{"id":11210,"date":"2026-04-13T08:21:05","date_gmt":"2026-04-13T08:21:05","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/tilai-rosalina\/"},"modified":"2026-04-13T08:21:12","modified_gmt":"2026-04-13T08:21:12","slug":"tilai-rosalina","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/tilai-rosalina\/","title":{"rendered":"Tilai Rosalina"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":11211,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-11210","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Mathematical models for fluid administration","samenvatting":"Als pati\u00ebnten een operatie ondergaan treedt er vochtverlies op door bloeding, verdamping en urineproductie. Om ondervulling te voorkomen word er door middel van een infuus vocht toegediend. Aan de ene kant kan ondervulling van het vaatstelsel leiden tot schadelijke gevolgen zoals zuurstoftekort. Aan de andere kant kan overvulling van het vaatstelsel leiden tot vochtopbouw in de weefsels. Als gevolg worden de vaten dichtgedrukt, wat de zuurstoftoevoer verminderd en dit kan uiteindelijk leiden tot een langzamer pati\u00ebntherstel en 5% hogere mortaliteit.\n\nHet is moeilijk om de balans te vinden tussen onder- en overvulling omdat er een grote variabiliteit tussen pati\u00ebnten is en er geen goede directe metingen voor de vochtbalans zijn. Het doel van dit onderzoek was het ontwikkelen van een wiskundig model, waarmee uiteindelijk de besluitvorming in de klinische praktijk ondersteund kan worden. Het model is gebaseerd op kennis van de fysica en fysiologie en geeft daarmee inzicht in de complexe onderliggende oorzaken van de problemen. Door het model te combineren met pati\u00ebntspeci\ufb01eke metingen, kunnen er in de toekomst voorspellingen worden gemaakt over de vochtbalans van de pati\u00ebnt. Uiteindelijk zal dit de arts extra informatie kunnen leveren, waardoor sommige complicaties kunnen worden voorkomen.\n\nAls eerste stap om dit model te ontwikkelen hebben we een bestaand vloeistof uitwisselingsmodel uitgebreid met een simpel model voor de hartfunctie. Dit geeft de mogelijkheid om de model uitkomsten in termen van klinisch meetbare waarden, zoals gemiddelde bloeddruk en hartslag, te beschrijven. We hebben de modelwaarden bepaald op basis van een experimentele studie tijdens infuustoediening in gezonde vrijwilligers. Met deze waarden kon de gemeten reactie op bloeding en infuustoediening in een onafhankelijke vrijwilligersstudie goed worden voorspeld.\n\nIn de kliniek wordt het effect van infuusvocht op de bloedcirculatie vaak beoordeeld op basis van de variatie van de polsdruk en het slagvolume tijdens mechanische beademing, de zogenaamde pulse pressure variation (ppv) en stroke volume variation (svv). Om deze indices te kunnen berekenen, hebben we ons model uitgebreid met deelmodellen voor het kloppende hart, de longcirculatie en de longmechanica. Zodoende kunnen we het effect van spontane ademhaling en mechanische beademing op de bloedsomloop simuleren. Met dit model konden we de ppv, svv en verandering in hartminuutvolume bij beademde pati\u00ebnten na een infuus toediening goed voorspellen.\n\nOm de stap naar de klinische toepassing te maken hebben we in samenwerking met het Catharina Ziekenhuis Eindhoven retrospectief data verzameld, gemeten bij pat\u00ebnten tijdens de operatie. Om realistische operatie kamer data te kunnen simuleren hebben we het effect van medicijnen toegevoegd. De operatie van drie pati\u00ebnten is gesimuleerd en daarna zijn de modelvoorspellingen ten aanzien van bloeddruk en hartslag vergeleken met de gemeten waarden. Uit deze studie kunnen we concluderen dat om het precieze verloop van bloeddruk te kunnen voorspellen, alle medicijnen moeten worden meegenomen in het model. Echter, om alleen een gemiddelde bloeddruk te voorspellen tijdens en aan het eind van de operatie zijn anesthesiemedicijnen voldoende. Dit maakt het model minder complex en vergt minder rekentijd.\n\nAangezien de meeste vloeistof-gerelateerde complicaties optreden na meerdere dagen is het model ook van belang op de intensive care. Daarom hebben we in samenwerking met Maastricht UMC+ een studie opgezet waarbij pati\u00ebnten na een open-hart-operatie werden gevolgd. De toegediende hoeveelheid vloeistof en medicijnen, bloeddruk, hartslag en urine productie werden vastgelegd en gebruikt voor simulaties. Uit de resultaten blijkt dat met het huidige model de trend van vloeistof opbouw na infuus toediening kan worden voorspeld. Met onze bevindingen hebben we ook kunnen bevestigen dat het interstitium als opslagplaats werkt. Het grootste gedeelte van het overschot aan volume wordt hier opgeslagen, waardoor het bloedvolume vrijwel constant blijft. Op de lange termijn kan deze opslag zelfs worden afgeschat als de balans van infuustoe-diening, bloeding, urine productie en verdamping, met een constant aangenomen bloedvolume.\n\nSamenvattend hebben we een wiskundig model ontwikkeld en getest wat het effect van vloeistof op de bloedsomloop en de vloeistofsverdeling in het lichaam kan voorspellen. Dit model kan de basis worden voor een klinisch model om beslissingen over infuustoediening te ondersteunen en uiteindelijk complicaties gerelateerd aan overvulling te verminderen.","summary":"Intravenous \ufb02uid administration is a common perioperative intervention, used to compensate for \ufb02uid loss through bleeding, evaporation and urine production. The challenge is to avoid complications related to hypovolemia, resulting in hypoxemia, and hypervolemia, causing edema, which possibly compromises organ perfusion. These complications are associated with slower patient recovery and 5% higher mortality rate.\n\nOptimal intravenous \ufb02uid administration remains dif\ufb01cult due to high patient variability and a lack of sensitive patient-speci\ufb01c measurements of \ufb02uid status. Mathematical models may be used to gain more insight into the complex underlying physiology and eventually aid in determining patient-speci\ufb01c \ufb02uid administration protocols. Previously published \ufb02uid exchange models have not been introduced in the clinical work \ufb02ow since they lack the opportunity to connect to clinically used indices of \ufb02uid status, such as pulse pressure variation (ppv) and stroke volume variation (svv). The aim of this thesis was to make a step towards a clinical decision support tool for \ufb02uid administration, by enhancing an existing model of \ufb02uid exchange with cardiovascular regulation, mechanical ventilation and drug administration, and formulating model output in terms of clinically measured signals.\n\nFirst, we extended an existing \ufb02uid exchange model with a regulated model of cycle-averaged cardiovascular function. This combination allowed us to relate model outputs on \ufb02uid distribution in the body to standard clinical parameters, such as heart rate and arterial blood pressure. Model parameter settings were tuned to an experimental dataset, obtained in healthy volunteers subjected to intravenous infusion. The resulting model was found to correctly predict the experimentally observed response to intravenous infusion and bleeding in an independent volunteer study.\n\nClinically, the effect of \ufb02uid administration on hemodynamics (\ufb02uid responsiveness) can be tested by redistribution of blood through mechanical ventilation, quanti\ufb01ed by ppv and svv. To predict these dynamic indices, we converted the model of cardiovascular hemodynamics from a cycle-averaged one into a dynamic one, and extended it with models of the pulmonary circulation and lung mechanics, to simulate the effect of spontaneous breathing and mechanical ventilation on hemodynamic function. Our results show that we can obtain realistic changes in ppv, svv, and change in cardiac index for mechanically ventilated, anesthetized patients after a \ufb02uid challenge. A preliminary sensitivity investigation showed that ppv and svv depend on intravascular volume, pericardial and vascular properties, in decreasing order. In the future, the developed mathematical model may be used for interpretation of ppv and svv on the basis of underlying patient characteristics, potentially leading to a broader use of these indices in the clinical environment.\n\nMoving towards a clinical application, we obtained a retrospective surgical dataset in collaboration with Catharina Hospital Eindhoven. To realistically simulate the clinical patient data, we extended our model with the effect of pharmacokinetic and -dynamic models for propofol, sevo\ufb02urane, phenylephrine, ephedrine and noradrenaline. In a pilot study, we compared model predictions on blood pressure and heart rate with retrospective measured data for three surgical patients. We concluded that, to model exact intraoperative blood pressure, all anesthetics, inotropes and vasopressors must be included in the model. However, to predict an average blood pressure during surgery and \ufb02uid distribution at the end of surgery, vasopressors and inotropes can be omitted.\n\nFinally, since most \ufb02uid related complications occur on a time scale of multiple days, we tested our \ufb02uid exchange model in an ICU setting in a prospective study with Maastricht UMC+. We tested the predictive capabilities of the model for interstitial volume, and investigated the effects of the urine production and membrane permeability on the interstitial volume model predictions. Our results show that we can simulate the trends of \ufb02uid buildup after \ufb02uid administration with our current model. Additionally, we con\ufb01rmed that the interstitial volume works as a buffer, taking up most of the excess administered \ufb02uid and thus allowing vascular volume to remain fairly constant. Interestingly, on the long term, this increase could be determined directly, as the net balance of \ufb02uid administration, bleeding, urine production and perspiration, while assuming a constant vascular volume.\n\nIn conclusion, we developed and evaluated a mathematical model predicting \ufb02uid responsiveness and redistribution in critically ill patients. This may serve as a strong basis for a clinical decision support model to guide intravenous \ufb02uid administration and thereby reduce hypervolemia-related complications.","auteur":"Tilai Rosalina","auteur_slug":"tilai-rosalina","publicatiedatum":"18 maart 2020","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/tilairosalina?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/6ddaa2e4-c835-4730-90e8-b245538ff52a\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604130818","isbn":"978-90-386-5003-6","doi_nummer":"","naam_universiteit":"TU Eindhoven","afbeeldingen":11212,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"TU Eindhoven","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/11210","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=11210"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/11210\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":11213,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/11210\/revisions\/11213"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/11211"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=11210"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=11210"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}