یک مدل قلبی عروقی برای سیستم کنترل فشار خون
چکیده
یک مدل قلبی عروقی برای سیستم کنترل فشار خون در این مقاله توسعه یافته است. این مدل برای شبیه سازی بیماران پرفشار به منظور طراحی سیستم های کنترل برای تنظیم فشار خون مورد استفاده قرار گرفته است. پایداری مدل نیز بررسی شده است. مدل می تواند به دقت نشان دهنده ی فشار خون سرخرگی باشد و بنابراین، سیستم کنترل طراحی شده و شبیه سازی شده بر اساس این مدل می تواند خیلی نزدیک به کارآزمایی بالینی در نظر گرفته شود.
1. مقدمه
سیستم قلبی عروقی شامل قلب، که یک دستگاه پمپ کننده ی ماهیچه ای است و یک سیستم لوپ بسته از عروق، که سرخرگ ها، سیاهرگ ها و مویرگ ها نامیده می شوند، می باشد. قلب انسان 4 حفره دارد، دهلیز راست، بطن راست، دهلیز چپ و بطن چپ (1). دهلیز راست، خون د اکسیژنه را از بدن دریافت می کند. سپس خون از طریق دریچه ی سه لختی، به درون بطن راست جریان پیدا می کند. در طی انقباض بطن ها، بطن راست خون را از طریق دریچه ی ریوی، به درون ریه پمپ خواهد کرد. دهلیز چپ خون اکسیژنه را از ریه دریافت می کند. خون موجود در دهلیز چپ، از طریق دریچه ی میترال به بطن راست جریان پیدا می کند. بعداز آن، خون موجود در بطن چپ از طریق دریچه ی آئورت به درون آئورت پمپ می شود. خون دریافت شده توسط قلب از ونا کاوا، خون داکسیژنه می باشد. با این حال، خون پمپ شده از قلب به درون بدن، اکسیژنه می باشد. خون اکسیژنه شده حاوی اکسیژن بیشتری خواهد بود در حالی که خون داکسیژنه حاوی کربن دی اکسید بیشتری خواهد بود. هدف اصلی جریان خون از طریق ریه، مبادله ی گازی می باشد، یعنی حذف کربن دی اکسید از خون و جایگزینی آن با اکسیژن. خون اکسیژنه مجددا به سمت عقب به درون خون پمپ خواهد شد. به دلیل حرکت پمپاژی، فشار خون انسان بین دوره های سیستول و دیاستول نوسان می کند. در طی دوره ی سیستولی، ضربان های قلب، خون را به بیرون از قلب پمپ می کند. در طی دوره ی دیاستولی، قلب پیش از ضربان بعدی به حالت استراحت در می آید تا اجازه دهد که خون به درون قلب پر شود. مقادیر سیستولی و دیاستولی فشار خون سرخرگی برای بالغین سالم باید، به ترتیب حدود 80/120 میلی متر جیوه باشد. پژوهش روی سیستم قلبی عروقی انسان، بسیاری از محققین و تکنسین ها را در طی چند دهه گذشته جذب کرده است. آن اساسا برای درک مکانیسم و خصوصیات سیستم قلبی عروقی مورد پژوهش قرار می گیرد. در سال های اخیر، توسعه ی قلب مصنوعی انسان، یکی از حوزه های داغ و جالب توجه می باشد. یک پژوهش مهم در مهندسی زیست پزشکی در مورد کنترل پرفشاری خون می باشد. هدف اصلی این مقاله توسعه ی سیستم قلبی عروقی انسان می باشد چون آن می تواند یک ابزار مفید در طراحی سیستم های کنترل جریان خون باشد. این مقاله بر طبق زیر سازمان بندی شده است: بخش II نشان دهنده ی مدل سیستم قلبی عروقی می باشد، که در آنجا معادلات ریاضی توصیف کننده ی سیستم ارائه شده اند. شبیه سازی در بخش III انجام شده است. در بخش IV، پایداری مدل سیستم بررسی شده است. کاربردهای مدل سیستم قلبی عروقی در بخش V ارائه شده اند و بخش VI نشان دهنده ی نتیجه گیری می باشد.
Abstract
A cardiovascular model for blood pressure control system is developed in this paper. This model is used to simulate hypertensive patients in order to design control systems for regulation of blood pressure. The stability of the model is also investigated. The model can accurately represent human arterial blood pressure and therefore, the control system designed and simulated based on the model can be considered very near to clinical trial.
I. INTRODUCTION
The cardiovascular system consists of the heart which is a muscular pumping device and a closed-loop system of vessels called arteries, veins, and capillaries. Human heart has four chambers, the right atrium, right ventricle, left atrium and left ventricle [1]. The right atrium will receive deoxygenated blood from the body. Then the blood will flow into the right ventricle through the tricuspid valve. During the contraction of ventricles, the right ventricle will pump the blood into the lung through the pulmonary valve. The left atrium will receive the oxygenated blood from the lung. The blood in the left atrium will flow through the mitral valve into the left ventricle. After that, the blood in the left ventricle will be pumped through the aortic valve into aorta. The blood received by the heart from vena cava is the deoxygenated blood. However, the blood pumped from the heart into the body is oxygenated. The oxygenated blood will contain more oxygen while the deoxygenated blood will contain more carbon dioxide. The main purpose of the blood flowing through the lung is for gaseous exchange such as removing the carbon dioxide from the blood and it to take in oxygen. The oxygenated blood will be pumped back into the body again. Due to pumping motion, the human blood pressure fluctuates between the systole and diastole periods. During the systole period, the heart beats to pump the blood out of the heart. During the diastole period, the heart relaxes before the next beat to allow blood to fill back up into the heart. The systolic and diastolic values of the arterial blood pressure for the healthy adult should be around 120/80 mmHg respectively. Research in human cardiovascular system has attracted many researchers and technologists over the past few decades. It is mainly researched for the understanding of the mechanism and characteristics of the cardiovascular system. In recent years, development of artificial human heart becomes one of the hot and interesting areas. Another important research in biomedical engineering is about hypertension control. The main purpose of this paper is to develop the human cardiovascular system model as it can become an useful tool in the design of blood pressure control systems. This paper is organized as follows: Section II represents the cardiovascular system model, where the mathematical equations describing the system are given. Simulation is carried out in section III. In section IV, stability of the system model is investigated. Applications for cardiovascular system model are given in section V and section VI represents the conclusion.
1. مقدمه
II. مدل سیستم قلبی عروقی
A. کاربردهای مدل های سیستم
B. مدل ریاضی
1. نماد سازی
2. قلب
3. گردش ریوی
4. گردش سیستمیک
III. شبیه سازی
IV. آنالیز پایداری
V. کاربردهایی برای مدل سیستم قلبی عروقی
VI. نتیجه گیری
I.INTRODUCTION
II.CARDIOVASCULAR SYSTEM MODEL
A. Applications of the system models
B. Mathematical model
1. Notation:
2. Heart
3. Pulmonary Circulation
4. Systemic circulation
III.SIMULATION
IV.STABILITY ANALYSIS
V.APPLICATIONS FOR CARDIOVASCULAR SYSTEM MODEL
VI. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه