A cellular automaton based electromechanical model of the heart
Hücresel otomaton yöntemi ile kalbin elektromekanik modellenmesi
- Tez No: 286089
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ERGİN TÖNÜK, YRD. DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tıbbi Biyoloji, Medical Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 138
Özet
Kalp biyomekanik pompa görevi gören kas yapısında bir organdır. Elektriksel uyarılar bu iş için özelleşmiş hücrelerce oluşturulur ve iyon değişimleri sayesinde tüm miyokardiyum yüzeyi boyunca akarak hem elektriksel hem de mekanik aktivitenin oluşumunu sağlar. Hem elektriksel hem de mekanik aktiviteyi etkileyen durumlar kalbin pompa görevini doğrudan etkileyecektir. Bu çalışmanın ana amacı, kalp kasının fizyolojik ve patolojik özelliklerini elektromekanik olarak inceleyerek, kalp hastalıklarının teşhisinde kullanılan yöntemlere ek çözümler geliştirmektir. Bu model vücut yüzeyi potansiyeli ölçümlerinden kalp üzerindeki kaynağın bulunması amacıyla veya MR görüntüleriyle oluşturulabilecek hastaya özel kalp geometrilerinde elektriksel iletim ve buna bağlı olarak mekanik tepkinin etkilerinin kestirilmesinde kullanılabilecektir. Hücresel otomaton yöntemi kullanılarak sol ventrikül fizyolojisi modeli üzerinde kardiyak fonksiyonların tespiti mümkün olacaktır. Modelleme esnasında anatomik bilgiler göz önünde bulundurularak (kas yapısı özellikleri, fiber dağılımı? vb.) öncelikle üç boyutlu akım dağılımı modellenecektir. Daha sonra da malzeme yapısına bağlı kalınarak kasılma ve gevşeme özellikleri belirlenecek ve mekanik aktivite simule edilecektir. Simulasyon reentry gibi aritmi yaratacak durumlar için denenerek klinik verilerle ilişki kurulmaya çalışılacaktır.Bu çalışmada kalbin normal atım durumunda elektriksel ve mekanik özelliklerinin modellenmesi ile ilgili çalışmalarımız yer almaktadır. Ayrıca kalp elektriksel aktivasyonu dolayısıyla gerçekleşen kasılmanın zamansal senkronizasyonu belirlenerek kalbin elektromekanik doku modeli üzerinde çalışmalar yapılmıştır. 2 boyutlu kalp doku modellemesi ve elektromekanik ilişkilendirme için hücresel otomaton yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemle kalpteki elektriksel yayılım ve mekanik kasılma başlangıcı hem normal atım hem de kalp doku bozulmaları kaynaklı aritmiye sebep olacak uyarıların yayılımını karmaşık diferansiyel denklemlerden bağımsız olarak çözümlenmesine olanak sağlamaktadır. Kalp dokusunun anizotropik yapısı da göz önünde bulunarak fiber yönelimleri doğrultusunca gerçekleşecek aktivasyon gözlemlenmiştir.Tez çalışmasında elektromekanik model; makroskopik, düzlemsel ve basitleştirilmiş sol ventrikül düzeyinde ele alınmıştır. Her hücredeki elektriksel ve mekanik davranışlar, hücrenin uyarı yayılımına bağlı olarak hesaplanmıştır. Zamana bağlı fizyolojik durum değişimleri ile ifade edilen iyon potansiyel eğrisi ile kuvvet değişimi eğrisi ilişkilendirilmiş ve mekanik tepki de durum değişimi olarak elastik özellikte modellenmiştir. Hücre zar proteinlerinin yoğunluğunun, kalsiyum iyon konsantrasyonunun, metabolik ve hormonal değişimlerin kalp kası üzerindeki etkileri dikkate alınmamıştır. Ayrıca akışkanlar mekaniği, mekaniğin elektriksel aktiviteye etkisi gibi kasılmayı etkileyecek özellikler ihmal edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The heart is a muscular organ which acts as a biomechanical pump. Electrical impulses are generated in specialized cells and flow through the heart myocardium by the ion changes on the cell membrane which is the beginning of both the electrical and the mechanical activity. Both the electrical and the mechanical states of the organ will directly affect the pumping activity. The main motivation of this thesis is to better understand physiological and pathological properties of the heart muscle via studying the electro-mechanics of the heart. This model could be used to gain better solutions of the ill-posed inverse problem of ECG and Body Surface Potential Maps (BSPM) or to estimate the electrical propagation and mechanical response on patient specific heart geometry models which can be obtained by using MRI technique. Cellular automaton technique will be used to simulate the physiological function of the left ventricle to estimate the cardiac functions. To model the heart tissue firstly the anatomical knowledge of the heart will be used such as properties of the myocardium, fiber orientations, etc. to simulate the three dimensional electrical propagation. Then the mechanical activity consisting of contraction and relaxation will be simulated according to the material properties of the heart. Using this simulation, the effects of the cardiac arrhythmias such as reentry will be generated.In this study, electrical and mechanical properties of the heart tissue are modeled for normal heart beat and heart beat in case of ischemic heart tissue. Contraction of the tissue via electrical activation has also been considered in terms of time synchronization. ?Cellular automaton? method is used for modeling the electromechanical interactions in the heart tissue. A simplified left ventricle model is used to observe the electrical and the mechanical behavior. Using this method, both the normal heart beat?s electrical activation and the arrhythmia excitation could be taken on, without using complex differential equations. To consider the anisotropy of the heart tissue, fiber orientations have also been added to the model. In this thesis work, electro-mechanic models at cellular, macroscopic and heart left ventricle level are presented. The electro-mechanical adaptation is performed by cellular electrophysiology and cellular force development due to intercellular excitation propagation. Varying densities of transmembrane proteins, changes on concentration of calcium, metabolic and hormonal effects are neglected. Also in simplified ventricular model the fluid mechanics and mechanoelectrical feed-back is not taken into-account.
Benzer Tezler
- Development of a Micro-fabrication process simulator for Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)
Mikro-Elektro-Mekanik-Sistemler için bir Mikro-üretim simülatörünün geliştirilmesi
ALPER YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELİK DÖLEN
- İstanbul'da kentsel büyümenin senaryo tabanlı modellenmesi ve ekolojik açıdan değerlendirilmesi
Scenario-based modeling and evaluation of urban growth in Istanbul
ALİYE GONCA BOZKAYA KARİP
Doktora
Türkçe
2024
Şehircilik ve Bölge PlanlamaMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ÜNSAL
- A New cryptanalysis method of cellular automata based encryption systems
Hücresel otomata tabanlı şifreleme sistemleri için yeni bir şifre analiz yöntemi
ALİ MURAT APOHAN
Doktora
İngilizce
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. M. ERTUĞRUL ÇELEBİ
- İki boyutlu spin-1 ising (BEG) modelin cellular automaton ile benzeşimi
The simulation of the two-dimensional ising (BEG) model on a cellular
ABDULKADİR SOLAK
Doktora
Türkçe
2005
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. BÜLENT KUTLU
- Manyetik sistemlerde kusur etkisinin cellular automaton ile incelenmesi
Investigation of dislocation effect on magnetic systems with cellular automaton
ALPASLAN GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT KUTLU