех воздушных петель, в среднюю из которых провязываются три столбика без накида. Далее согласно схеме выполняются прибавления путем провязывания двух столбиков в одну петлю. Убавления делают, оставляя непровязанной петлю предыдущего ряда там, где это необходимо (по схеме).
Связать нужно две одинаковые половинки сердца. Можно использовать столбики без накида либо столбики с накидом, как на следующем фото.
Следующий этап подразумевает соединение двух частей в одно целое объемное сердце. Делать это можно, используя иголку с ниткой, либо при помощи крючка. Набить сердечко можно обычной ватой, либо более современными материалами, такими как холлофайбер.
Если вы хотите связать объемное сердце, но ажурной вязкой, то такой вариант тоже возможен.
Но объем в этом случае будет создаваться за счет воздушного пространства. Готовое сердечко необходимо накрахмалить и высушить, используя подходящую форму. В качестве декоративных элементов к этому сердцу можно использовать атласные ленточки.
Что касается первого объемного варианта, выполненного сплошной вязкой, то придать ему оригинальность и изысканность можно, выполнив отделку по всему периметру, например в технике вязания колечек из воздушных петель или столбиков с накидом. Как раз на следующем фото представлен вариант желтого сердца с отделкой.
Как связать сердечко крючком, теперь вы знаете, а вот как использовать такое декоративное украшение, решайте сами. Это может быть елочная игрушка или игольница. Быть может, вы придумаете и другие оригинальные варианты применения.
Следующий вариант вязания сердца подойдет для использования изделия в качестве подставки под горячее или прихватки. Вяжется оно очень просто и быстро. Прочитав изложенное ниже описание, вы быстро сориентируетесь в том, как связать сердечко крючком.
Начинается вязание с воздушных петель, соединенных в колечко. Далее в середину кольца вяжутся столбики с накидом, пока они полностью не заполнят внутреннее пространство.
Следующий ряд также вяжется столбиками с накидом. А вот третий будет отличаться от предыдущих, и техника вязания поменяется. Продолжать вязание будем не по кругу, а сначала в одну сторону, потом в другую. В нижней части сердца будем вязать столбики без накида, а в верхней столбики с накидом, а для большей выразительности можно использовать и столбики с двумя накидами. Последний столбик каждого ряда нужно вязать без накида. Таким образом у вас получится форма сердца. Для того чтобы увеличить размер сердечка, необходимо провязать большее количество круговых рядов в начале работы, а далее продолжить вязание вышеописанным способом.
Красивым и изысканным украшение интерьера может послужить салфетка, выполненная из ажурных сердец. Для вязания ее элементов используется способ, описанный первым.
Связать необходимо четыре одинаковых сердца. После чего выполняем их отделку, обвязывая по периметру следующим способом. В нижней части чередуем столбики с накидом и воздушные петли, в верхней части — два столбика с накидом с одной воздушной петлей.
Следующий ряд будет выполняться так: четыре воздушные петли, один полустолбик, который присоединяется через одну петлю. Это последний ряд. После его выполнения можно переходить к соединению сердец между собой. На фото видно, в какой части нужно выполнить соединение. Для этого можно использовать тонкий крючок и нитки в тон салфетки либо иглу. Готовую салфетку необходимо накрахмалить. Связав несколько таких салфеток, можно красиво сервировать праздничный стол. Гости обязательно обратят внимание на ваше старание и умелые руки.
Рентген
На рентгене можно видеть аортальную конфигурацию сердца: выбухание дуги левого желудочка, выбухание восходящей аорты, тень сердца увеличена вправо и усилен легочный рисунок.
ЭХОКГ
Структура аортального клапана – деформация, кальциноз, нарушение движения створок. Описание регургитации на аортальном клапане и описание камер сердца (дилатация и гипертрофия левого желудочка).
Диагностические критерии
• Клапанные (прямые) критерии аортальной недостаточности: диастолический шум, ослабление 2 тона, аортальная регургитация, отсутствие смыкания створок АК
• Левожелудочковые (косвенные) критерии: гипертрофия левого желудочка, дилатация
• Периферические критерии: низкое диастолическое давление, рост систолического давления, боли в сердце за счет перерастяжения коронарных сосудов, шум Траубе.
Степени аортальной недостаточности по Мухарлямову
• 1ст – незначительная выраженность. Небольшой диастолический шум в точке Боткина, незначительная гипертрофия левого желудочка
• 2 ст – умеренная. Диастолический шум интенсивнее, проводится на верхушку, ослабление 2 тона, увеличение конечного систолического размера (до 5,5 см) и конечного диастолического размера (до 7 см)
• 3 ст.
– резкая выраженность. Диастолический шум над всеми точками, отсутствие 2 тона, значительное увеличение конечного систолического и диастолического размера.
Лечение
Консервативное лечение сводится к лечению хронической сердечной недостаточности. Хирургическое лечение – обсуждается имплантация клапана при клинических проявлениях и выраженном увеличении левого желудочка.
Комбинированный порок аортального клапана
Комбинированный порок – это сочетание и стеноза и недостаточности аортального клапана. По рентгену можно увидеть аортальную конфигурацию сердца. Кроме этого наблюдается гипертрофия левого желудочка, грубый систолический шум (признак аортального стеноза) и мягкий диастолический шум (признак аортальной недостаточности). Рост пульсового давления и объемная перегрузка (признак аортальной недостаточности). Если формируется систолическая перегрузка и гипертрофия левого желудочка концентрическая, а пульсовое давление в норме – это преобладание аортального стеноза.
Решение принимается по данным ЭХОКГ или же по ангиографии. Необходимо выявить, какой порок преобладает: стеноз или недостаточность. Выбор в пользу комиссуротомии или в пользу протезирования клапана.
В последнее время считается, что единственным эффективным и радикальным методом лечения таких пациентов является протезирование аортального клапана.
Дифференциальный диагноз пороков сердца по данным физикального обследования
Комм. АКМ. Авторская рукопись; доступно в PMC 2019 29 октября.
Опубликовано в окончательной отредактированной форме как:
PMCID: PMC6818726
NIHMSID: NIHMS1054879
Использование данных магнитной маркировки нормальных и
аномальных сердец для лучшего понимания механических функций.
научный сотрудник отдела компьютерных и информационных наук Университета Рутгерса.
доцент кафедры биомедицины Университета Рутгерса
Инженерия и Отдел компьютерных и информационных наук.
Профессор информатики и биомедицинской инженерии и директор Центра вычислительной биомедицины, визуализации и моделирования в Рутгерсе, Университет штата Нью-Джерси.
Профессор радиологии и директор отделения визуализации сердца Медицинской школы Нью-Йоркского университета.
Пак Кёнджу, научный сотрудник отделения компьютерных и информационных наук Университета Рутгерса.
Разрешение на изготовление цифровых или печатных копий всей или части этой работы для личного использования или использования в классе предоставляется бесплатно при условии, что копии не изготавливаются и не распространяются с целью получения прибыли или коммерческой выгоды, и что на копиях имеется это уведомление и полная ссылка на первая страница.Чтобы копировать иным образом, переиздавать, размещать на серверах или распространять в списках, требуется предварительное специальное разрешение и/или плата.
Заболевания сердца являются основной причиной смерти в западном мире, и, следовательно, изучение нормального и патологического поведения сердца является активной областью исследований.
В частности, изучение формы и движения сердца важно, потому что многие сердечные заболевания тесно связаны с этими двумя факторами. Человеческое сердце состоит из двух отдельных насосов: правого сердца, которое перекачивает кровь через легкие, и левого сердца, которое перекачивает кровь через периферические органы.В свою очередь, каждое из этих «сердец» представляет собой двухкамерный насос, состоящий из предсердия и желудочка. Специальные механизмы в сердце обеспечивают сердечный ритм и передают потенциалы действия по всей сердечной мышце, вызывая ритмическое расслабление сердца (диастолу) и сокращение (систолу).
Понимание механики сердца имеет решающее значение для клинических исследований, а также для диагностики и ухода за пациентами. Методы визуализации, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвук, компьютерная томография (КТ) и рентген, обеспечивают неинвазивные методы исследования внутренних органов in vivo.Часто 2D-срезы можно комбинировать для создания объемной 3D-модели.
Изображения, полученные с течением времени, делают возможным анализ 4D (3D плюс время), но точную и эффективную интерпретацию этих данных трудно достичь. Эти методы могут предоставить огромное количество данных, и когда они представлены в виде 2D-изображений, для их интерпретации обычно требуется опытный анатом. Более того, всестороннее понимание диастолы и систолы затруднено, потому что, когда сердце бьется, некоторые структуры становятся невидимыми, а затем снова становятся видимыми, когда они перемещаются по фиксированным плоскостям изображения, полученным сканером.Интерпретация изображения еще более затруднена из-за артефактов, вызванных движением объекта. Стоимость полной ручной интерпретации данных специалистом-кардиологом/рентгенологом непомерно высока для рутинного анализа данных. Однако автоматизированная система анализа обещает снизить затраты на интерпретацию и является первым шагом на пути к объективному количественному анализу, а не к субъективному качественному анализу. Кроме того, автоматизированная система анализа может быть использована для изучения корреляции между конкретными заболеваниями и регионарными изменениями формы и движения сердца.
Для нашего исследования мы используем магнитно-резонансную томографию, называемую SPAMM (пространственная модуляция намагниченности [2]). Преимущество метода SPAMM по сравнению с другими методами визуализации, такими как ультразвук и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) [10], заключается в том, что ряд материальных точек в стенках миокарда можно маркировать неинвазивно и отслеживать, обеспечивая истинное трехмерное движение сердечной мышцы. сердечная мышца с течением времени. При использовании традиционных методов визуализации отслеживание ограничивается формой внутреннего и внешнего контуров стенки сердца.Наши данные обычно состоят из трех наборов изображений сердца: два содержат вид по короткой оси, а один содержит вид по длинной оси. Мы комбинируем эти наборы для отслеживания 3D материальных точек в сердце.
Основной метод анализа данных изображений сердца, ручной метод, при котором опытный анатом направляет геометрическую модель в соответствии с данными, по своей сути зависит от способностей клинициста.
Мы стремимся разработать автоматизированный метод анализа, чтобы уменьшить субъективность, стоимость и время, необходимое для анализа.Кроме того, мы хотим разработать количественный анализ, чтобы углубить знания о механической функции нормального и аномального сердца. Автоматизированный анализ должен решать следующие задачи:
Извлечение 3D-информации из 2D-срезов;
Расчет соответствия: точное движение живой ткани во времени;
Создание анатомически правильной модели сердца;
Положения для нормальных вариаций с базовой геометрической моделью; и
Связь полученных геометрических данных и данных движения с конкретными заболеваниями.
Из-за сложной формы сердца мы используем конечно-элементное моделирование, чтобы найти распределение нагрузки по всему сердцу во время сокращения. Кроме того, когда доступны предварительные знания о свойствах материала сердца, мы можем включить их в модель и использовать определяющие уравнения, основанные на механике сплошной среды, для расчета регионального напряжения.
В нашем анализе мы используем метод на основе деформируемой модели для автоматической сегментации и анализа объема сердца по изображениям и метод моделирования методом конечных элементов для оценки механических свойств сердечной мышцы.Наш метод позволяет проводить индивидуальный анализ механической функции сердца.
В последние годы моделирование и анализ движения сердца успешно проводились для левого желудочка (ЛЖ) [1, 3, 9, 10, 12]. ЛЖ моделировался изоповерхностью с использованием вытянутых сфероидальных координат; Для моделирования ЛЖ использовались В-сплайны [1]. Функции параметров [12] привели к хорошему описанию формы и движения ЛЖ. Форма и движение во времени были оценены и представлены в терминах соответствующих параметров.
Методы, использующие трехмерные деформируемые модели для анализа изображений сердца, использовались в основном для ЛЖ. Большинство этих методов разработали модель LV как обобщение суперэллипсоида.
Было проведено несколько первоначальных исследований правого желудочка (ПЖ) [4], геометрия которого намного сложнее. Эндокард ПЖ, состоящий из свободной стенки и стенки перегородки, в поперечном сечении имеет вид полумесяца и имеет в основании тракты притока и оттока.
Клинически полезного метода автоматизированного трехмерного анализа формы и движения всего сердца пока не существует.3D-моделирование может обеспечить визуализацию формы сердца, которую необходимо представлять, когда в клинической практике используются только 2D-изображения. 4D-моделирование может точно отображать движение сердца во время систолы и диастолы и потенциально может повлиять на более раннюю диагностику заболевания.
За последние два десятилетия подход с использованием деформируемых моделей получил широкое распространение в графических, визуальных, развлекательных и медицинских приложениях. Деформируемые модели широко используются для моделирования и анимации нежестких объектов, и было разработано множество подходов.
Деформация объектов была смоделирована на основе физики; деформация в реальном времени была возможна с некоторыми предположениями. В медицинских приложениях точное моделирование свойств мягких тканей является наиболее важным, даже ценой скорости и простоты. Используя определяющие уравнения, полученные из теории упругости, метод конечных элементов (FEM) может точно моделировать механику мягких тканей. Поэтому в медицинских приложениях МКЭ используется для вычислительного моделирования.
Подход, основанный на моделировании, продемонстрировал свою эффективность при анализе медицинских изображений, где точность имеет первостепенное значение при часто неточных данных.Даже недостаточная информация может быть использована для создания разумной модели в сочетании с базовой универсальной моделью: мы можем воспользоваться предварительной информацией о форме и угадать аналогичную начальную форму. Модель должна быть в состоянии охватить варианты объекта. Однако сложность и изменчивость формы сердца у людей затрудняет создание подходящей деформируемой модели.
Здесь мы представляем краткий и общий метод представления трехмерной формы сердца для анализа изображения сердца [11].В нашем методе используется метод булевых операций твердотельного моделирования для деформируемой модели. Мы строим деформируемую модель смешанной формы, используя примитивы деформируемой модели. Исходная форма спроектирована анатомически правильно. Модель имеет три стенки: эндокард ЛЖ, эндокард ПЖ и всю наружную стенку. Каждая стена разделена в соответствии со своими сферическими координатами, и эти элементы соединяются с соответствующими элементами в другой стене для построения объемной конечно-элементной модели сердца.Модель реконструирует индивидуальную трехмерную форму сердца пациента путем адаптивного изменения набора функций параметров. Уточнение функций параметров определяется с точки зрения того, насколько хорошо модель восстанавливает форму, определяемую ее соответствием граничным точкам данных, сегментированным из изображений SPAMM. В нашем подходе мы обычно делаем 12 срезов по короткой оси и девять срезов по длинной оси во время систолы.
Конечный диастолический 3D-сердце реконструирован, и эволюция формы для конечного диастолического периода не определена.
Большинство исследований сердца на основе моделей проводилось на левом желудочке из-за его простой формы и важности для циркуляции крови. Форма ЛЖ напоминает эллипсоид и может быть легко реконструирована с использованием эллипсоидов с параметрическими функциями [12]. Однако сложная форма всего сердца, включая ЛЖ, ПЖ, левое и правое предсердия, затрудняет создание полной математической модели сердца.
Для эффективного моделирования сердца мы используем смешивание деформируемых примитивов [11].Смешивание можно описать, используя физическую аналогию разделения поверхностей и их склеивания. Результат смешивания создает более широкий репрезентативный класс деформируемых примитивов. Смешивание начинается с двух основных форм, которые затем сопоставляются с новым доменом. Объединение двух фигур для формирования смешанной формы включает в себя указание сохраненных частей этих фигур, а также то, как перекрывающиеся части соединяются друг с другом.
Используя этот метод, мы можем создать анатомически правильную и математически правильную модель сердца.
Наша методика создает смешанный деформируемый примитив с пространственно изменяющимися параметрическими функциями для моделирования желудочков ЛЖ и ПЖ [11]. Форма ЛЖ исходно базируется на примитиве суперэллипсоида путем замены постоянного параметра дифференцируемыми функциями параметров [12]. Форма RV изначально основана на смешивании двух примитивов суперэллипсоида с функциями параметров. Два суперэллипсоида смешиваются, чтобы сделать плоские сечения серентичными. Затем каждая стена определяется параметризацией широта-долгота с использованием материальных координат u = (u, v).Эти исходные формы затем деформируются на основе подхода FEM, чтобы зафиксировать точную форму комбинированной модели LV-RV. Структурная связь LV и RV определяется с использованием параметров связи. Параметры отношения включают относительное смещение и вращение ПЖ по отношению к ЛЖ.
Одним из наиболее трудоемких процессов в МР-анализе сердца с метками является выделение меток и границ [4, 7, 9, 11].
Более трудоемким и длительным из этих двух процессов является выделение границ (выделение границ еще сложнее в других модальностях, таких как ультразвук [10]).показывает результаты ручного процесса, который занимает от 5 до 10 часов, в зависимости от уровня прослеживаемой детализации. Этот процесс требует, чтобы опытный анатом инициализировал и направлял активные контуры, называемые змеями, к эндокарду и эпикарду, а затем инициализировал и направлял семейство параллельных активных контуров к меткам.
Основные необходимые данные (границы и метки) для каждого изображения по короткой оси MRI-SPAMM: (слева) вид по короткой оси в конце диастолы; (справа) Среднее сокращение по короткой оси.
Важно отслеживать поверхности сердца, а не только метки.Поверхности используются для улучшения вычисления отслеживания тегов и могут помочь определить и отследить расположение ключевых анатомических особенностей для межсубъектного анализа. Поверхности сердца могут использоваться непосредственно для измерения фракции выброса и толщины стенки, а также могут использоваться в качестве начальных условий для решателя гидромеханики для моделирования характерных для пациента моделей кровотока [6] и для инициализации конечно-элементной модели деформации.
анализ [11]. Поскольку обычно 80% времени, необходимого аналитику, уходит на оконтуривание стенок ЛЖ и ПЖ, мы разработали процесс сегментации, который автоматически определяет эти контуры, облегчая эту задачу для анатома (см. Ресурсы).Такие исследователи, как [3], пытались решить эту проблему, их внимание было сосредоточено в первую очередь на локализации стенок более крупного, более легко сегментируемого левого желудочка, и результаты, как правило, требовали значительной ручной коррекции до 25% контуров. Эндокард трудно обнаружить, потому что часто наблюдается небольшой контраст интенсивности между кровью и миокардом или переменная интенсивность крови в полостях правого и левого желудочка. Эпикард трудно сегментировать, потому что он часто закрыт другими структурами тела, такими как слой жира, печень и грудная стенка, которые могут иметь такую же интенсивность, как и миокард.
Пример результатов алгоритма автоматического определения границ для ЛЖ и ПЖ, а также путей притока и оттока ПЖ.
Наш метод состоит из последовательности шагов обработки изображения, за которыми следует расчет сил в каждой плоскости изображения, а затем эволюция деформируемой модели до достижения сходимости [8]. Наш подход может: учитывать неравномерность интенсивности, вызванную поверхностными катушками, используемыми в процессе визуализации [8]; автоматически сегментировать границы сердца во время сокращения на основе использования статистики интенсивности; автоматически инициализировать объемную модель [8]; и автоматически извлекайте и встраивайте строки тегов в объемную модель.
На основе автоматизированной сегментации границ сердца и ключевых линий мы создаем динамические модели, которые деформируются под действием сил, рассчитанных на основе данных [11]. Модель сходится к желаемой форме, когда внешние силы уменьшаются до нуля, а остаточное движение незначительно.
Процесс оценки (см. ) включает численное интегрирование уравнений движения Лагранжа по времени и использование нелинейной теории конечных элементов.
Результирующие напряжения и деформации, включая ориентацию сердечных волокон, затем рассчитываются и используются для анализа сердечной функции и дифференциации болезненных и нормальных состояний [5, 11].
В верхнем ряду показана оценка эндокарда ЛЖ-ПЖ и эпикарда на срезах с метками МРТ для нормального сердца. Второй ряд показывает нормальное и аномальное сердце в конце диастолы. Эндокард ПЖ у пациента с гипертрофией ПЖ значительно больше, чем у нормального сердца: (а) нормальное сердце (б) сердце с гипертрофией ПЖ.Третий ряд показывает движение модели сердца во время систолы. Наконец, в четвертом ряду показана конечно-элементная модель желудочков, полученная с помощью МРТ, с локальными углами волокон (синий), полученными из данных in vitro, наложенных в соответствующих местах в субэндокарде (слева) и субэпикарде (справа).
В то время как качественная оценка регионарного движения стенки сердца с помощью изображений, таких как МРТ, уже полезна, количественные данные, которые могут быть получены с помощью автоматического анализа помеченных данных МРТ, гораздо более ценны.
Преодоление прежних барьеров, связанных с трудоемкими ручными методами анализа, позволит нам количественно анализировать влияние 3D-движения на важные клинические состояния, такие как ишемия миокарда, гипертрофия или недостаточность, и наблюдать за такими пациентами с течением времени. Это приведет как к лучшему пониманию этих заболеваний, так и к лучшему лечению пациентов, страдающих от конкретных заболеваний.
Основным ограничением этих методов является качество анализируемых изображений.Артефакты изображения, размытие из-за ограниченного разрешения и неправильная регистрация из-за движения пациента могут поставить под угрозу эффективность полностью автоматизированного анализа и привести к необходимости в некоторых интерактивных руководствах в таких случаях. Однако подход деформируемой модели должен обеспечить надежные средства регуляризации проблемы реконструкции движения в таких случаях.
Мы разработали методы автоматического извлечения границ сердца и тегов в изображениях SPAMM.
Наши смешанные деформируемые модели с параметрическими функциями могут дать краткое и количественное описание формы сердца и его движения. Эти функции параметров формы можно использовать для классификации нормальной формы сердца с помощью подходящего тренировочного набора. Анализ движения также дает очень важную информацию: поскольку некоторые заболевания связаны с изменениями сердечного ритма, мы можем определить связь между движением стенки сердца, кровотоком и заболеванием [6]. Региональные движения стенок также сообщают о том, где происходит аномальное движение.Кроме того, моделирование зависимости напряжения от деформации стенки желудочка позволяет оценить свойства материала желудочка [5].
Пак Кёнджу, научный сотрудник отдела компьютерных и информационных наук Университета Рутгерса.
Альберт Монтильо, доцент кафедры биомедицины Университета Рутгерса Инженерия и Отдел компьютерных и информационных наук.
Димитрис Метаксас, профессор компьютерных наук и биомедицинской инженерии и директор Центра вычислительной биомедицины, визуализации и моделирования в Рутгерсе, Государственный университет Нью-Джерси.
Леон Аксель, профессор радиологии и директор отделения визуализации сердца Медицинской школы Нью-Йоркского университета.
Анализ медицинских изображений
7, 4 (декабрь
2003), 435–444. [PubMed] [Google Scholar]6. Джонс Т. и Метаксас Д.
Индивидуальный анализ кровотока в левом желудочке
Вычисление изображений и вмешательство с помощью компьютера – MICCAI (Кембридж, Массачусетс, октябрь
1998), 156–166. [Google Академия]7. Кервин В., Осман Н. и Принц Дж.
Обработка и анализ изображений в МРТ сердца с метками В Бэнкмане I, Эд., Справочник по медицинской визуализации: обработка и анализ, 2000. [Google Scholar]8. Монтильо А
Автоматизированное построение объемной модели и динамическая сегментация желудочков сердца на МРТ с тегами
Ф.Диссертация, Пенсильванский университет, 2004 г. [Google Scholar]9. Озтюрк С и Маквей Э.
Четырехмерный анализ движения на основе B-сплайнов помеченных МРТ-изображений сердца В материалах SPIE Medical Imaging
99, (Сан-Диего, Калифорния, февраль
1999). [Google Академия] 10. Пападеметрис X, Синусас А, Диона Д и Дункан Дж.
Оценка 3D деформации левого желудочка по данным эхокардиографии. Анализ медицинских изображений (2001).
[PubMed] [Google Scholar] 11. Пак К., Метаксас Д. и Аксель Л.
Модель конечных элементов для функционального анализа 4D-изображений МРТ с пометкой сердца. В материалах MICCAI.
2003.(Монреаль, Канада:), 491–498. [Google Академия] 12. Пак Джей, Метаксас Д и Аксель Л
Анализ движения стенки левого желудочка на основе объемных деформируемых моделей и МРТ-СПАММ. Анализ медицинских изображений
1, 1 (1996), 53–81. [PubMed] [Google Scholar]Commun ACM. Авторская рукопись; доступно в PMC 2019 29 октября.
Опубликовано в окончательной отредактированной форме как:
PMCID: PMC6818726
NIHMSID: NIHMS1054879
Использование данных магнитной маркировки нормальных и
аномальных сердец для лучшего понимания механических функций.
научный сотрудник отдела компьютерных и информационных наук Университета Рутгерса.
доцент кафедры биомедицины Университета Рутгерса
Инженерия и Отдел компьютерных и информационных наук.
Профессор информатики и биомедицинской инженерии и директор Центра вычислительной биомедицины, визуализации и моделирования в Рутгерсе, Университет штата Нью-Джерси.
Профессор радиологии и директор отделения визуализации сердца Медицинской школы Нью-Йоркского университета.
Пак Кёнджу, научный сотрудник отделения компьютерных и информационных наук Университета Рутгерса.
Разрешение на изготовление цифровых или печатных копий всей или части этой работы для личного использования или использования в классе предоставляется бесплатно при условии, что копии не изготавливаются и не распространяются с целью получения прибыли или коммерческой выгоды, и что на копиях имеется это уведомление и полная ссылка на первая страница.Чтобы копировать иным образом, переиздавать, размещать на серверах или распространять в списках, требуется предварительное специальное разрешение и/или плата.
Заболевания сердца являются основной причиной смерти в западном мире, и, следовательно, изучение нормального и патологического поведения сердца является активной областью исследований.
В частности, изучение формы и движения сердца важно, потому что многие сердечные заболевания тесно связаны с этими двумя факторами. Человеческое сердце состоит из двух отдельных насосов: правого сердца, которое перекачивает кровь через легкие, и левого сердца, которое перекачивает кровь через периферические органы.В свою очередь, каждое из этих «сердец» представляет собой двухкамерный насос, состоящий из предсердия и желудочка. Специальные механизмы в сердце обеспечивают сердечный ритм и передают потенциалы действия по всей сердечной мышце, вызывая ритмическое расслабление сердца (диастолу) и сокращение (систолу).
Понимание механики сердца имеет решающее значение для клинических исследований, а также для диагностики и ухода за пациентами. Методы визуализации, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвук, компьютерная томография (КТ) и рентген, обеспечивают неинвазивные методы исследования внутренних органов in vivo.Часто 2D-срезы можно комбинировать для создания объемной 3D-модели.
Изображения, полученные с течением времени, делают возможным анализ 4D (3D плюс время), но точную и эффективную интерпретацию этих данных трудно достичь. Эти методы могут предоставить огромное количество данных, и когда они представлены в виде 2D-изображений, для их интерпретации обычно требуется опытный анатом. Более того, всестороннее понимание диастолы и систолы затруднено, потому что, когда сердце бьется, некоторые структуры становятся невидимыми, а затем снова становятся видимыми, когда они перемещаются по фиксированным плоскостям изображения, полученным сканером.Интерпретация изображения еще более затруднена из-за артефактов, вызванных движением объекта. Стоимость полной ручной интерпретации данных специалистом-кардиологом/рентгенологом непомерно высока для рутинного анализа данных. Однако автоматизированная система анализа обещает снизить затраты на интерпретацию и является первым шагом на пути к объективному количественному анализу, а не к субъективному качественному анализу. Кроме того, автоматизированная система анализа может быть использована для изучения корреляции между конкретными заболеваниями и регионарными изменениями формы и движения сердца.
Для нашего исследования мы используем магнитно-резонансную томографию, называемую SPAMM (пространственная модуляция намагниченности [2]). Преимущество метода SPAMM по сравнению с другими методами визуализации, такими как ультразвук и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) [10], заключается в том, что ряд материальных точек в стенках миокарда можно маркировать неинвазивно и отслеживать, обеспечивая истинное трехмерное движение сердечной мышцы. сердечная мышца с течением времени. При использовании традиционных методов визуализации отслеживание ограничивается формой внутреннего и внешнего контуров стенки сердца.Наши данные обычно состоят из трех наборов изображений сердца: два содержат вид по короткой оси, а один содержит вид по длинной оси. Мы комбинируем эти наборы для отслеживания 3D материальных точек в сердце.
Основной метод анализа данных изображений сердца, ручной метод, при котором опытный анатом направляет геометрическую модель в соответствии с данными, по своей сути зависит от способностей клинициста.
Мы стремимся разработать автоматизированный метод анализа, чтобы уменьшить субъективность, стоимость и время, необходимое для анализа.Кроме того, мы хотим разработать количественный анализ, чтобы углубить знания о механической функции нормального и аномального сердца. Автоматизированный анализ должен решать следующие задачи:
Извлечение 3D-информации из 2D-срезов;
Расчет соответствия: точное движение живой ткани во времени;
Создание анатомически правильной модели сердца;
Положения для нормальных вариаций с базовой геометрической моделью; и
Связь полученных геометрических данных и данных движения с конкретными заболеваниями.
Из-за сложной формы сердца мы используем конечно-элементное моделирование, чтобы найти распределение нагрузки по всему сердцу во время сокращения. Кроме того, когда доступны предварительные знания о свойствах материала сердца, мы можем включить их в модель и использовать определяющие уравнения, основанные на механике сплошной среды, для расчета регионального напряжения.
В нашем анализе мы используем метод на основе деформируемой модели для автоматической сегментации и анализа объема сердца по изображениям и метод моделирования методом конечных элементов для оценки механических свойств сердечной мышцы.Наш метод позволяет проводить индивидуальный анализ механической функции сердца.
В последние годы моделирование и анализ движения сердца успешно проводились для левого желудочка (ЛЖ) [1, 3, 9, 10, 12]. ЛЖ моделировался изоповерхностью с использованием вытянутых сфероидальных координат; Для моделирования ЛЖ использовались В-сплайны [1]. Функции параметров [12] привели к хорошему описанию формы и движения ЛЖ. Форма и движение во времени были оценены и представлены в терминах соответствующих параметров.
Методы, использующие трехмерные деформируемые модели для анализа изображений сердца, использовались в основном для ЛЖ. Большинство этих методов разработали модель LV как обобщение суперэллипсоида.
Было проведено несколько первоначальных исследований правого желудочка (ПЖ) [4], геометрия которого намного сложнее. Эндокард ПЖ, состоящий из свободной стенки и стенки перегородки, в поперечном сечении имеет вид полумесяца и имеет в основании тракты притока и оттока.
Клинически полезного метода автоматизированного трехмерного анализа формы и движения всего сердца пока не существует.3D-моделирование может обеспечить визуализацию формы сердца, которую необходимо представлять, когда в клинической практике используются только 2D-изображения. 4D-моделирование может точно отображать движение сердца во время систолы и диастолы и потенциально может повлиять на более раннюю диагностику заболевания.
За последние два десятилетия подход с использованием деформируемых моделей получил широкое распространение в графических, визуальных, развлекательных и медицинских приложениях. Деформируемые модели широко используются для моделирования и анимации нежестких объектов, и было разработано множество подходов.
Деформация объектов была смоделирована на основе физики; деформация в реальном времени была возможна с некоторыми предположениями. В медицинских приложениях точное моделирование свойств мягких тканей является наиболее важным, даже ценой скорости и простоты. Используя определяющие уравнения, полученные из теории упругости, метод конечных элементов (FEM) может точно моделировать механику мягких тканей. Поэтому в медицинских приложениях МКЭ используется для вычислительного моделирования.
Подход, основанный на моделировании, продемонстрировал свою эффективность при анализе медицинских изображений, где точность имеет первостепенное значение при часто неточных данных.Даже недостаточная информация может быть использована для создания разумной модели в сочетании с базовой универсальной моделью: мы можем воспользоваться предварительной информацией о форме и угадать аналогичную начальную форму. Модель должна быть в состоянии охватить варианты объекта. Однако сложность и изменчивость формы сердца у людей затрудняет создание подходящей деформируемой модели.
Здесь мы представляем краткий и общий метод представления трехмерной формы сердца для анализа изображения сердца [11].В нашем методе используется метод булевых операций твердотельного моделирования для деформируемой модели. Мы строим деформируемую модель смешанной формы, используя примитивы деформируемой модели. Исходная форма спроектирована анатомически правильно. Модель имеет три стенки: эндокард ЛЖ, эндокард ПЖ и всю наружную стенку. Каждая стена разделена в соответствии со своими сферическими координатами, и эти элементы соединяются с соответствующими элементами в другой стене для построения объемной конечно-элементной модели сердца.Модель реконструирует индивидуальную трехмерную форму сердца пациента путем адаптивного изменения набора функций параметров. Уточнение функций параметров определяется с точки зрения того, насколько хорошо модель восстанавливает форму, определяемую ее соответствием граничным точкам данных, сегментированным из изображений SPAMM. В нашем подходе мы обычно делаем 12 срезов по короткой оси и девять срезов по длинной оси во время систолы.
Конечный диастолический 3D-сердце реконструирован, и эволюция формы для конечного диастолического периода не определена.
Большинство исследований сердца на основе моделей проводилось на левом желудочке из-за его простой формы и важности для циркуляции крови. Форма ЛЖ напоминает эллипсоид и может быть легко реконструирована с использованием эллипсоидов с параметрическими функциями [12]. Однако сложная форма всего сердца, включая ЛЖ, ПЖ, левое и правое предсердия, затрудняет создание полной математической модели сердца.
Для эффективного моделирования сердца мы используем смешивание деформируемых примитивов [11].Смешивание можно описать, используя физическую аналогию разделения поверхностей и их склеивания. Результат смешивания создает более широкий репрезентативный класс деформируемых примитивов. Смешивание начинается с двух основных форм, которые затем сопоставляются с новым доменом. Объединение двух фигур для формирования смешанной формы включает в себя указание сохраненных частей этих фигур, а также то, как перекрывающиеся части соединяются друг с другом.
Используя этот метод, мы можем создать анатомически правильную и математически правильную модель сердца.
Наша методика создает смешанный деформируемый примитив с пространственно изменяющимися параметрическими функциями для моделирования желудочков ЛЖ и ПЖ [11]. Форма ЛЖ исходно базируется на примитиве суперэллипсоида путем замены постоянного параметра дифференцируемыми функциями параметров [12]. Форма RV изначально основана на смешивании двух примитивов суперэллипсоида с функциями параметров. Два суперэллипсоида смешиваются, чтобы сделать плоские сечения серентичными. Затем каждая стена определяется параметризацией широта-долгота с использованием материальных координат u = (u, v).Эти исходные формы затем деформируются на основе подхода FEM, чтобы зафиксировать точную форму комбинированной модели LV-RV. Структурная связь LV и RV определяется с использованием параметров связи. Параметры отношения включают относительное смещение и вращение ПЖ по отношению к ЛЖ.
Одним из наиболее трудоемких процессов в МР-анализе сердца с метками является выделение меток и границ [4, 7, 9, 11].
Более трудоемким и длительным из этих двух процессов является выделение границ (выделение границ еще сложнее в других модальностях, таких как ультразвук [10]).показывает результаты ручного процесса, который занимает от 5 до 10 часов, в зависимости от уровня прослеживаемой детализации. Этот процесс требует, чтобы опытный анатом инициализировал и направлял активные контуры, называемые змеями, к эндокарду и эпикарду, а затем инициализировал и направлял семейство параллельных активных контуров к меткам.
Основные необходимые данные (границы и метки) для каждого изображения по короткой оси MRI-SPAMM: (слева) вид по короткой оси в конце диастолы; (справа) Среднее сокращение по короткой оси.
Важно отслеживать поверхности сердца, а не только метки.Поверхности используются для улучшения вычисления отслеживания тегов и могут помочь определить и отследить расположение ключевых анатомических особенностей для межсубъектного анализа. Поверхности сердца могут использоваться непосредственно для измерения фракции выброса и толщины стенки, а также могут использоваться в качестве начальных условий для решателя гидромеханики для моделирования характерных для пациента моделей кровотока [6] и для инициализации конечно-элементной модели деформации.
анализ [11]. Поскольку обычно 80% времени, необходимого аналитику, уходит на оконтуривание стенок ЛЖ и ПЖ, мы разработали процесс сегментации, который автоматически определяет эти контуры, облегчая эту задачу для анатома (см. Ресурсы).Такие исследователи, как [3], пытались решить эту проблему, их внимание было сосредоточено в первую очередь на локализации стенок более крупного, более легко сегментируемого левого желудочка, и результаты, как правило, требовали значительной ручной коррекции до 25% контуров. Эндокард трудно обнаружить, потому что часто наблюдается небольшой контраст интенсивности между кровью и миокардом или переменная интенсивность крови в полостях правого и левого желудочка. Эпикард трудно сегментировать, потому что он часто закрыт другими структурами тела, такими как слой жира, печень и грудная стенка, которые могут иметь такую же интенсивность, как и миокард.
Пример результатов алгоритма автоматического определения границ для ЛЖ и ПЖ, а также путей притока и оттока ПЖ.
Наш метод состоит из последовательности шагов обработки изображения, за которыми следует расчет сил в каждой плоскости изображения, а затем эволюция деформируемой модели до достижения сходимости [8]. Наш подход может: учитывать неравномерность интенсивности, вызванную поверхностными катушками, используемыми в процессе визуализации [8]; автоматически сегментировать границы сердца во время сокращения на основе использования статистики интенсивности; автоматически инициализировать объемную модель [8]; и автоматически извлекайте и встраивайте строки тегов в объемную модель.
На основе автоматизированной сегментации границ сердца и ключевых линий мы создаем динамические модели, которые деформируются под действием сил, рассчитанных на основе данных [11]. Модель сходится к желаемой форме, когда внешние силы уменьшаются до нуля, а остаточное движение незначительно.
Процесс оценки (см. ) включает численное интегрирование уравнений движения Лагранжа по времени и использование нелинейной теории конечных элементов.
Результирующие напряжения и деформации, включая ориентацию сердечных волокон, затем рассчитываются и используются для анализа сердечной функции и дифференциации болезненных и нормальных состояний [5, 11].
В верхнем ряду показана оценка эндокарда ЛЖ-ПЖ и эпикарда на срезах с метками МРТ для нормального сердца. Второй ряд показывает нормальное и аномальное сердце в конце диастолы. Эндокард ПЖ у пациента с гипертрофией ПЖ значительно больше, чем у нормального сердца: (а) нормальное сердце (б) сердце с гипертрофией ПЖ.Третий ряд показывает движение модели сердца во время систолы. Наконец, в четвертом ряду показана конечно-элементная модель желудочков, полученная с помощью МРТ, с локальными углами волокон (синий), полученными из данных in vitro, наложенных в соответствующих местах в субэндокарде (слева) и субэпикарде (справа).
В то время как качественная оценка регионарного движения стенки сердца с помощью изображений, таких как МРТ, уже полезна, количественные данные, которые могут быть получены с помощью автоматического анализа помеченных данных МРТ, гораздо более ценны.
Преодоление прежних барьеров, связанных с трудоемкими ручными методами анализа, позволит нам количественно анализировать влияние 3D-движения на важные клинические состояния, такие как ишемия миокарда, гипертрофия или недостаточность, и наблюдать за такими пациентами с течением времени. Это приведет как к лучшему пониманию этих заболеваний, так и к лучшему лечению пациентов, страдающих от конкретных заболеваний.
Основным ограничением этих методов является качество анализируемых изображений.Артефакты изображения, размытие из-за ограниченного разрешения и неправильная регистрация из-за движения пациента могут поставить под угрозу эффективность полностью автоматизированного анализа и привести к необходимости в некоторых интерактивных руководствах в таких случаях. Однако подход деформируемой модели должен обеспечить надежные средства регуляризации проблемы реконструкции движения в таких случаях.
Мы разработали методы автоматического извлечения границ сердца и тегов в изображениях SPAMM.
Наши смешанные деформируемые модели с параметрическими функциями могут дать краткое и количественное описание формы сердца и его движения. Эти функции параметров формы можно использовать для классификации нормальной формы сердца с помощью подходящего тренировочного набора. Анализ движения также дает очень важную информацию: поскольку некоторые заболевания связаны с изменениями сердечного ритма, мы можем определить связь между движением стенки сердца, кровотоком и заболеванием [6]. Региональные движения стенок также сообщают о том, где происходит аномальное движение.Кроме того, моделирование зависимости напряжения от деформации стенки желудочка позволяет оценить свойства материала желудочка [5].
Пак Кёнджу, научный сотрудник отдела компьютерных и информационных наук Университета Рутгерса.
Альберт Монтильо, доцент кафедры биомедицины Университета Рутгерса Инженерия и Отдел компьютерных и информационных наук.
Димитрис Метаксас, профессор компьютерных наук и биомедицинской инженерии и директор Центра вычислительной биомедицины, визуализации и моделирования в Рутгерсе, Государственный университет Нью-Джерси.
Леон Аксель, профессор радиологии и директор отделения визуализации сердца Медицинской школы Нью-Йоркского университета.
Анализ медицинских изображений
7, 4 (декабрь
2003), 435–444. [PubMed] [Google Scholar]6. Джонс Т. и Метаксас Д.
Индивидуальный анализ кровотока в левом желудочке
Вычисление изображений и вмешательство с помощью компьютера – MICCAI (Кембридж, Массачусетс, октябрь
1998), 156–166. [Google Академия]7. Кервин В., Осман Н. и Принц Дж.
Обработка и анализ изображений в МРТ сердца с метками В Бэнкмане I, Эд., Справочник по медицинской визуализации: обработка и анализ, 2000. [Google Scholar]8. Монтильо А
Автоматизированное построение объемной модели и динамическая сегментация желудочков сердца на МРТ с тегами
Ф.Диссертация, Пенсильванский университет, 2004 г. [Google Scholar]9. Озтюрк С и Маквей Э.
Четырехмерный анализ движения на основе B-сплайнов помеченных МРТ-изображений сердца В материалах SPIE Medical Imaging
99, (Сан-Диего, Калифорния, февраль
1999). [Google Академия] 10. Пападеметрис X, Синусас А, Диона Д и Дункан Дж.
Оценка 3D деформации левого желудочка по данным эхокардиографии. Анализ медицинских изображений (2001).
[PubMed] [Google Scholar] 11. Пак К., Метаксас Д. и Аксель Л.
Модель конечных элементов для функционального анализа 4D-изображений МРТ с пометкой сердца. В материалах MICCAI.
2003.(Монреаль, Канада:), 491–498. [Google Академия] 12. Пак Джей, Метаксас Д и Аксель Л
Анализ движения стенки левого желудочка на основе объемных деформируемых моделей и МРТ-СПАММ. Анализ медицинских изображений
1, 1 (1996), 53–81. [PubMed] [Google Scholar]только теги. Поверхности используются для улучшения вычислений отслеживания
тегов и могут помочь определить и отследить
расположение ключевых анатомических особенностей для межсубъектного
анализа.Поверхности сердца можно использовать непосредственно для
измерения фракции выброса и толщины стенки, а также можно использовать в качестве начальных условий для
решателя гидромеханики
для моделирования характерных для пациента моделей кровотока
[6] и для инициализации конечно-элементной модели для анализа деформации
[11].
Поскольку обычно 80% времени, необходимого
аналитику, используется для очерчивания стенок ЛЖ
и ПЖ, мы разработали процесс сегментации, который
автоматически определяет эти контуры, облегчая эту
задачу для анатома ( см. рисунок 2).Исследователи, такие как
и [3], пытались решить эту проблему, их
основное внимание уделялось обнаружению стенок
более крупного, более легко сегментируемого ЛЖ, и результаты
обычно требовали значительной ручной коррекции до
до 25% контуров. Эндокард трудно
локализовать, потому что часто имеется небольшой контраст интенсивности
между кровью и миокардом или переменная
интенсивность крови в полостях правого и левого желудочка.Эпикард трудно сегментировать, потому что он часто
окклюзирован другими структурами тела, такими как слой жира, печень и грудная стенка, которые могут иметь
такую же интенсивность, как и миокард.
Наш метод состоит из последовательности шагов обработки изображения
, за которыми следует расчет сил в
каждой плоскости изображения, а затем эволюция
деформируемой модели до достижения сходимости [8].
Наш подход может: учитывать неравномерность интенсивности,
связи, вызванные поверхностными катушками, используемыми в процессе визуализации
[8]; автоматически сегментировать границы сердца во время сокращения на основе использования статистики интенсивности
; автоматически инициализировать объемную модель
[8]; и автоматически извлекать и вставлять строки тегов
в объемную модель.
Реконструкция формы и анализ движения
На основе автоматизированной сегментации границ сердца
и линий тегов мы создаем динамические модели
, которые деформируются под действием сил, рассчитанных на основе данных
[11]. Модель сходится к желаемой форме, когда
внешние силы уменьшаются до нуля и
остаточное движение пренебрежимо мало.
Процесс оценки (см. рис. 3) включает
численное интегрирование уравнений Лагранжа
движения во времени и использование нелинейной теории конечных элементов.
Результирующие напряжения и деформации, включая ориентацию сердечных волокон, затем рассчитываются и используются для анализа сердечной функции и дифференциации болезненных и нормальных состояний [5, 11].
Потенциал автоматизированного анализа
В то время как качественная оценка регионарного движения стенки сердца
с помощью изображений, таких как МРТ, уже полезна,
количественные данные, которые могут быть получены с помощью автоматического анализа помеченных данных МРТ,
намного больше. ценный-
способный.Преодоление прежних барьеров, созданных
трудоемкими ручными методами анализа,
позволит нам количественно анализировать трехмерное движение
эффектов важных клинических состояний, таких как
ишемия миокарда, гипертрофия или недостаточность, и
следить таких больных с течением времени. Это приведет как к лучшему пониманию этих заболеваний, так и к лучшему
ведению пациентов, страдающих от конкретных заболеваний.
Основным ограничением этих методов является
качество анализируемых изображений.Артефакты изображения,
размытие из-за ограниченного разрешения и неправильная регистрация
из-за движения пациента могут поставить под угрозу эффективность полностью автоматизированного анализа и привести к необходимости в некоторых интерактивных руководствах в таких случаях. Однако подход деформируемой модели должен обеспечивать надежные средства
регуляризации задачи реконструкции движения в таких случаях.
Заключение
Мы разработали методы автоматического извлечения
границ сердца и тегов в SPAMM
изображений.Наши смешанные деформируемые модели с параметрическими функциями могут дать краткое и количественное
описание формы сердца и его движения. Эти функции параметров формы
можно использовать для классификации
нормальной формы сердца с помощью подходящего тренировочного набора.
Анализ движений также дает очень важную
информацию: поскольку некоторые заболевания связаны с изменениями сердцебиения, мы можем определить
связь между движением стенок сердца, кровотоком и заболеванием
[6].
].Региональные движения стенки также информируют о том, где происходит
аномальное движение. Более того, моделирование соотношения напряжение-деформация стенки желудочка делает ее
COMMUNICATIONS OF the ACM February 2005/Vol. 48, No. 2 47
Наш метод состоит из последовательности шагов обработки изображения, за которыми следует
вычисление сил в каждой плоскости изображения, а затем эволюция деформируемой
модели ДО ДОСТИЖЕНИЯ СХОДИМОСТИ.
Если давление и объем левого желудочка измеряются одновременно, полученная петля давление-объем дает информацию о функции желудочка и может использоваться для оценки сократительной способности миокарда в интактном сердце .
Современный подход к анализу этих петель основан на концепции эластичности Суги и Сагавы. 110-112 Эластичность – это отношение изменения давления к изменению объема. Рассмотрим изолированный желудочек, содержащий баллон, который можно надувать до различных объемов.
При каждом объеме желудочек стимулируется к сокращению и создает пиковое систолическое давление (рис. 19-5, A ). По мере увеличения объемов увеличивается и пиковое систолическое давление, и зависимость является линейной (закон Франка).Линия, соединяющая пиковые давления, пересекает ось объема в положительном значении, называемом V 0 , что указывает на ненапряженный объем желудочка. Уравнение для этой линии выглядит следующим образом:
Pes=Ees(Ves-V0)
где P es конечно-систолическое давление, E es наклон линии, V es — конечно-систолический объем, а V 0 — безударный объем. Если сократительная способность увеличивается (в клетки поступает больше кальция), желудочек может генерировать большее давление при любом заданном объеме, создавая тем самым более крутую линию давление-объем (более высокое значение E es ; пунктирная линия I на рис. 19.5, A).
).Если сократимость уменьшается, желудочек создает более низкое давление при любом заданном объеме, и линия давление-объем менее крутая (нижнее значение E es ; пунктирная линия D на рис. 19.5, A ). E es также называется E max .
Если желудочку разрешен выброс, видна типичная петля давление-объем, показанная на рис. 19-5, B, . Во время диастолического наполнения объем увеличивается, а диастолическое давление несколько повышается из-за увеличения пассивного напряжения.В конце диастолы возникает изоволюмическая систола, и давление в желудочках повышается без изменения объема. Когда давление в желудочках превышает давление в аорте, аортальный клапан открывается, кровь выбрасывается, и объем желудочков уменьшается. Выброс завершается, и давление падает до диастолического уровня по мере того, как происходит изоволюмическое расслабление. Давление и объем, достигаемые в конце систолы, соответствуют тем, которые были бы достигнуты изолированным желудочком при том же самом конечно-систолическом объеме.
Другими словами, при заданном объеме невозможно создать более высокое давление (контур 1; рис. 19-5, B ).Уменьшение объема во время выброса представляет собой ударный объем, который, деленный на конечно-диастолический объем, дает фракцию выброса; в норме фракция выброса превышает 65%.
Если постнагрузка внезапно увеличивается из-за повышения давления в аорте, нормальное сердце реагирует, как показано на рис. 19-5, B . В первом сокращении после увеличения желудочек должен создать более высокое давление, прежде чем аортальный клапан откроется (петля 2). Затем он выбрасывается, но не может выбрасывать нормальный ударный объем, потому что для этого потребовалось бы более высокое давление при той же конечной диастолической длине (преднагрузка).Фактически, конечно-систолический объем соответствует более высокому давлению (сравните рис. 19-5, A и B ). Если используются разные постнагрузки, точки конечного систолического давления-объема определяют наклонную линию, которая совпадает с линией, полученной в изолированном сердце при тех же объемах; это линия максимальной эластичности желудочков (E es ) или конечно-систолической эластичности (E es ).
Если сократимость желудочка увеличивается, то желудочек может достичь более высокого давления выброса при любом заданном объеме, а точки конечного систолического давления-объема лежат на более крутой линии, которая лежит выше и левее нормальной линии (фиолетовая линия I на рис. 19). -5, Б ).Если сократимость желудочков снижается, то желудочек не может генерировать нормальное давление при любом заданном конечно-диастолическом объеме, а линия конечно-систолического давления-объема располагается ниже и правее нормальной линии (синяя линия на рис. 19.5, B). ). Обратите внимание на рис. 19-5, B , что при заданном конечно-диастолическом объеме желудочек с нарушенной сократимостью может либо выбросить нормальный ударный объем при значительно сниженном давлении, либо выброс при нормальном давлении только за счет резкого уменьшения своего ударного объема. (петля 4).
При сокращениях, которые следуют за внезапным увеличением постнагрузки, желудочки приспосабливаются.
Из-за сниженного ударного объема в первом сокращении конечно-систолический объем больше, чем в норме. Однако во время диастолы нормальный ударный объем поступает в желудочек, так что конечно-диастолический объем увеличивается (петля 2 на рис. 19-5, C ). В нормальных желудочках увеличенная длина конечного диастолического волокна вызывает незначительное повышение диастолического давления. Давление во время выброса и точка конечного систолического давления-объема не изменяются, но ударный объем и фракция выброса увеличиваются.Еще через несколько циклов устанавливается новое равновесие (петля 3), при котором желудочек выбрасывает нормальный ударный объем при более высокой постнагрузке. Однако фракция выброса субнормальна, поскольку, хотя ударный объем нормальный, конечно-диастолический объем увеличен. Желудочек адаптировался к более высокой постнагрузке за счет увеличения конечно-диастолической длины волокна, явление, описанное Starling и обсуждавшееся Ross 101,102 под термином резерв преднагрузки.
Если желудочек имеет пониженную сократимость (пунктирные петли), возникает тот же паттерн ответа, но с некоторыми важными отличиями.При сниженной сократимости желудочек не может выбрасывать нормальный ударный объем из нормального конечно-диастолического объема. Компенсация приводит к большему, чем обычно, увеличению конечно-диастолического объема даже при нормальной постнагрузке. Любое увеличение постнагрузки вызывает дальнейшее увеличение конечно-диастолического объема, и это увеличение вызывает повышение диастолического давления до высоких значений, вызывающих застой в легких. Нормальный резерв преднагрузки был израсходован при попытке выброса разумного ударного объема при умеренно увеличенной постнагрузке.В более депрессивных сердцах желудочки не могут справиться даже с нормальными постнагрузками без патологически повышенного диастолического давления в желудочках или резкого снижения ударного объема. Обратите внимание, что в этих сердцах из-за относительно плоского наклона линии максимальной эластичности желудочков небольшое снижение постнагрузки приводит к относительно большому увеличению ударного объема и относительно большому снижению конечно-диастолического объема и давления желудочков.
Это один из механизмов улучшения работы сердца при снижении постнагрузки.
Нормальная кривая давление-объем правого желудочка (ПЖ) имеет треугольную форму, в отличие от более прямоугольной кривой давления-объема левого желудочка (ЛЖ). 113 Эта разница объясняется относительным отсутствием времени изоволюмического сокращения и расслабления в ПЖ. В норме низкая постнагрузка ПЖ и высокая растяжимость выносящего отдела желудочка позволяют выбросу крови начинаться почти мгновенно после начала сокращения и продолжаться через снижение давления, так что к концу систолы желудочек практически полностью опорожняется. Таким образом, время выброса ПЖ охватывает весь период систолы.Важным следствием этой взаимосвязи является то, что даже небольшое увеличение постнагрузки ПЖ начинает приводить к тому, что кривая давление-объем ПЖ начинает напоминать нормальную кривую давление-объем ЛЖ, при этом время изоволюмического сокращения и расслабления становится более заметным. 114 Фракция выброса снижена, хотя ударный объем может поддерживаться за счет дилатации ПЖ, 115 и тонкостенный ПЖ может плохо справляться с этой новой физиологией.
Точная количественная оценка объема и функции желудочков важна для оценки и лечения пациентов с подозрением на ишемическую и неишемическую кардиомиопатию.Двухмерная эхокардиография широко используется для качественной и полуколичественной оценки размеров и функции сердца. Однако 2D эхокардиография имеет ограниченную точность, особенно у пациентов с регионарной вариабельностью функции левого желудочка (ЛЖ) или ремоделированным сердцем. Трехмерная эхокардиография имеет повышенную точность, но, как и двумерная эхокардиография, ограничена плохими акустическими окнами и субоптимальным определением эндокарда у значительного меньшинства пациентов. Радионуклидная вентрикулография и киновентрикулография также использовались для оценки фракции выброса ЛЖ (ФВ) у отдельных пациентов, но они ограничены плохим пространственным разрешением и геометрическими допущениями, соответственно.
Магнитно-резонансная томография сердца (МРТ) с широким полем зрения и высоким пространственным (1–2 мм) и временным (20–40 мс) разрешением в настоящее время является золотым стандартом для точной и воспроизводимой оценки объемов желудочков как в клинических, так и в исследовательских целях. . 1,2 Однако МРТ имеет ограниченную доступность, является дорогостоящей, и есть много пациентов, у которых несовместимые с МРТ устройства запрещают ее использование.
Растущее число пациентов проходит мультидетекторную компьютерную томографию сердца (МДКТ) для неинвазивного выявления ишемической болезни сердца или других показаний.Вторичная одновременная оценка объемов и функции ЛЖ, хотя и не проводится рутинно, обычно возможна и может предоставить дополнительную информацию. Кроме того, МСКТ сердца может играть важную первичную роль в оценке пациентов, которым необходима точная количественная оценка объемов и функции ЛЖ, но у которых есть противопоказания к МРТ. МСКТ сердца имеет пространственное разрешение (0,4–0,7 мм), которое превосходит МРТ, но временное разрешение (83–200 мс) уступает ему, несмотря на использование многосегментной реконструкции и технологии двойного источника/детектора.
МСКТ сердца также имеет то преимущество, что весь набор данных быстро собирается за одну задержку дыхания (7–15 мс). Напротив, при МРТ сердца обычно требуется 20–30 минут, чтобы получить несколько срезов камер сердца по короткой и длинной оси. Однако, в отличие от МРТ сердца, МСКТ сердца требует введения йодсодержащего контрастного вещества и связана со значительной дозой облучения пациента (8–15 мЗв).
Задолго до появления МСКТ электронно-лучевая КТ (ЭЛКТ) успешно использовалась для оценки объемов ЛЖ и систолической функции. 3 Несмотря на отличное временное разрешение (50–100 мс), EBCT ограничена скромным пространственным разрешением (неперекрывающиеся осевые срезы 3 мм) и ограниченной доступностью. Кроме того, проспективное стробирование электрокардиограммы (ЭКГ) делает его особенно восприимчивым к изменениям частоты сердечных сокращений или аритмии.
Cardiac MDCT с ретроспективным стробированием ЭКГ генерирует большой набор данных, охватывающий весь сердечный цикл, из которого получают конечно-систолическое и конечно-диастолическое изображения.
Было показано, что МСКТ с количеством срезов от четырех до 64 выгодно отличается от МРТ сердца для оценки объемов ЛЖ и ФВ. 2,4–9 В клинической практике требуется не менее 16 рядов детекторов, чтобы можно было выполнить сканирование в течение одной задержки дыхания (<16 секунд). Исследования в целом продемонстрировали превосходную корреляцию между МСКТ и МРТ для оценки объема и функции сердца, с более близким соответствием между МСКТ и МРТ, чем для других методов, таких как 2D-эхокардиография, однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) и киновентрикулография. МСКТ сердца, по-видимому, постоянно занижает ФВ ЛЖ на 1–7% по сравнению с МРТ сердца, что, возможно, связано с более низким временным разрешением МСКТ сердца.Как и ожидалось, использование бета-блокаторов для замедления частоты сердечных сокращений у пациентов, перенесших МСКТ, по-видимому, влияет на измерения объема и ФВ. 8
Несмотря на то, что исследования МСКТ в целом надежны, они показали, что до 10% сегментов ЛЖ не поддаются оценке с помощью КТ из-за плохой контрастности или артефактов движения.
10 В нескольких исследованиях оценивали МСКТ для количественной оценки объемов и функции правого желудочка (ПЖ). 10–12 Тем не менее, он выгодно отличается от оценки с помощью МРТ.Полость ПЖ может быть неадекватно заполнена контрастом при многих МСКТ сердца, которые обычно приурочены к максимальному затемнению контраста в левой половине сердца и коронарных артериях. Это может быть особенно проблематично для сканеров с большим количеством рядов детекторов (64 среза вместо 16), где больший объем сканирования и более быстрое время сбора данных требуют более быстрого прохождения контраста через сердце. Рутинное использование промывания физиологическим раствором после инъекции контраста для предотвращения образования полос контраста в правых отделах сердца также уменьшает помутнение контраста в правом желудочке.Одно исследование показало, что 25% сегментов правого желудочка не поддаются оценке из-за плохого контрастного затемнения. 10 Однако при правильном выборе времени введения контраста оценка объема ПЖ может быть успешно выполнена у всех пациентов.
12
В настоящее время объемный и функциональный анализ с помощью МСКТ сердца может выполняться путем ручного отслеживания границ, полуавтоматического программного обеспечения или полностью автоматизированных систем.Процесс начинается с создания наборов объемных данных КТ с интервалом 10% в течение сердечного цикла. Из них наборы конечно-систолических и конечно-диастолических данных вручную выбираются технологом или читателем. Ручная или автоматическая генерация короткоосевых срезов многоплоскостной реформации (MPR) ЛЖ и ПЖ от основания до верхушки позволяет рассчитать конечно-диастолический и конечно-систолический объемы с использованием метода Симпсона (см. Рисунок 1 ).
Эти срезы обычно имеют толщину 8–10 мм без зазора.Затем выполняется отслеживание границ эндокарда для отдельных срезов с последующим расчетом объема с помощью автоматизированного программного обеспечения или вручную по следующей формуле: объем = (площадь диска 1 + площадь диска 2 + .
…+ площадь диска n) x срез толщина, где n равно общему количеству ломтиков. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить правильное определение базальных сегментов желудочка и убедиться, что сосочковые мышцы и трабекулы включены в объем полости желудочка. Одновременное отслеживание эпикардиальной границы и расчет общего объема желудочка ЛЖ позволяет рассчитать массу ЛЖ и региональное утолщение ЛЖ.ФВ определяется по следующей формуле:
ФВ = (конечный диастолический объем ЛЖ – конечно-систолический объем ЛЖ)/ конечно-диастолический объем ЛЖ
Ручной или полуавтоматический расчет объемов ЛЖ с использованием метода Симпсона как с помощью КТ, так и МРТ является точным и подтвержден многочисленными опубликованными исследованиями. Однако постобработка и расчеты требуют много времени и занимают от 10 до 25 минут. Вариант метода Симпсона был оценен с использованием аксиальных срезов вместо срезов по короткой оси через желудочки, но он оказался не таким точным. 13 Кроме того, ряд полностью или полуавтоматических программ для определения объемов желудочков и предсердий имеется в продаже или находится в разработке. Эти программы используют различные алгоритмы обнаружения границ, порога плотности или изменчивости формы для автоматического сегментирования сердечных камер и сосудов. Сравнение некоторых из этих автоматизированных программ с ручным расчетом предполагает сравнимую точность при значительном сокращении времени анализа, хотя и для небольшого числа пациентов. 14–17 Объем и функцию предсердий можно рассчитать с помощью метода Симпсона, хотя формула длины площади используется чаще. Автоматизированные программные инструменты для расчета предсердного объема доступны, но ожидают проверки. 14–17
Таким образом, оценка объема желудочков и систолической функции с помощью МСКТ является точной и воспроизводимой. Текущая разработка полуавтоматического и автоматизированного программного обеспечения позволит упростить расчет этих измерений у пациентов, перенесших МСКТ сердца для оценки коронарных артерий или других показаний, предоставляя дополнительную и потенциально ценную информацию.Кроме того, МСКТ, по-видимому, играет основную роль в точной оценке сердечных объемов и функции у растущего числа пациентов с кардиологическими устройствами, которым противопоказана МРТ.
Скорость потока определяется как объем жидкости, проходящей через какое-либо место через область в течение определенного периода времени, как показано на (Рисунок). В символах это можно записать как
., где — объем, а — прошедшее время.
Единицей СИ для расхода является , но широко используется ряд других единиц для . Например, сердце покоящегося взрослого человека перекачивает кровь со скоростью 5,00 литров в минуту (л/мин).Обратите внимание, что литр (л) равен 1/1000 кубического метра или 1000 кубических сантиметров ( или ). В этом тексте мы будем использовать любые метрические единицы, наиболее удобные для данной ситуации.
Расчет объема по скорости кровотока: сердце перекачивает много крови за всю жизнь
Сколько кубических метров крови перекачивает сердце за 75 лет жизни, если предположить, что средняя скорость кровотока составляет 5,00 л/мин?
Стратегия
Время и расход даны, поэтому объем можно рассчитать из определения расхода.
Решение
Решение для объема дает
Замена известных значений дает
Обсуждение
Это количество составляет около 200 000 тонн крови. Для сравнения, это значение примерно в 200 раз превышает объем воды, содержащейся в 50-метровом плавательном бассейне с 6 дорожками.
Расход и скорость являются связанными, но совершенно разными физическими величинами. Чтобы прояснить различие, подумайте о скорости течения реки. Чем больше скорость воды, тем больше расход реки.Но скорость течения также зависит от размера реки. Быстрый горный поток несет гораздо меньше воды, чем, например, река Амазонка в Бразилии. Точное соотношение между расходом и скоростью
, где — площадь поперечного сечения и средняя скорость. Это уравнение кажется достаточно логичным. Соотношение говорит нам, что скорость потока прямо пропорциональна как величине средней скорости (далее называемой скоростью), так и размеру реки, трубы или другого водовода.Чем больше трубопровод, тем больше его площадь поперечного сечения. (Рисунок) иллюстрирует, как получается это соотношение. Заштрихованный цилиндр имеет объем
, который проходит мимо точки во времени. Разделив обе стороны этого отношения на , мы получим
.Заметим, что и средняя скорость . Таким образом, уравнение становится .
(рисунок) показывает несжимаемую жидкость, текущую по трубе с уменьшающимся радиусом. Поскольку жидкость несжимаема, через любую точку трубки за заданное время должно пройти одинаковое количество жидкости, чтобы обеспечить непрерывность потока.В этом случае, поскольку площадь поперечного сечения трубы уменьшается, скорость обязательно должна увеличиваться. Эту логику можно расширить, чтобы сказать, что скорость потока должна быть одинаковой во всех точках трубы. В частности, по пунктам 1 и 2
Это называется уравнением неразрывности и справедливо для любой несжимаемой жидкости. Следствия уравнения неразрывности можно наблюдать, когда вода течет из шланга в узкую форсунку: она выходит с большой скоростью — в этом назначение форсунки.И наоборот, когда река впадает в один конец водохранилища, вода значительно замедляется и, возможно, снова набирает скорость, когда выходит из другого конца водоема. Другими словами, скорость увеличивается, когда площадь поперечного сечения уменьшается, и скорость уменьшается, когда площадь поперечного сечения увеличивается.
Когда трубка сужается, тот же объем занимает большую длину. Чтобы один и тот же объем прошел точки 1 и 2 за заданное время, скорость должна быть больше в точке 2. Процесс точно обратим.Если жидкость течет в противоположном направлении, ее скорость будет уменьшаться при расширении трубы. (Обратите внимание, что относительные объемы двух цилиндров и соответствующие стрелки вектора скорости нарисованы не в масштабе.)
Поскольку жидкости практически несжимаемы, уравнение неразрывности справедливо для всех жидкостей. Однако газы сжимаемы, поэтому уравнение следует применять с осторожностью к газам, если они подвергаются сжатию или расширению.
Расчет скорости жидкости: скорость увеличивается при сужении трубы
Сопло радиусом 0.250 см прикреплен к садовому шлангу с радиусом 0,900 см. Скорость потока через шланг и сопло составляет 0,500 л/с. Рассчитайте скорость воды (а) в шланге и (б) в насадке.
Стратегия
Мы можем использовать соотношение между расходом и скоростью, чтобы найти обе скорости. Мы будем использовать нижний индекс 1 для шланга и 2 для сопла.
Раствор для (а)
Сначала мы находим и отмечаем, что площадь поперечного сечения равна , что дает
Замена известных значений и соответствующее преобразование единиц дает
Решение для (б)
Мы могли бы повторить этот расчет, чтобы найти скорость в сопле, но мы будем использовать уравнение неразрывности, чтобы получить несколько иное представление.Используя уравнение, которое утверждает
решение и замена площади поперечного сечения дает
Замена известных значений,
Обсуждение
Скорость 1,96 м/с подходит для воды, вытекающей из шланга без насадки. Форсунка создает значительно более быстрый поток, просто сужая поток в более узкую трубку.
Решение последней части примера показывает, что скорость обратно пропорциональна квадрату радиуса трубы, что приводит к большим эффектам при изменении радиуса.Мы можем задуть свечу на довольно большом расстоянии, например, сжав губы, тогда как задувание свечи с широко открытым ртом совершенно неэффективно.
Во многих ситуациях, в том числе в сердечно-сосудистой системе, происходит разветвление потока. Кровь перекачивается из сердца в артерии, которые подразделяются на более мелкие артерии (артериолы), которые разветвляются на очень тонкие сосуды, называемые капиллярами. В этой ситуации непрерывность потока сохраняется, но сохраняется сумма расходов в каждой из ветвей на любом участке вдоль трубы.Уравнение неразрывности в более общем виде принимает вид
где и – количество ответвлений на каждом из участков по длине трубы.
В чем разница между расходом и скоростью жидкости? Как они связаны?
На многих рисунках в тексте показаны линии тока. Объясните, почему скорость жидкости наибольшая там, где линии тока расположены ближе всего друг к другу. (Подсказка: рассмотрите взаимосвязь между скоростью жидкости и площадью поперечного сечения, через которую она течет.)
Назовите несжимаемые и несжимаемые вещества.
Каков средний расход бензина в двигатель автомобиля, движущегося со скоростью 100 км/ч, если он в среднем составляет 10,0 км/л?
Сердце покоящегося взрослого человека перекачивает кровь со скоростью 5,00 л/мин. (а) Преобразуйте это в . б) Чему равен этот показатель?
Кровь перекачивается из сердца со скоростью 5,0 л/мин в аорту (радиусом 1.0 см). Определить скорость движения крови по аорте.
Кровь течет по артерии радиусом 2 мм со скоростью 40 см/с. Определить скорость кровотока и объем, проходящий через артерию за 30 с.
Водопад Хука на реке Вайкато — одна из самых посещаемых природных достопримечательностей Новой Зеландии (см. (рисунок)). Средний расход реки составляет около 300 000 л/с. В ущелье река сужается до 20 м в ширину и достигает в среднем 20 м глубины. а) Какова средняя скорость течения реки в ущелье? б) Какова средняя скорость воды в реке ниже по течению от водопада, когда она расширяется до 60 м, а ее глубина увеличивается в среднем до 40 м?
Водопад Хука в Таупо, Новая Зеландия, демонстрирует скорость потока.(кредит: RaviGogna, Flickr)
(а) 0,75 м/с
(б) 0,13 м/с
Крупная артерия с площадью поперечного сечения разветвляется на 18 более мелких артерий, каждая из которых имеет среднюю площадь поперечного сечения . Во сколько раз уменьшается средняя скорость крови при переходе в эти ветви?
(а) Когда кровь проходит через капиллярное русло в органе, капилляры соединяются, образуя венулы (мелкие вены). Если скорость крови увеличивается в 4 раза.00 и общая площадь поперечного сечения венул равна , чему равна общая площадь поперечного сечения капилляров, питающих эти венулы? б) Сколько капилляров задействовано, если их средний диаметр равен ?
(а)
(б)
Кровеносная система человека имеет приблизительно капиллярные сосуды. Каждый сосуд имеет диаметр около . Предполагая, что сердечный выброс составляет 5 л/мин, определите среднюю скорость кровотока через каждый капиллярный сосуд.
(a) Оцените время, необходимое для наполнения частного бассейна вместимостью 80 000 л из садового шланга с производительностью 60 л/мин.б) Сколько времени потребовалось бы для заполнения, если бы вы могли направить в нее реку среднего размера, текущую в точке ?
Скорость потока крови через -радиус капилляра составляет . а) Какова скорость кровотока? (Эта небольшая скорость дает время для диффузии веществ в кровь и из крови.) (b) Если предположить, что вся кровь в организме проходит через капилляры, сколько их должно быть, чтобы нести общий поток ? (Полученное большое число является завышенным, но все же разумным.)
(а) Какова скорость жидкости в пожарном рукаве с 9.00 см в диаметре, переносящий 80,0 л воды в секунду? б) Какова скорость потока в кубических метрах в секунду? (c) Были бы ваши ответы другими, если бы соленая вода заменила пресную воду в пожарном шланге?
(а) 12,6 м/с
(б)
(c) Нет, не зависит от плотности.
Диаметр главного воздухозаборника приточно-вытяжной газовой калорифера 0,300 м. Какова средняя скорость воздуха в воздуховоде, если каждые 15 мин по нему проходит объем, равный внутреннему объему дома? Внутренний объем дома эквивалентен прямоугольному телу 13.0 м в ширину, 20,0 м в длину и 2,75 м в высоту.
Вода движется со скоростью 2,00 м/с по шлангу с внутренним диаметром 1,60 см. а) Какова скорость потока в литрах в секунду? (b) Скорость жидкости в насадке этого шланга составляет 15,0 м/с. Какой внутренний диаметр сопла?
(а) 0,402 л/с
(б) 0,584 см
Докажите, что скорость движения несжимаемой жидкости через сужение, например, в трубе Вентури, увеличивается в кратном размере, равном квадрату множителя, в котором уменьшается диаметр.(Обратное справедливо для вытекания из сужения в область большего диаметра.)
Вода течет прямо из крана диаметром 1,80 см со скоростью 0,500 м/с. (Из-за конструкции крана скорость потока не изменяется.) а) Какова скорость потока в ? б) Каков диаметр ручья на 0,200 м ниже крана? Эффектами поверхностного натяжения пренебречь.
(а)
(б) 0,890 см
Необоснованные результаты
Горный ручей равен 10.0 м в ширину и в среднем 2,00 м в глубину. В весенний период сток в ручье достигает . а) Какова средняя скорость потока при этих условиях? б) Что неразумного в этой скорости? (c) Что является неразумным или непоследовательным в предпосылках?
|
| ||||||||
Сердечный цикл левой половины сердца.Электрокардиограмма (ЭКГ) под диаграммой показывает соответствующие волны для каждой фазы сердечного цикла. Нижняя строка представляет первый и второй тоны сердца. | |||||||||
Сердечный цикл представляет собой гемодинамические и электрические изменения, происходящие в систолу и диастолу. Он имеет много фаз.
Фазы сердечного цикла
Нормальное давление в различных камерах сердца
Первый тон сердца (S1) представляет собой закрытие атриовентрикулярных (митрального и трехстворчатого) клапанов, когда давление в желудочках превышает давление в предсердиях в начале систолы (точка а).S1 обычно одиночный звук, потому что митральный и трикуспидальный клапаны закрываются почти одновременно. Клинически S1 соответствует пульсу.
Второй тон сердца (S2) соответствует закрытию полулунных (аортального и легочного) клапанов (точка d). S2 обычно разделен, потому что аортальный клапан (A2) закрывается раньше легочного клапана (P2). Давление закрытия (диастолическое артериальное давление) слева составляет 80 мм рт.ст. по сравнению с 10 мм рт.ст. справа. Это более высокое давление закрытия приводит к более раннему закрытию аортального клапана.Кроме того, более мускулистый и жесткий «менее податливый» левый желудочек (ЛЖ) опорожняется раньше, чем правый желудочек. Венозный возврат в правый желудочек (ПЖ) увеличивается во время вдоха из-за отрицательного внутригрудного давления, а Р2 задерживается еще больше, поэтому нормально, что расщепление второго тона сердца расширяется во время вдоха и сужается во время выдоха. Клинически это более заметно при низкой частоте сердечных сокращений.
Третий тон сердца (S3) представляет собой переход от быстрого к медленному наполнению желудочков в начале диастолы.S3 можно услышать у нормальных детей.
Четвертый тон сердца (S4) — это аномальный поздний диастолический тон, вызванный форсированным сокращением предсердий на фоне снижения податливости желудочков.
Аномально широкое расщепление S2 может произойти в:
а) Объемная перегрузка ПЖ, такая как дефект межпредсердной перегородки (ДМПП) и аномальное соединение легочных вен. В этих случаях расщепление обычно широкое и «фиксированное», без разницы между вдохом и выдохом из-за фиксированного объема ПЖ (см. раздел ДМПП)
b) обструкция оттока правого желудочка, такая как легочный стеноз (ПС)
c) Замедленная деполяризация ПЖ, например, полная блокада правой ножки пучка Гиса
Узкое расщепление S2 встречается в:
а) Легочная гипертензия, так как легочный клапан закрывается раньше из-за высокого легочного сопротивления
б) Стеноз аорты от легкой до умеренной степени вследствие задержки А2
Может появиться один S2:
а) При отсутствии одного из полулунных клапанов, например, при атрезии легочного или аортального клапана и артериальном стволе
б) Если оба клапана закрываются одновременно, как при легочной гипертензии с равным легочным и аортальным артериальным давлением
c) Если оба клапана закрываются одновременно, как при одиночном желудочке с двойным выбросом или при большом ДМЖП с одинаковым желудочковым давлением
d) Смещение легочного клапана кзади от грудной стенки, как при d-TGA
Парадоксальное расщепление S2 (P2 слышно раньше A2) происходит в:
а) Тяжелый аортальный стеноз
б) Блокада левой ножки пучка Гиса
В обоих случаях аортальный клапан (А2) закрывается после легочного клапана (Р2).Поскольку дыхание влияет только на P2, его действие при парадоксальном расщеплении противоположно нормальному, т. е. вдох вызывает узкое расщепление, а выдох вызывает широкое расщепление S2.
Шумы — это дополнительные звуки, возникающие при турбулентном токе крови в сердце и сосудах. Шумы могут быть систолическими, диастолическими или непрерывными.
Систолические шумы являются наиболее распространенными типами шумов у детей и в зависимости от времени их появления в систоле классифицируются на:
а) Систолические шумы изгнания (SEM, crescendo-decrescendo) возникают в результате турбулентного кровотока из-за обструкции (фактической или относительной) полулунных клапанов, путей оттока или артерий.Шум выслушивается вскоре после S1 (пульс). Интенсивность шума увеличивается по мере того, как больше крови проходит через обструкцию, а затем уменьшается (крещендо-декрещендо или ромбовидный). Невинные шумы являются наиболее частой причиной СЭМ (см. ниже). Другие причины включают стенозирующие поражения (аортальный и легочный стеноз, коарктация аорты, тетрада Фалло (TOF)) или относительный легочный стеноз из-за увеличения потока из ДМПП
.
Шум крещендо-декрещендо
б) Голосистолический шум (регургитация) начинается в начале S1 (пульс) и продолжается до S2.Примеры: дефект межжелудочковой перегородки (ДМЖП), недостаточность митрального и трикуспидального клапанов.
Голосистолический шум
c) Декрещендо систолический шум является подтипом голосистолического шума, который может выслушиваться у пациентов с небольшими дефектами межжелудочковой перегородки. Во второй половине систолы небольшой ДМЖП может закрыться или стать настолько маленьким, что не позволит различимому току, и шум перестанет быть слышимым.
Шум декрещендо
Диастолические шумы обычно ненормальны и могут быть ранними, средними или поздними диастолическими.
Дополнительная информация: Примеры невинного шепота
Непрерывные шумы выслушиваются как во время систолы, так и во время диастолы. Они возникают при наличии постоянного шунта между кровеносным сосудом высокого и низкого давления. Примеры: открытый артериальный проток (ОАП) и системные артериовенозные свищи. Это также может происходить при хирургических шунтах, таких как шунт Блэлока-Тауссига (BT) между аортой и легочной артерией.
Невинные шумы часто встречаются у детей и имеют следующие характеристики:
Резюме шумов в сердце
| Таблица, показывающая распространенные систолические, диастолические и непрерывные шумы в сердце | |
Систолическое |
|
Диастолический |
|
Непрерывный |
|
| *Обструктивные поражения включают АС, PS, коарктацию аорты, TOF и др. | |
| Таблица, показывающая распространенные шумы в сердце, слышимые в разном возрасте | |
Сразу после рождения | ОАП или обструктивные поражения* |
Вскоре после рождения (от нескольких часов до нескольких недель) | ДМЖП, ОАП, ППС (периферический легочный стеноз) |
1-4 года | Невинные шумы, РАС |
Подростковый | Невинный шум, HOCM или MVP/MR |
| *Обструктивные поражения включают АС, PS, коарктацию аорты, TOF и т. | |