Kardiovaskulární systém a jeho náhrady

Pulsní tok v kardiovaskulárním systému

Popis projektu:

Setup pro určení vlastních frekvencí elastických trubic

Detekce rychlosti pulzni vlny v elasticke (latexove) trubici pomoci 3D korelačního systému Q-450

Detekce rychlosti pulzni vlny v elasticke (latexove) trubici pomoci vysokofrekvenční kamery

V Laboratoři kardiovaskulární biomechaniky jsou vyvíjeny matematické modely pružné trubice a prováděny experimentální měření. Funkční modely mají sloužit k ověřování získaných konstitutivních vztahů pro materiál pružných trubic a snížit tak počet experimentů s biologickým materiálem. Matematické modelovaní pružných trubic je složitá problematika, zvláště pak u cév.

První model je založen na analogii proudění pružnou trubicí a elektrických RLC obvodů. Elektrický proud je nahrazen objemovým průtokem, elektrické napětí tlakovým spádem. Elektrická resistance je nahrazena hydraulickým třecím odporem, elektrická induktance setrvačným členem (inertancí), vznikajícím působením setrvačných sil při zrychlení proudu, a elektrická kapacitance je nahrazena hydraulickou kapacitou, způsobenou změnou objemu trubice díky elasticitě stěny. Z této analogie získáme soustavu dvou diferenciálních parciálních rovnic prvního řádu pro tlak a průtok, které řešíme numericky pomocí metody konečných objemů. K řešení jsou užity vlastní kódy vytvořené v programech Matlab a Fortran. Jako okrajové podmínky slouží hodnoty průtoku a tlaku z provedených experimentů.Cílem modelování je implementace experimentálně získaného konstitutivního vztahu a jeho ověření.

Dále vyvíjíme model popisující hydraulický ráz uvnitř elastické trubice, která má jasně definovanou mezní roztažnost. Pomocí matematického modelování a experimentů, které mají charakter hydraulického rázu, vyvíjíme konstrukci fyzikálního modelu cévní stěny mající podobnou mechanickou odezvu při statickém i dynamickém zatěžování jako lidská céva. Matematický i fyzikální model respektují kompozitní strukturu biologického materiálu.

Ing. David Hromádka ; Prof. Ing. Rudolf Žitný, CSc. ; Ing. Hynek Chlup ; Ing. Lukáš Horný

Řešitelé:

Spolupráce:

Literatura:

Macková, H. - Chlup, H. - Žitný, R.: Numerical model for verification of constitutive laws of blood vessel wall. Journal of Biomechanical Science and Engineering. 2007, vol. 2, no. 2/1, p. s66.
Macková, H. - Chlup, H. - Žitný, R.: Numerical Model for Verification of Constitutive Laws of Blood Vessel Wall. In Third Asian Pacific Conference on Biomechanics. Tokyo: The University of Tokyo, 2007.
Chlup, H. - Macková, H. - Vilímek, M. - Kubový, P. - Žitný, R. - et al.: Pulse wave velocity in elastic tube. Modelling, Identification, and Control 2006. vol. 25, no. 25, p. 484-488.
Chlup, H. - Macková, H. - Žitný, R. - Konvičková, S.: Experimental measurement of pulse wave velocity in elastic tube. In Engineering Mechanics 2006. Prague: Institute of Theoretical and Applied Mechanics AS CR, 2006, p. 130-131.