Modelování a analýza výpočtu srdečního minutového výdeje pomocí diluce glukózy

Abstract

Bakalářská práce se zabývá modelováním a simulací průběhů definovaných veličin v multikompartmentovém modelu kardiovaskulárního systému pomocí diluce glukózy. Jedná se o novější metodu, při níž se používá 10%-tní roztok glukózy pro měření srdečního výdeje. Srdeční výdej má úzký vztah k levopravému (LP) zkratu, kdy je možné pomocí hodnoty srdečního výdeje vypočítat hodnotu LP zkratu. Pro modelování, simulaci a měření srdečního výdeje a LP zkratu se odebírají dva vzorky krve: před a po podání roztoku glukózy v rozsahu pár sekund až jedné minuty. Po uplynutí dvou minut dojde k ustálení hodnoty koncentrace glukózy na hodnotu před podáním roztoku. Při vytvoření matematických modelů se vychází z blokového schématu, kde se indikátor vstřikuje do plícnice. Tento model se modifikuje na podání roztoku do pravé síně. Modely jsou vytvořeny ve výpočetním prostředí programu Matlab&Simulink. Dynamický model je vytvořen v prostředí Simulink, kde se simuluje průběh koncentrace glukózy v závislosti na čase při zadání hodnoty levopravého zkratu. Pro výpočet této hodnoty a také ustálených stavů všech veličin v kompartmentech se využívá sestavený statický model, který je vytvořen pomocí nástroje Matlab Symbolic Toolbox.

The bachelor thesis deals with modeling and simulation of the defined values in a multi-compartment model of cardiovascular system by use of a glucose dilution. It is quite a new method that uses a 10% glucose solution for measurement of cardiac output. The cardiac output is closely related to left-right shunt in the way that the extent of left-right shunt can be evaluated by cardiac output value. Performing modeling, simulation and measurement supposes taking the two blood samples: before and after application of glucose solution in the range of several seconds up to a minute. Within two minutes the value of glucose concentration reaches its steady state which is the same as before application of the dose. The creation of mathematical models commences with a block scheme assuming the indicator being injected into the pulmonary artery. This model is consequently modified so that the dose is injected into the right atrium. The models are created in Matlab&Simulink computational environment. The Simulink-based model simulates the time plots of a glucose concentration by use of a predefined percentage extent of the left-right shunt. Both left-right shunt and steady states of all variables in the compartments are computed by the designed static model created in Matlab Symbolic Toolbox.