Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску
У даній роботі розглянуто модель серцево-судинної системи Фовлера-МакГюйнеса, яка враховує дію барорефлексної системи керування артеріальним тиском. Запропоновано веб-інтегроване програмне середовище для моделювання рівня артеріального тиску, до складу якого входить бібліотека Java-класів. В данной...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Штучний інтелект |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57743 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску / В.П. Марценюк, Р.О. Сарабун // Штучний інтелект. — 2012. — № 4. — С. 355-360. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860257999139897344 |
|---|---|
| author | Марценюк, В.П. Сарабун, Р.О. |
| author_facet | Марценюк, В.П. Сарабун, Р.О. |
| citation_txt | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску / В.П. Марценюк, Р.О. Сарабун // Штучний інтелект. — 2012. — № 4. — С. 355-360. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Штучний інтелект |
| description | У даній роботі розглянуто модель серцево-судинної системи Фовлера-МакГюйнеса, яка враховує дію барорефлексної системи керування артеріальним тиском. Запропоновано веб-інтегроване програмне середовище для моделювання рівня артеріального тиску, до складу якого входить бібліотека Java-класів.
В данной работе рассмотрена модель сердечно-сосудистой системы Фовлера-МакГюйнеса, которая учитывает действие барорефлексной системы управления артериальным давлением. Предложено веб-интегрированая программная среда моделирования уровня артериального давления, в составе которой есть библиотека Java-классов.
The model of the cardiovascular system of A.C. Fowler and M.J. McGuinness which takes into consideration the action of baroreflex control system of blood pressure is discussed in this work. The web-integrated software environment for modeling the level of blood pressure which includes the Java Class Library is offered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:51:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
«Штучний інтелект» 4’2012 355
4М
УДК 61:004.45
В.П. Марценюк, Р.О. Сарабун
Тернопільський державний медичний університет імені І.Я. Горбачевського
Україна, 46001, м. Тернопіль, майдан Волі, 1
Програмне середовище моделювання рівня
артеріального тиску
V. Marceniuk, R. Sarabun
I. Horbachevsky Ternopil State Medical University
Ukraine, 46001, c. Ternopil, m. Voli, 1
Software Environment for Modeling the Level
of Blood Pressure
В.П. Марценюк, Р.О. Сарабун
Тернопольский государственный медицинский университет
имени И.Я. Горбачeвского
Украина, 46001, г. Тернополь, площадь Воли, 1
Программная среда моделирования уровня
артериального давления
У даній роботі розглянуто модель серцево-судинної системи Фовлера-МакГюйнеса, яка враховує дію
барорефлексної системи керування артеріальним тиском. Запропоновано веб-інтегроване програмне
середовище для моделювання рівня артеріального тиску, до складу якого входить бібліотека Java-класів.
Ключові слова: артеріальний тиск, барорефлексна система, барорецептори.
The model of the cardiovascular system of A.C. Fowler and M.J. McGuinness which takes into consideration
the action of baroreflex control system of blood pressure is discussed in this work. The web-integrated software
environment for modeling the level of blood pressure which includes the Java Class Library is offered.
Key words: blood pressure, baroreflex system, baroreceptors.
В данной работе рассмотрена модель сердечно-сосудистой системы Фовлера-МакГюйнеса, которая
учитывает действие барорефлексной системы управления артериальным давлением. Предложено веб-
интегрированая программная среда моделирования уровня артериального давления, в составе которой
есть библиотека Java-классов.
Ключевые слова: артериальное давление, барорефлексная система, барорецепторы.
Вступ
Артеріальний тиск – це сила тиску крові на стінку артерій під час систоли та
діастоли серцевого м’язу. Контроль артеріального тиску має вирішальне значення
для здоров’я людини. Порушення рівня артеріального тиску викликає підвищення
ризику виникнення інфаркту міокарда, інсульту, ниркової недостатності. Тому
важливим є питання проведення моделювання процесів керування серцево-судинною
системою, зокрема моделювання системи керування рівнем артеріального тиску.
Проблеми моделювання артеріального тиску розглянуто в роботах [1], [2]. Та все ж
невирішеною залишається проблема запізнення з яким проходить сигнал по пара-
Марценюк В.П., Сарабун Р.О.
«Искусственный интеллект» 4’2012 356
4М
симпатичній системі, яка може бути вирішена за рахунок введення в систему
величини запізнення в часі парасимпатичної системи . Зокрема в роботах [3], [4] з
цією метою використано апарат диференціальних рівнянь із запізненням.
Мета даної роботи – розглянути модель серцево-судинної системи Фовлера-
МакГюйнеса, яка враховує величину запізнення в часі парасимпатичної системи ;
розробити програмне забезпечення, яке реалізує дану модель у вигляді Інтернет-проекту.
Модель Фовлера-МакГюйнеса серцево-судинної системи
із запізненням в часі
Метою авторів роботи [3] було наступне: розробити модель керування серцево-
судинною системою, яка б дозволяла досить просто проводити математичний аналіз
і одночасно, наскільки це можливо, точно відображала фізіологічні процеси.
В роботі для моделювання запропоновано систему диференціальних рівнянь із
запізненням.
Модель Фовлера-МакГюйнеса описує систему кровообігу, включаючи велике
коло кровообігу і нехтуючи малим. Таке спрощення дозволяє уникнути додаткового
диференціального рівняння для опису тиску в легеневій вені. Припускається, що
кровоносна система є замкнутою і обсяг крові в ній є незмінний, артерії і вени діють
як сполучені судини так, що зміна об’єму крові пропорційна зміні тиску, а капілярна
система залежить від перепаду тиску в системі. До цієї механічної системи додано
барорефлексну систему керування (рис. 1). Барорецептори визначають артеріальний
тиск і посилають сигнали мозку, який у відповідь посилає швидкі (парасимпатичні) і
повільні (симпатичні) сигнали назад у серце, змінюючи частоту серцевих скорочень,
та до артеріол і капілярів, що призводить до зміни периферичного опору.
Рисунок 1 – Барорефлексна система керування артеріальним тиском
Модель Фовлера-МакГюйнеса по суті є продовженням моделі, введеної
Оттесеном у роботі [4], до якої додано внутрішньо контрольовану частоту серцевих
скорочень і барорефлексну систему керування периферичного опору. При відсутності
зворотного зв’язку від центральної нервової системи, серце, як відомо, продовжує
битися завдяки імпульсам, які генерує синусовий вузол. Дана модель також враховує
цю поведінку серця.
Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску
«Штучний інтелект» 4’2012 357
4М
Модель ґрунтується на системі нелінійних диференціальних рівнянь із запіз-
ненням (1):
)(
1
)(
)(
0 HHTV
T
T
dt
dH
R
p
R
pp
dt
dpC
VH
R
pp
dt
dpC
HpH
p
SH
v
v
c
vav
v
c
vaa
a
, (1)
де 0 (1 )c C SR R T – периферичний опір артеріальної системи, H – частота
серцевих скорочень, ap – середній артеріальний тиск, ap – швидкість зміни
артеріального тиску, vp – середній венозний тиск, aC – артеріальний комплаєнс, vC –
венозний комплаєнс, vR – периферичний опір венозної системи, V – ударний об’єм
(обсяг відкачуваної крові за одне серцеве скорочення), H – сила симпатичного тону
( ( ))S aT g p t , HV – сила парасимпатичного тону 1 ( ( ))p aT g p t , – є мірою
загасання дії блукаючого нерва на тонус симпатичної нервової системи, – за-
пізнення симпатичної системи, ( ) 1 / (1 )ng p p – функція Хілла.
Значення параметрів системи нелінійних диференціальних рівнянь подано в табл. 1.
Таблиця 1 – Значення параметрів системи нелінійних диференціальних рівнянь
Параметр Назва параметру Значення
Са артеріальний комплаєнс 1,55 млмм рт.ст.-1
Cv венозний комплаєнс 50 млмм рт.ст.-1
0
CR мінімальний опір артеріальної системи 0,6 мм рт.ст. смл-1
Rv периферичний опір венозної системи 0,016 мм рт.ст. смл-1
V ударний об’єм 50 мл
H0 неконтрольований серцевий ритм 100 хв-1
запізнення симпатичної системи 3 с
VH сила парасимпатичного тону 1,17 с-2
Н сила симпатичного тону 0,84 с-2
сила ефекту симпатичної нервової системи 1,3
міра загасання 0,2
Н час розслаблення 1,7 с-1
Програмна реалізація моделі Фовлера-МакГюйнеса
Програмне середовище, запропоноване в даній роботі, реалізоване у вигляді
пакету Java-класів. До нього входять наступні пакети і класи.
Пакет fde призначений для отримання чисельного розв’язку диференціальних рів-
нянь. Пакет graph містить класи, призначені для графічної візуалізації розв’язків рівнянь.
У пакеті fowler містяться класи з описом моделі Фовлера-МакГюйнеса. Сюди входять класи:
– fowlerSystem – описує праві частини диференціальних рівнянь моделі;
– fowlerSystemGraph – використовується для побудови графіків розв’язків
відповідних рівнянь;
– fowlerSystemGraph Menu – клас, який описує меню побудови графіків;
– fowlerSystemInputDataFrame – клас-фрейм для введення початкових пара-
метрів моделі.
Марценюк В.П., Сарабун Р.О.
«Искусственный интеллект» 4’2012 358
4М
На рис. 2 показано вікно введення параметрів моделі Фовлера-МакГюйнеса.
Рисунок 2 – Вікно введення параметрів моделі Фовлера-МакГюйнеса
Вплив ударного об’єму серця V на рівень тиску
Ударним об’ємом серця називають об’єм крові, який лівий шлуночок викидає в
аорту, а правий – в легеневий стовбур за одне скорочення. У нормі в людини він
дорівнює 50 – 70 мл.
На основі розробленого програмного забезпечення проведено дослідження впливу
ударного об’єму серця V на рівень тиску. На рис. 3, 4, 5 виведено графічні зображення
розв’язків моделі Фовлера-МакГюйнеса при різних значеннях ударного об’єму серця.
Рисунок 3 – Графічні зображення розв’язків моделі Фовлера-МакГюйнеса
при ударному об’ємі 50V
Рисунок 4 – Графічні зображення розв’язків моделі Фовлера-МакГюйнеса
при ударному об’ємі 40V
Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску
«Штучний інтелект» 4’2012 359
4М
Рисунок 5 – Графічні зображення розв’язків моделі Фовлера-МакГюйнеса
при ударному об’ємі 80V
Бачимо, що при зменшенні ударного об’єму (рис. 4) рівень артеріального тиску
різко зменшується , а при збільшенні (рис. 5) зростає і досягає рівня, який перевищує
фізіологічно можливий для людини.
Висновок
У роботі розглянуто модель серцево-судинної системи Фовлера-МакГюйнеса,
для якої розроблено програмне середовище у вигляді бібліотеки Java-класів, що
забезпечує можливість його публікації у вигляді Інтернет-проекту.
Література
1. Abbiw-Jackson R.M. Gain-induced oscillations in blood pressure / R.M. Abbiw-Jackson,
W.F. Langford // J. Math. Biol. – 1998. – № 37. – Р. 203-234.
2. Ringwood J.V. Slow oscillations in blood pressure via a nonlinear feedback model / J.V. Ringwood,
S.C. Malpas // Am. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol. – 2001. – № 280. – R. 1105-1115.
3. Fowler A.C. A Delay Recruitment Model of the Cardiovascular Control System / A.C. Fowler,
M.J. McGuinness // The Journal of Mathematical Biology. – 2005. – № 5.
4. Ottesen J.T. Modelling of the baroreflex-feedback mechanism with time-delay / J.T. Ottesen // J. Math.
Biol. – 1997. – № 36. – Р. 41-63.
5. McSharry P.E. A dynamical model for generating synthetic electrocardiogram signals / P.E. McSharry
G. Clifford, L. Tarassenko [et all.] // IEEE Transaction On biomedical Engineering. – 2003. –
№ 50 (3). – Р. 289-294.
6. Марценюк В.П. Програмне середовище фармако-кінетичних системних досліджень / В.П. Марценюк,
І.Є. Андрущак // Искусственный интеллект. – 2009. – № 3. – С. 126-131.
Literatura
1. Abbiw-Jackson R.M. Gain-induced oscillations in blood pressure / R.M. Abbiw-Jackson,
W.F. Langford // J. Math. Biol. – 1998. – № 37. – Р. 203-234.
2. Ringwood J.V. Slow oscillations in blood pressure via a nonlinear feedback model / J.V. Ringwood,
S.C. Malpas // Am. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol. – 2001. – № 280. – R. 1105-1115.
3. Fowler A.C. A Delay Recruitment Model of the Cardiovascular Control System / A.C. Fowler,
M.J. McGuinness // The Journal of Mathematical Biology. – 2005. – № 5.
Марценюк В.П., Сарабун Р.О.
«Искусственный интеллект» 4’2012 360
4М
4. Ottesen J.T. Modelling of the baroreflex-feedback mechanism with time-delay / J.T. Ottesen // J. Math.
Biol. – 1997. – № 36. – Р. 41-63.
5. McSharry P.E. A dynamical model for generating synthetic electrocardiogram signals / P.E. McSharry
G. Clifford, L. Tarassenko [et all.] // IEEE Transaction On biomedical Engineering. – 2003. –
№ 50 (3). – Р. 289-294.
6. Martsenyuk V.P. Software Environment for Pharmacokinetic System Research / V.P. Martsenyuk,
I.Ye. Andrushchak // ІІ. – 2009. – № 3. – Р. 126-131.
RESUME
V. Marceniuk, R. Sarabun
Software Environment for Modeling
the Level of Blood Pressure
The purpose of the article is to investigate the model of the cardiovascular system of
A.C. Fowler and M.J. McGuinness which allows determining the value of time delay of the
parasympathetic system and to elaborate software that implement this model in the form of
Web project.
The model of A.C. Fowler and M.J. McGuinness describes the circulatory system taking
into consideration the systemic circulation and neglecting pulmonary circulation. This
simplification allows avoiding the additional differential equation to describe the pressure in the
pulmonary vein. It is supposed that the circulatory system is closed and the volume of blood is
constant, the arteries and veins are connected like vessels so that the change of the blood volume
is proportional to the variation of pressure, and the capillary system depends from the pressure
drop in the system. The baroreflex control system is added to this mechanical system. The model
is based on a system of nonlinear differential equations with delay.
The software environment offered in this work is implemented in the form of Java
Package. Package fde is used for obtaining numerical solutions of differential equations. Package
graph contains classes for providing graphical visualization of solutions of equations. The
package fowler contains classes with description of model of A.C. Fowler and M.J. McGuinness.
Стаття надійшла до редакції 29.08.2012.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57743 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:51:06Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Марценюк, В.П. Сарабун, Р.О. 2014-03-14T13:04:40Z 2014-03-14T13:04:40Z 2012 Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску / В.П. Марценюк, Р.О. Сарабун // Штучний інтелект. — 2012. — № 4. — С. 355-360. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57743 61:004.45 У даній роботі розглянуто модель серцево-судинної системи Фовлера-МакГюйнеса, яка враховує дію барорефлексної системи керування артеріальним тиском. Запропоновано веб-інтегроване програмне середовище для моделювання рівня артеріального тиску, до складу якого входить бібліотека Java-класів. В данной работе рассмотрена модель сердечно-сосудистой системы Фовлера-МакГюйнеса, которая учитывает действие барорефлексной системы управления артериальным давлением. Предложено веб-интегрированая программная среда моделирования уровня артериального давления, в составе которой есть библиотека Java-классов. The model of the cardiovascular system of A.C. Fowler and M.J. McGuinness which takes into consideration the action of baroreflex control system of blood pressure is discussed in this work. The web-integrated software environment for modeling the level of blood pressure which includes the Java Class Library is offered. uk Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Штучний інтелект Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску Программная среда моделирования уровня артериального давления Software Environment for Modeling the Level of Blood Pressure Article published earlier |
| spellingShingle | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску Марценюк, В.П. Сарабун, Р.О. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| title | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску |
| title_alt | Программная среда моделирования уровня артериального давления Software Environment for Modeling the Level of Blood Pressure |
| title_full | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску |
| title_fullStr | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску |
| title_full_unstemmed | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску |
| title_short | Програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску |
| title_sort | програмне середовище моделювання рівня артеріального тиску |
| topic | Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| topic_facet | Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57743 |
| work_keys_str_mv | AT marcenûkvp programneseredoviŝemodelûvannârívnâarteríalʹnogotisku AT sarabunro programneseredoviŝemodelûvannârívnâarteríalʹnogotisku AT marcenûkvp programmnaâsredamodelirovaniâurovnâarterialʹnogodavleniâ AT sarabunro programmnaâsredamodelirovaniâurovnâarterialʹnogodavleniâ AT marcenûkvp softwareenvironmentformodelingthelevelofbloodpressure AT sarabunro softwareenvironmentformodelingthelevelofbloodpressure |