Titelaufnahme

Titel
A mathematical model for the cardiovascular system with a measurable pulsatile pressure output / Aurelio A. de los Reyes V
Verfasser/ VerfasserinReyes V, Aurelio A. de los
Begutachter / BegutachterinKappel Franz ; Kenner Thomas
Erschienen2010
UmfangXII, 124 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Diss., 2010
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Kardiovaskuläres System / Mathematisches Modell / Kardiovaskuläres System / Mathematisches Modell / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-16073 Persistent Identifier (URN)
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A mathematical model for the cardiovascular system with a measurable pulsatile pressure output [4.91 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Modellierung des Herz-Kreislaufsystems wurde unter anderem zur Beschreibung des Blutdruckes in den peripheren und systemischen Komponenten des Kreislaufsystems, der Pumpleistung des Herzens und der Ventrikelelastanz unter verschiedensten Bedingungen herangezogen. In der vorliegenden Arbeit wird ein globales Kompartmentmodell zur Vorhersage der Pulsdrucke in den Fingerarterien entwickelt. Das Model ist eine Kombination eines nicht-pulsatilen Modells von F. Kappel und eines pulsatilen Modells des linken Ventrikels von M. Olufsen. Die Hauptschwierigkeit war die Verknüpfuung von gemitteltem und pulsatilem Blutfluss. Das Modell beinhaltet eine Kompartment für die Fingerarterie, um eine typische Messstelle für pulsatile Drucke zu inkludieren. Die Elastanz des linken Ventrikels beschreibt die Änderungen in der Steifigkeit des Herzmuskels während eines Herzschlages. Das Maximum der Elastanzfunktion des linken Ventrikels wird durch eine von der Herzrate abhängige Sigmoidfunktion dargestellt. Ein Ziel der Arbeit ist die Modellierung und Untersuchung der Regelmechanismen für den Blutdruck insbesondere während der Belastungsphase des Fahrrad-Ergometertests. Zu diesem Zweck wird eine den Barorezeptorloop darstellende Feedback-Steuerung konstruiert. Um eine stabilisierende Steuerung zu erhalten wird ein Kostenfunktional minimisiert, um auf diese Weise das System zur Belastungsgleichgewichtslage zu steuern. Um dies durchzuführen, wird das entwickelte Modell abgeändert und vereinfacht, wobei die wesentlichen Eigenschaften des ursprünglichen Modells weitgehend beibehalten werden. Das vereinfachte Modell ist die Basis für die Konstruktion der Feedbacksteuerung, die dann für das volle Modell verwendet wird. Es werden numerische Simulationen für die Dynamik der Systemzustände während der Ruhe- und Belastungsphase sowie für den Übergang von Ruhe- zu Belastung präsentiert.

Zusammenfassung (Englisch)

Cardiovascular modeling has been used to study the behavior of blood pressures in the peripheral and systemic compartments, cardiac output, ventricular elastance and contractility in the human circulatory system under various conditions. In this study, a global lumped compartment model was developed to predict the pulsatile pressures in the finger arteries. It is a combination of a non-pulsatile model by Kappel and a pulsatile left ventricle model by Olufsen. Linking the average flow model with the pulsatile flow was the main difficulty. The current model includes a finger artery compartment to reflect a typical site of measurement of pulsatile pressures. The left ventricular elastance is modeled to reflect variations in the stiffness of heart muscles during a heart beat. The maximum elastance of the left ventricle is represented by a sigmoidal function, which is dependent on the heart rate. The goal of the study is to model and investigate the blood pressure regulatory mechanisms specifically during the exercise phase as in the bicycle ergometer test. It is aimed at designing a feedback control represented by the baroreceptor loop. The fundamental approach is to obtain a stabilizing control by minimizing a cost functional, thus steering the system to the equilibrium exercise state. The current model is reduced, modified and simplified to acquire a new system, which in some sense, is not so different from the original. Though the character of the system is changed, the modified model serves as the basis for the construction of feedback control. Numerical simulations showing the dynamics of the states during rest and exercise conditions are presented including the controlled system from initial equilibrium rest phase to equilibrium exercise phase.