Численное моделирование сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма человека с учетом их взаимодействия

• Автор: Симаков, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Обзор моделей

ГЛАВА 2. Модель глобального кровотока

2.1. Задача о динамике кровотока в одном сосуде

2.2. Постановка граничных условий для задачи о замкнутом кровотоке.

2.3. Задача о динамике кровотока в сердце

2.4. Численная реализация задачи о динамике глобального кровотока. .

ГЛАВА 3. Модель движения воздуха в легких

3.1. Задача о движении воздуха в проводящей зоне легких

3.2. Задача о движении воздуха в альвеолярном объеме легких

3.3. Модель переноса веществ и газообмен с кровью
3.4. Численная реализация задачи о движении воздуха в легких
ГЛАВА 4. Результаты
4.1. Идентификация параметров и структуры сети кровеносных сосудов и трахейнобронхиального дерева
4.2. Локальные эффекты при кровопотере на примере общей сонной артерии человека.
4.3. Глобальное влияние кровопотери на системный кровоток
4.4. Особенности ретинального кровотока при кровопотере и стенозе внутренней сонной артерии
4.5. Моделирование нарушений сердечной функции
4.6. Перенос веществ в организме человека
4.7. Исследование резонансных свойств альвеолярного объема
4.8. Исследование резонансных свойств трахейнобронхиального дерева
4.9. Исследование резонансных свойств легочного круга кровообращения
4 Анализ влияния акустических воздействий на процессы аспирации и конвективнодиффузионного переноса веществ дыхательной
и кровеносной системами
Заключение
Список иллюстраций
Список таблиц
Список использованных источников


Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, а так же списка использованных источников, оглавления, списков таблиц и рисунков. Она содержит рисунка, 7 таблиц и 2 наименований в списке использованных источников. Объем диссертации составляет 5 страниц. Во введении обсуждается актуальность темы диссертации, описывается научная и практическая ценность работы, а также указывается, в чем состоит ее научная новизна. В первой главе рассматривается обзор исторического развития представлений о сердечно-сосудистой и дыхательной системах человека. В частности, приведена простейшая двухэлементная модель аортальной компрессионной камеры (windkessel-модель) и общая постановка задачи о кровотоке в сосуде с использованием подхода ’’взаимодействие жидкость-стенка” (fluid-structure interaction). Далее рассматриваются подходы к моделированию структуры сети кровеносных сосудов и трахейно-бронхиального дерева. После чего внимание уделяется моделям сердца и дыхательной системы. Во второй главе рассматривается постановка задачи о глобальном кровотоке в сосудистой сети. При этом, в начале главы, в п. Затем, в п. Рассматриваются условия совместности, учет которых необходим для корректной постановки граничных условий при решении гиперболической системы уравнений; постановка граничных условий в областях стыковки нескольких сосудов одной (артериальной или венозной) сети и в областях стыковки сосудов различных (артериального и венозного) отделов сосудистой системы (область микроциркуляции). Обсуждаются сделанные в работе предположения и допущения. Далее, в п. В завершении второй главы, в п. Фактически, этот раздел определяет общий алгоритм проведения рассчетов с использованием указанных моделей. В третьей главе рассматривается задача о движении воздуха в легких. Весь процесс делится на два этапа: движение воздуха но проводящей зоне и в альвеолярном объеме легких. В соответствии с этим в п. В п. В п. Делается вывод об аналогии между моделями, описывающими движение воздуха в альвеолярном объеме легких и движением крови в камере сердца. Приводятся граничные условия в местах соединения дыхательных трубок старших поколений и соответствующих компонент альвеолярного объема. После этого, в п. Внимание так же уделяется модели газообмена между легкими и кровью, протекающей по сосудам легочного круга. В завершении третьей главы, в п. Отличие, однако, состоит в том, что более простой вид уравнения состояния стенок дыхательных трубок позволяет провести некоторые упрощения, позволяющие снизить вычислительные затраты. В четвертой главе приведены результаты вычислительных экспериментов, показывающие возможности применения разработанного программного комплекса. Раздел 4. В нем так же представлено сопоставление результатов рассчетов функционирования рассматриваемых систем в норме с известными экспериментальными данными. Затем исследуется влияние кровопотерь на динамику кровотока в общей сонной артерии человека. После этого рассматриваются модели стеноза аортального клапана и дефекта межжелудочковой перегородки. Так же анализируется влияние низкочастотных внешних воздействий на сердечный выброс. Далее внимание уделяется процессам транспорта веществ на примере задач переноса вещества после вдоха, и после инъекции медикамента в артерию бедра. В завершении четвертой главы рассматривается серия вычислительных экспериментов, рассматривающих влияние внешних акустических воздействий на организм человека. Приводятся результаты рассчетов динамики движения воздуха в легких и динамики кровотока в артериях легочного круга кровообращения. Рассматривается влияние внешних акустических воздействий на газообмен с кровью. В заключении представлены основные результаты и выводы диссертации. Основные результаты диссертации были опубликованы в работах [1-]. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежит более % материала, в частности связанного с проведением обзора источников по теме работ, формулировкой допущений и предположений, лежащих в основе используемых математических моделей, а также с изложением результатов проведенных автором вычислительных экспериментов.