Simulación numérica del sistema circulatorio

Montero-Rodríguez, Juan José

2011

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Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Electrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Ingeniería Electrónica, 2011.

Este documento presenta el estudio realizado para la implementación de una simulación del sistema circulatorio. El estudio se enfoca en el modelado matemático basado en parámetros concentrados. Durante el desarrollo del proyecto se revisaron varios modelos matemáticos existentes y se implementaron seis de ellos en la versión MATLAB/Simulink R2011a. Para construir estos modelos se utilizó la biblioteca “Cardiovascular Simulation Toolbox”. Esta biblioteca fue desarrollada en MATLAB/Simulink R14 por O. Barnea y sus colaboradores en la Universidad de Tel Aviv [1]. La biblioteca original presentaba problemas de compatibilidad con las versiones más recientes del programa, por lo que primero fue necesario reescribir la biblioteca para hacerla compatible, y luego desarrollar los modelos requeridos. Se escogió un modelo del sistema cardiovascular completo con el propósito de simular el comportamiento del sistema circulatorio en condiciones normales de salud, y en este proyecto se ajustaron los parámetros del sistema cardiovascular para poder simular la insuficiencia cardíaca sistólica, que no era parte del modelo inicial. Además se presenta un modelo sencillo para simular el comportamiento teórico de un dispositivo de asistencia ventricular. Con este modelo se implementó una simulación del corazón acoplado al VAD y se comprobó que el aparato ejerce succión en el ventrículo izquierdo. __________________________________________________________________________ Abstract This report contains an academic research to implement a simulation of the cardiovascular system. The study is based on mathematical modeling using lumped parameters. On this project, some existent mathematical models were reviewed, and six of them were implemented on MATLAB/Simulink R2011a. The models are based on the “Cardiovascular Simulation Toolbox” library. This library was developed by O. Barnea and his collaborators at the Tel-Aviv University, using MATLAB/Simulink R14 [1]. The original library presented compatibility problems with the current version of the software, so in this project the library was updated to be compatible with the newer versions of MATLAB, and then it is used for the implementation of some models. We selected one mathematical model of the complete cardiovascular system able to produce simulations of the healthy circulatory system with normal hemodynamics. The input parameters of this model were adjusted to obtain another simulation, aimed to generate the hemodynamic parameters of a person with systolic heart failure. Also a theoretical model of a ventricular assist device is presented, able to produce a constant blood flow. With this model we implemented a simulation of the effects of the VAD in the circulatory system, and observed the suction produced by the VAD on the left ventricle.

Matlab; Bioinformática; Heart; Modeling; Simulación; Bioinformática; Corazón; Modelado; Simulación;