Modelování a simulace činnosti respiračního systému

Abstract

Diplomová práce se zabývá problematikou modelování a simulace respiračního systému. Realizovaný multikompartmentový matematický model respiračního systému je tvořen regulátorem, třemi kompartmenty reprezentující místa, kde dochází k výměně krevních plynů, a čtyřmi bloky reprezentující dopravní zpoždění. Kompartmenty představují plíce, tkáně a mozek. Dopravní zpoždění jsou namodelována pro přenos veličin mezi těmito kompartmenty: plicním a tkáňovým, plicním a mozkovým, tkáňovým a plicním, a mezi plicním kompartmentem a regulátorem. Simulační model je realizován v prostředí Matlab&Simulink. Simulace umožňuje provádět na modelu experimenty týkající se definovaných veličin, které v tomto případě představují koncentrace krevních plynů v jednotlivých částech systému. V práci jsou provedeny dvě případové studie, ve kterých jsou zkoumány dynamické průběhy vybraných veličin jako odezvy na definovanou poruchovou změnu jiné vybrané veličiny.

This thesis deals with the problems of a model and simulation of the respiratory system. The implemented, multi-compartment mathematical model of the respiratory system is composed of a regulator, three compartments representing the places leading to the exchange of blood gases, and four blocks representing transport delays. The compartments represent the lungs, tissues, and brain. The transport delays are modeled for the transfer of quantities between these compartments: pulmonary and tissue, pulmonary and cerebral, tissue and pulmonary, and between the pulmonary compartment and the regulator. The simulation model is created by means of Matlab&Simulink. The simulation enables the execution of experiments on the model with defined quantities, which in this case represents concentrations of blood gases in individual areas of the system. The two examples are given in the work, in which the dynamic courses of select quantities are researched as responses to the defined failure changes of another given quantity.