Cardiovascular Models and Control

Cardiovascular Models and Control

Cardiovascul ar

Models and

Control

Trường Đại học Bách Khoa TpHCM

Khoa Khoa học ứng dụng Ngành Vật lý kỹ thuật

• Lý thuyết Windkessel thuần túy là nó không cho phép

truyền sóng hữu hạn và phản xạ lại trong động mạch

• Grodins: đầu tiên dùng máy tính mô phỏng huyết động học tim mạch

2 Ưu điểm, nhược điểm của

2 Ưu điểm, nhược điểm của

Ứng dụng của mô hình hóa tim mạch

• Thiết kế và dự đoán hiệu suất của thiết

bị đặc biệt hỗ trợ tim nhân tạo, thiết bị

hỗ trợ tâm thất, thiết bị bơm máu khác

như bơm tim phổi rẽ nhánh…

• Mô hình hóa của huyết áp và các điều

chỉnh của nhịp tim

3 Mô hình hóa tim mạch

a/Đoạn động mạch lý tưởngb/Đoạn tĩnh mạch lý tưởngc/Cây động mạch- tĩnh mạchd/Mô hình tim

e/Mô hình kết hợp tim và hệ mạchf/Điều hoà thần kinh và thể dịchg/Kết hợp CV và mô hình dược

a/ Đoạn động mạch lý tưởng

C : Hệ số nở mạch

Vc : Tổng thể tích khoang

Pc : Áp suất khoang

Mối quan hệ giữa P-V trong đoạn động mạch

Vcu : là thể tích không chịu lực

Áp suất trong động mạch thường dương

và thường dao động xung quanh điểm A

b/ Đoạn tĩnh mạch lý tưởng

Có 3 trường hợp

1 Áp suất đầu vào và đầu ra cùng dương

2 Áp suất đầu vào và đầu ra cùng âm

3 Áp suất dầu vào dương còn đầu ra âm

Trong trường hợp 3, nếu

nghẽn không hoàn toàn thì

thường là trường hợp hạn

dòng của tĩnh mạch do tác

động của điều kiện sinh lý

gây ra.

c/ Cây động mạch- tĩnh mạch

Nhóm các đoạn mạch lại theo kích thước (động mạch lớn, trung bình, và nhỏ, tiểu động mạch, mao mạch)

c/ Cây động mạch- tĩnh mạch

Mạch RLC tương đương

d/ Mô hình tim

Mô hình tim và mạch tương đương

e/ Mô hình kết hợp tim và hệ mạch

f/ Kiểm soát thần kinh và thể dịch

Khi có sự liên kết giữa tim hệ mạch ,

thì kiểm soát thần kinh và thể dịch sẽ

tham gia vào:

-Renin-angiotensin reflex

-Hiện tượng dịch chuyển mao dẫn

của lưu chất

-Cơ chế cân bằng chất lỏng cơ thể

nhờ thận (quá trình thải nước tiểu và

hấp thụ nước)

• 1 Điều hoà bằng cơ chế thần kinh

• 2 Điều hoà bằng yếu tố thể dịch

• 3 Điều hoà lượng máu tuần hoàn

1 Điều hoà bằng cơ chế thần kinh

a/ Vai trò của hệ thần kinh thực vật

- Đối với hoạt động của tim

- Đối với hoạt động của mạch

b/ Vai trò của phản xạ

- Đối với hoạt động của tim

- Đối với hoạt động của mạch: Các phản xạ làm giảm

nhịp tim thường có tác dụng làm giãn mạch; các

phản xạ làm tăng nhịp tim thường đi kèm với phản

xạ co mạch

2.Điều hoà bằng yếu tố thể dịch

+ Đối với hoạt động của tim

- Ảnh hưởng của hormon các tuyến nội tiết:

- Nồng độ O2 và CO2 trong máu:

- Ảnh hưởng của các ion

+ Đối với hoạt động của mạch

- Ảnh hưởng của hormon các tuyến nội tiết

- Ảnh hưởng của các ion

Co mạch (tăng áp) Giãn mạch (giảm áp)

• Baroreceptors (hoặc baroceptors) là những

cảm biến đặt trong các mạch máu của cơ thể phát hiện áp lực của máu chảy qua chúng, và

có thể gửi thông tin đến hệ thống thần kinh

trung ương để tăng hoặc giảm trở kháng ngoại

vi và hoạt động tim

Renin-angiotensin

• Renin là 1 protein men phân tử nhỏ được

thận giải phóng ra khi huyết áp rất thấp có tác dụng nâng huyết áp từ thấp về bình thường

g/ Kết hợp mô hình tim mạch

và mô hình dược

• Mô hình tim mạch luôn tự giúp chúng tính

toán lượng thuốc hấp thu và lượng thuốc

phân bố khác nhau trong cơ thể

• Để tính lượng thuốc hấp thu và vận chuyển, phương trình cân bằng chất cơ thể được thiết lập cho mỗi đoạn và bộ phận trong mô hình tim mạch

q : lượng thuốc

c : nồng độ

fin : tỉ lệ lưu thông máu trong bộ phận fout : tỉ lệ lượng máu khi ra khỏi khỏi bộ phận đang xét

Mục tiêu:

-Khám phá, phát triển, sản xuất và cung cấp chất lượng, thuốc kê toa

an toàn và hiệu quả để điều trị và

giúp ngăn ngừa bệnh cho cả người

và động vật

-Mở rộng khả năng tiếp cận với

thuốc để cung cấp chăm sóc y tế có chất lượng tốt hơn và hỗ trợ hệ

thống y tế

Trọng tâm chính:

-Cung cấp chuyên môn trong điều chế dược lý

và sinh lý bệnh của cấu trúc và chức năng tim

và mạch máu

-Phát triển trong các mô hình cơ thể sống để

hỗ trợ đánh giá an toàn dược lý tiền lâm sàng của các hợp chất mới

- Tiềm năng đánh giá lưu lượng máu trong

khu vực và đường kính mạch máu

Giải phóng - tan rã (đối với các thể rắn miệng {phá vỡ thành các hạt nhỏ hơn}), phát tán và giải thể

Hấp thu thuốc hấp thụ như thế nào (thông qua

da , ruột , niêm mạc miệng )

Phân phối - Làm thế nào để nó lan truyền qua

4 Kết luận

-Giúp chứng minh tính khả thi ban đầu,

nhưng cũng có thể tăng tốc độ tổng thể quá trình thiết kế

-Giảm các thí nghiệm trên động vật và con người

-Mô phỏng các điều kiện của con người mà không có ở động vật

Tài liệu tham khảo:

1 Joseph D Bronzino, Biomedical Engineering

Fundametals, Third edition, Taylor & Francis Group,

2006.

2 Sinh lý học (tập 1), Nhà xuất bản Y học, 2006.

3 Feng Gao, Aike Qiao and Teruo Matsuzawa, Numerical

Simulation in Aortic Arch Aneurysm.

4 M A El-Brawany, A Functional Cardiovascular Model

With IV Cardiac Drugs Action, The Online Journal on

Electronics and Electrical Engineering (OJEEE) Vol (1) – No (1)