Model šíření pulsové vlny na vybrané části arteriálního stromu

Abstract

Práce se zabývá vytvořením počítačových modelů kardiovaskulárního systému, ve kterých byla využita hemodynamicko-elektrická analogie. Výstupy modelů jsou napěťově průběhy na konkrétních elektrických odporech, reprezentujících pulsovou vlnu na různých tělní artériích. Existují různé indexy pro určení stavu tepenného systému, ty však popisují řečiště globálně a není možné konkretizovat případné patologické místo. Cílem modelování je maximalizovat shodu modelových pulsových vln se vzorovými průběhy z databáze King´s College London. Na začátku byly spolu s vytvořením buzení určeny počáteční podmínky, jako odpor pro horní a dolní končetinu a zbytek těla, ze kterých se při modelování vycházelo. Následná cesta experimentálního a empirického postupu se ukázala jako nejschůdnější. Shoda se vzorovými průběhy je objektivně hodnocena pomocí korelace a RMSE. Nejpřesnější je model poslední, s rozprostřenými parametry a hodnotou RMSE = 9.5747. Na závěr je ukázáno několik způsobů popisu elektrického obvodu pomocí přenosové funkce. Modely vytvořené v této práci popisují řečiště na nižší úrovni, kdy by mohlo být místo poruchy přesně lokalizováno v místě postižené tepny a následná léčba by mohla být rychlejší, efektivnější. Diplomová práce prokázala, že lze kardiovaskulární systém modelovat pouze s pomocí lineárních elektronických prvků a následně ho matematicky popsat.

The aim of this thesis is to create computational models of cardiovascular system using hemodynamic-electronic analogy. The outputs of the models are voltages on concrete resistors that represent pulse waves at specific arteries. There are several indices for arterial tree description but no one can concretize affected artery. The aim of modelling is to maximize coincidence of model pulse waves and exemplary pulse waves obtained from King´s College London database. At the beginning the input was created and initial conditions such as resistance of arm leg and rest of the body were established. Experimental and empirical methods turned out to be the most efficient. Coincidence with exemplary pulse waves was evaluated with correlation and RMSE. The most accurate model is the last one with distributed parameters and RMSE = 9.5747. The demonstration of several approaches how to describe an electrical circuit by transfer function is at the end. Models created in this thesis describe arterial tree at a lower level which helps to localize pathological part of the tree and make treatment faster and more effective. Diploma thesis proved that cardiovascular system can be described by linear electronic components and described mathematically.