Modelování a simulace činnosti kardiorespiračního systému

Barbora Kosiecová

Master's thesis

Modeling and Simulation of Cardiorespiratory System

Abstract:

Diplomová práce se zabývá problematikou modelování a simulací kardiorespiračního systému. Tento model vychází z kardiovaskulárního a respiračního systému, které jsou navzájem mezi sebou propojeny společnými parametry. Úvod práce je věnován základním pojmům z oblasti modelování se zaměřením na modelování biomedicínských systémů. Také je zde zmíněna problematika fyziologie kardiorespiračního systému. Tato diplomová práce popisuje princip a funkce kardiorespiračního systému, vytvoření matematického modelu a jeho implementaci při simulaci průběhů vybraných veličin. Součástí práce jsou tři případové studie, které byly vytvořeny modifikací základního modelu. První studie sleduje reakci kardiorespiračního systému na skokovou změnu koncentrace kyslíku v arteriální krvi C_aO2. Druhá studie se zabývá modelováním LBNP testu. A třetí studie zkoumá reakci CVRS systému na snížení koncentrace okysličení venózní krve C_vO2 o 10% a následně o 15%. V závěru jsou zhodnoceny dosažené výsledky. Kardiorespirační model je realizován v softwaru MATLAB Simulink.

Abstract:

This thesis deals with the modeling and simulation of cardiorespiratory system. This model is based on the cardiovascular and respiratory system, which is mutually interconnected by common parameters. Introduction is dedicated to basic concepts of modeling and is focused on the modeling of biomedical systems. The problem of the physiology of cardiorespiratory system is also mentioned there. The thesis describes the principle and function of the cardiorespiratory system. It describes creation of the mathematical model and its implementation in the simulation waveforms of selected variables too. The thesis also contains three case studies, which were created by modifying the basic model. The first study deals with cardiorespiratory response to a step change in the concentration of oxygen in arterial blood C_aO2. The second study focuses on modeling LBNP test. And third study examines reaction of CVRS system to reduction of the concentration of the oxygenation of venous blood C_vO2 by 10% and then 15%. In conclusion, there is evaluation of achieved results. Cardiorespiratory model is implemented in MATLAB Simulink software.

Keywords

Srdce, plíce, dýchání, CO2, O2, modelování, simulace, kompartment, multikompartment, kardiovaskulární systém, respirační systém, kardiorespirační systém, MATLAB, Simulink, LBNP

Keywords

Heart, Lungs, Breathing, CO2, O2, Modeling, Simulation, Compartment, Multicompartment, Cardiovascular system, Respiratory system, Cardiorespiratory system, MATLAB, Simulink, LBNP

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 9. 8. 2016
• Supervisor: Štěpán Ožana
• Reader: Blanka Filipová

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Elektrotechnika / Biomedicínské inženýrství