Analysis of the cardiovascular hemodynamics using pontryagin maximum principle
Kardiyovasküler sistem hemodinamiğinin pontryagin maksimum prensibi ile analizi
- Tez No: 751437
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ABDURRAHMAN KAMURAN KADIPAŞAOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Biyomühendislik, Matematik, Computer Engineering and Computer Science and Control, Bioengineering, Mathematics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Optimalite prensibi, doğadaki tüm sistemlerin belli bir kriteri yerine getirmek amacıyla en iyi şekilde işlediğini ortaya koymaktadır. Buradan yola çıkarak, doğadaki herhangi bir sistem gibi insan vücudu da bu ilke ile çalışmalıdır. Fizyolojik sistemler üzerinde optimal kontrol uygulamaları, geçtiğimiz yüzyıldan beri öne çıkan bir çalışma alanıdır ve halen keşfedilmeye ve geliştirilmeye açıktır. Kardiyovasküler sistem dinamiklerinin optimal kontrolü ise son elli yılda farklı araştırmacı ekipler tarafından incelenmiş ve tanımlanan durumlar ve kısıtlar altında sol ventrikül davranışının yorumlanmasına yardımcı olan dikkate değer makaleler üretilmiştir. Minimum enerji tüketimi, kalp kasının kasılması gücü, maksimum verim kalbin optimalite kriteri olarak sıkça önerilen kriterlerdir. Ancak maliyet fonksiyonu, yani kalbin vücuda kan pompalarken hangi kriteri veya kriterleri optimize etme ilkesiyle çalıştığı konusunda hala bir fikir birliği yoktur. Ayrıca, önceki çalışmalarda genellikle sol ventrikül yörüngesi kasılma yani sistol sırasında optimize edilmeye çalışılmıştır; tam bir kalp döngüsü için sol ventrikül davranışını açıklamaya çalışan sınırlı sayıda çalışma vardır. Hepsinden öte, sol ventrikül elastansının optimal doğasının açıklanması ve kardiyovasküler systemin kendi dinamiklerinin bir elastans fonksiyonu oluşturulması henüz üzerine çalışılmamış bir uygulamadır. Çalışmamızda yeni bir yaklaşım benimsenerek, tüm kardiyak döngü (kasılma+gevşeme) sırasında sol ventrikül basınç ve hacim yörüngelerini karakterize etmek için Pontryagin Maksimum Prensibi kullanılarak bir sol ventrikül elastans fonksiyonu oluşturulması amaçlandı. Maliyet fonksiyonu, kalp kasının kasılma ve gevşeme süresini minimize edecek şekilde önerildi. Sistol ve diyastol fazları için iki ayrı optimal kontrol problemi tanımlanarak, tam bir kardiyak döngü için sistem durum ve eşlenik denklemlerinin analitik çözümleri elde edildi.
Özet (Çeviri)
Optimality principle suggests that every system in nature works in an optimal way to fulfill a given criterion of performance. Accordingly, human body should also work by the optimality principle. Optimal control in physiological applications is a prominent study area and is yet offers much to be discovered. In the last decades, optimal control for cardiovascular dynamics has been studied by several researchers, who have produced remarkable papers on left ventricular behavior under given circumstances subject to specified constraints. Minimum energy expenditure, maximum contractile power, maximum efficiency etc. are commonly suggested optimality criteria for the heart, considered to optimize the trajectory of left ventricular hemodynamic variable during contraction, or systole. However, there is still no consensus on which criterion -i.e. cost function- the heart is maximizing or minimizing while pumping blood to the body and it is not yet accomplished to explain left ventricular behavior for a full cardiac cycle. Moreover, explaining the optimal nature of left ventricular elastance and creating a time varying elastance function from cardiovascular system dynamics itself is not yet attempted. For our study, a novel approach is developed: It is aimed to create a left ventricular elastance function using the Pontryagin Maximum Principle in order to characterize left ventricular pressure and volume trajectories during a full cardiac cycle (systole plus diastole). Cost function is suggested as to minimize the duration of the myocardial contraction and relaxation. Optimal control problems for systole and diastole are separately defined and analytical solutions of system state and adjoint equations are obtained for a complete cardiac cycle.
Benzer Tezler
- Perkütan nefrolitotomi cerrahisi altında farklı cerrahi pozisyonların nabız kontür analizi parametreleri üzerine etkisinin değerlendirilmesi
Different surgical positions under percutaneous nephrolithotomy surgery effect of pulse contour analysis parameters
ELA NUR MEDETOĞLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
Anestezi ve ReanimasyonAtatürk ÜniversitesiAnesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN CEM ÇELİK
- Hemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling
Çok fazlı kan akışı ve FSI modellemesine dayalı kalp ve venöz kapakçıkların hemodinamik karakterizasyonu
REZA DARYANI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Investigation of biological flows through particle image velocimetry (PIV) combined with several imaging techniques
Parçacık görüntülemeli hız ölçümü (PIV) ve farklı görüntüleme yöntemlerinin birleştirilerek biyolojik akışların incelenmesi
FAZIL EMRE USLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEREM PEKKAN
- Numerical investigation of hemodynamics in the artificial artery-aorta anastomosis and the inflow cannula in ventricular assist systems to prevent complications
Ventrıküler destek sıstemlerınde komplıkasyonların azaltılması amacıyla yapay damar-aorta anastomozunun ve gırıs kanülünün hemodınamık acıdan sayısal ıncelenmesı
GİZEM INCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Makine MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. ESRA SORGÜVEN ÖNER
- Açık kalp cerrahisinde, vakum destek kullanılan robotik ve minimal invaziv cerrahi ile vakum destek kullanılmayan geleneksel açık kalp ameliyatlarının karşılaştırılması
Comparison of robotic and minimally invasive surgery using vacuum support with traditional open heart surgeries without vacuum support in open heart surgery
TAYFUN SOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Göğüs Kalp ve Damar CerrahisiMarmara ÜniversitesiPerfüzyon Teknikleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAZAN ATALAN ÖZLEN