Kardiyovasküler Sistemin Modellenmesi

Abstract

Bu çalışma, kardiyovasküler sistemin matematiksel modellenmesi ve bu modellerin bilgisayarlı simülasyonu hakkındadır. Biyomodellemenin üç temel kullanım alanı vardır: Araştırmalar; hipotezlerin doğruluğunu kanıtlamaya yardım eder ve çalışılan sistem hakkından hangi testlerin daha fazlasını ortaya koyacağını belirlemeye yardımcı olur. Eğitim ve öğretimde; medikal okullarda bazı modellerin kullanıldığı gibi. Kliniksel uygulamalar; modeller, ilaç düzenlemelerinin belirlenmesinde veya teşhiste yardımcı olabilir ve ayrıca protezlerin veya otomatik insülin zerk sistemlerinin tasarımında da kullanılabilir. Bu çalışmada sunulmuş olan modellerin, bunların tümüne veya herhangi birine hizmet etmesi muhtemeldir. Bu çalışmada tanımlanmış olan modellemede genel yaklaşım; basit alt modellerle başlanması ve alt modellere kompanentler eklenmesi ve onların birleştirilmesiyle daha komple bir sistem modeline doğru ilerlenmesi şeklindedir. Bu nedenle ilk olarak arter veya venin bir segmenti modellenmiş daha sonra bunun gibi bir çok segment, sol kalp ve sistemik sistemi oluşturmak üzere kapakçıklarla ve değişken bir ventrikül kompliyansıyla birleştirilmiştir. Hemen sonra sağ kalp ve pulmoner sistem düzenlenmiş ve tam bir çevrim oluşturmak üzere ilk sisteme eklenmiştir. Sonra barokontrol eklenmiş ve ardından da bir basınç-akış modeli ve bir iletim modelinin birleşimi irdelenmiştir. Modeller, gelişimleri süresince doğrulunun saplanması ve geçerli kılınması için kontrol edilmiştir. Bunlara ilaveten son bölümde, bilinmeyen parametre değerlerinin belirlenmesi için global tarama ve örüntü tarama gibi parametre kestirim metotları incelenmiştir.

This study is about the mathematical modeling of cardiovascular system and the computer simulation of these models. Biomodeling has three principal uses: Research, where it assists in verification of hypotheses and helps determine what tests will reveal more about the system being studied. Teaching and training, as in medical school use of some models. Clinical applications, where models may aid in the determination of drug regimens or diagnosis and also used in the design of prostheses or automated insulin infusion systems. It is quite possible for given models in this study to serve any or all of them. In the modeling described in this study, the approach is to start with simple submodels and work toward a more complete system model by adding components to submodels and combining them. Thus a segment of artery or vein is first modeled, then several such segments are combined with valves and a variable compliance ventricle to produce the left heart and systemic system. Next the right heart and pulmonary system are set up and added to the first system to give a complete loop. Then barocontrol is added, and later the combination of such a pressure-flow model and a transport model is discussed. Throughout their developments, the models are checked for verification and validation. In addition to these, in last chapter various parameter estimation schemes, such as global search, pattern search, are studied to determine unknown parameters.