Demonstrační model srdce

Jakub Holý

Bachelor's thesis

Demonstration Model of the Heart

Abstract:

Bakalářská práce slouží k propagačním a edukativním účelům z hlediska anatomie a funkce srdce. Jejím hlavním účelem je usnadnit porozumění šíření akčního potenciálu a efekt na stahování síní a komor, efekt kardiostimulátoru na srdce a jeho zapojení do srdce a práci s kardiostimulátorem. Práce je konstruována tak, aby uživatel viděl reálný pohyb srdce a šíření akčního potenciálu srdce na led pásku, dále systém komunikace s technikem a kardiostimulátorem. Každé z těchto zařízení je implementováno do celého modelu a uživatel si jej bude moct vyzkoušet pomocí předem připravených programů na ovládacím mikročipu. Dále je možné pomocí pulzního oxymetru ukázat celkovou funkci srdce na modelu v reálném čase pomocí výpočtu frekvence z frekvence pulzního oxymetru. Metody práce zahrnují práci s aplikací matlab, ve které byl nasimulován syntetický EKG signál, jenž se simuluje v konečném modelu, i vytvoření syntetického monofazického výboje. Celý software byl zpracován v programovacím jazyce C++. Konstrukce modelu je vytvořena v 3D softwaru a následně vytisknuta za pomocí 3D tiskárny. Model kardiostimulátoru je reálný kardiostimulátor, který byl zbaven přebytečné ovládací elektroniky. Celý model obsahuje také defibrilační vývoj, aby uživatel mohl vidět jeho efekt na celé srdce společně se simulací jeho průběhu v čase. Model srdce je lehce úpravný model srdce, na kterém byli odstraněny tepny a žíly. Model byl extrahován ze skenu magnetické rezonance a softwarově upraven pro potřeby práce, aby splňoval požadavky pro práci. Pomocí 3D tiskárny byl vytisknut do finálního vzhledu. Celkový přínos práce se zakládá na zjednodušení a přiblížení fyziologické funkce pro širokou veřejnost. Simulátor byl postaven tak, aby bylo možné jej dále využívat a zlepšovat pro další studenty, kteří jej mohou využit ve svých pracích týkajících se práce s EKG, srdcem a celkovou funkcí srdce.

Abstract:

The bachelor thesis serves for promotional and educational purposes in terms of anatomy and function of the heart. Its main purpose is to facilitate understanding of action potential propagation and effect on atrial and ventricular contraction, the effect of pacemaker on the heart and pacemaker involvement and pacemaker work. The work is designed so that the user can see the real movement of the heart and the propagation of the action potential of the heart on the ice tape as well as the communication system with the technician and the pacemaker. Each of these devices is implemented in the whole model and the user will be able to try it out by using predefined programs on the control microchip. Furthermore, the plethysmograph can be used to show the overall function of the heart on the model in real time by calculating the frequency from the plethysmograph frequency. The methods of this work include working with matlab application in which a synthetic ECG signal was simulated in the final model as well as creating a synthetic monophasic discharge. Furthermore, the whole software was developed in the C++ programming language. The design of the model is created in 3D software and then printed using a 3D printer. The pacemaker model is a real pacemaker that has been stripped of excess control electronics. The entire model also includes the defibrillation progression so that the user can see its effect on the entire heart along with a simulation of its progression over time. The heart model is a lightly modified model of the heart where the arteries and veins have been removed. The model was extracted from an MRI scan and software modified to meet the requirements for the thesis. Using a 3D printer, printed to the final design. The overall contribution of the thesis is based on simplifying and making the physiological function closer to the general public. The simulator was built to be used and improved for other students who can use it in their theses that will involve working with ecg, heart and overall heart function.

Keywords

model, 3D, simulace, srdce, EKG, akční potenciál, vzruch

Keywords

model, 3D, simulation, heart, ecg, action potential, excitement

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 2. 6. 2023
• Supervisor: Michal Procházka
• Reader: David Korpas

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Bachelor programme:
Biomedicínská technika