Normal kardiyovasküler sistem ve ciddi aort darlığının bir elektronik devre eşdeğeri ile benzetimi

Simulation of normal cardiovascular system and severe aortic stenosis using equivalent electronic model

Abstract

Objective: In this study, we have designed an analog circuit model of the cardiovascular system that is able to simulate normal condition and cardiovascular diseases, such as mitral stenosis, aortic stenosis, and hypertension. Especially we focused on severe aortic stenosis, because it is one of the ca uses of sudden death in asymptomatic patients. In this study, we aim to investigate the simulation of the cardiovascular system using an electronic circuit model under normal and especially severe aortic valve stenosis conditions. Methods: The Westkessel model including RLC pi-segments is chosen in order to simulate both systemic and pulmonary circulation. The left and right heart is represented by trapezoidal shape stiffnesses. Aortic capacitance and aortic valve characteristics are chosen nonlinear. Severe aortic stenosis is implemented by changing the value of the serial resistance to the aortic valve. MATLAB® software program is used for the model implementation. Results: The results for normal conditions of the given electrical model are similar to the normal cardiovascular physiology. As a result of simulation, a remarkable increase of the left ventricle systolic blood pressure and aortic mean pressure gradient, and decrease of aortic systolic blood pressure are observed in severe aortic valve stenosis. Conclusion: In conclusion, our model is effective and available for simulating normal cardiac conditions and cardiovascular diseases, especially severe aortic stenosis.

Özet

Amaç: Çalışmada normal durum ile beraber mitral darlık, aort darlığı, ve hipertansiyon gibi kardiyovasküler hastalıkları taklit edebilen elektronik bir devre modeli tasarlanmıştır. Çalışmada özellikle ciddi valvüler aort darlığı üzerinde durulmuştur, çünkü asemptomatik hastalarda ani ölümün sebeplerinden biri olmaktadır. Çalışmanın amacı, kardiyovasküler sistemin elektronik bir devre modelinden yararlanılarak normal ve özellikle ciddi valvüler aort darlığı durumlarının benzetimlerinin yapılmasıdır. Yöntemler: Sistemik ve pulmoner dolaşımın benzetimi için RLC-pi segmentlerini içeren Westkessel modeli seçilmiştir. Sol ve sağ kalp yamuk biçimli stiffness modeli ile temsil edilmektedir. Aortik kapasitans ve aortik kapak karakteristikleri non-lineer seçilmiştir. Ciddi valvüler aort darlığı, aortik kapak direncinin değerinin değiştirilmesi ile gerçekleşmiştir. Bulgular: Sunulan elektriksel modelden normal durumlar için elde edilen sonuçlar normal kardiyovasküler fizyoloji ile benzerlik göstermektedir. Ciddi valvüler aort darlığı durumunda, modelle de, sol ventrikül sistolik kan basıncında ve aortik ortalama basınç gradiyentinde artış ve aortik sistolik kan basıncında düşüş gözlemlenmiştir. Sonuç: Sonuç olarak, önerilen model başta ciddi valvüler aort darlığı olmak üzere çeşitli kardiyovasküler hastalıkların ve normal kardiyak durumun benzetimini verimli bir biçimde yapabilecek düzeydedir.