In this study, we developed a whole cardiovascular system model combined with a Laplace heart based on the numerical cardiac cell model and a detailed arterial network structure. The present model incorporates the Laplace heart model and pulmonary model using the lumped parameter model with the distributed arterial system model. The Laplace heart plays a role of the pump consisted of the atrium and ventricle. We applied a cellular contraction model modulated by calcium concentration and action potential in the single cell. The numerical arterial model is based upon a numerical solution of the one-dimensional momentum equations and continuity equation of flow and vessel wall motion in a geometrically accurate branching network of the arterial system including energy losses at bifurcations. For validation of the present method, the computed pressure waves are compared with the existing experimental observations. Using the cell-system-arterial network combined model, the pathophysiological events from cells to arterial network are delineated.
There are many things in common between hemodynamics in arterial systems and multibody dynamics in mechanical systems. Hemodynamics is concerned with the forces generated by the heart and the resulting motion of blood through the multi-branched vascular system. The conventional hemodynamics model has been intended to show the general behavior of the body arterial system with the frequency domain based linear model. The need for detailed models to analyze the local part like coronary arterial tree and cerebral arterial tree has been required recently. Non-linear analysis techniques are well-developed in multibody dynamics. In this paper, the studies of hemodynamics are summarized from the view of multibody dynamics. Computational algorithms of arterial tree analysis is derived, and proved by experiments on animals. The flow and pressure of each branch are calculated from the measured flow data at the ascending aorta. The simulated results of the carotid artery and the iliac artery show in good accordance with the measured results.
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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v.2
no.2
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pp.16-26
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2004
The object of this study is to develop a mathematical model of the hemodialysis system including the mechanism of solute kinetics, water exchange and also cardiovascular dynamics. The cardiovascular system model used in this study simulates the short-term transient and steady-state hemodynamic responses such as hypotension and disequilibrium syndrome (which are main complications to hemodialysis patients) during hemodialysis. It consists of a 12 lumped-parameter representation of the cardiovascular circulation connected to set-point models of the arterial baroreflexes, a kinetic model (hemodialysis system model) with 3 compartmental body fluids and 2 compartmental solutes. We formulate mathematically this model in terms of an electric analog model. All resistors and most capacitors are assumed to be linear. The control mechanisms are mediated by the information detected from arterial pressoreceptors, and they work on systemic arterial resistance, heart rate, and systemic venous unstressed volume. The hemodialysis model includes the dynamics of urea, creatinine, sodium and potassium in the intracellular and extracellular pools as well as fluid balance equations for the intracellular, interstitial, and plasma volumes. Model parameters are largely based on literature values. We have presented the results on the simulations performed by changing some model parameters with respect to their basal values. In each case, the percentage changes of each compartmental pressure, heart rate (HR), total systemic resistance (TSR), ventricular compliance, zero pressure filling volume and solute concentration profiles are represented during hemodialysis.
Microsurgical free-tissue transfer has allowed surgeons to salvage injured limbs but choosing appropriate healthy recipient vessels has proved to be a difficult problem. Retrograde flow flaps are established in island flaps. Retrograde flow anastomosis could prevent the possible kinking and twisting of the arterial anastomosis. By not interrupting the proximal blood flow to the fracture or soft tissue defect site, the compromise of fracture or wound healing might be prevented. We wished to estabilish an animal model in rat for a retrograde arterial flow based free flap. Nembutal-anesthetized male rats; weighing 250 to 300 gm, were used. The femoral artery and common carotid artery were exposed and divided. The systemic and retrograde arterial pressure were quantified by utilizing a parallel tubing system connected with peripheral arterial line. In this study, the retrograde flow was not pulsatile and the retrograde arterial pressure was 64-65mmHg, with a mean arterial pressure of 106-109mmHg. An epigastiic skin flap, measuring $3{\times}3cm$, was raised with its vascular pedicle. The epigastric free flap was transfered in the same rat from femoral vessels to carotid vessels in end to end fashion. We anastomosed the donor arteries to the distal parts of the divided recipient arteries and the donor veins to the proximal parts of the recipient veins. Twelve experiments were performed and the transplantations succeeded in 75 percent of them. In the remaining 25 percent, the experiments failed due to thrombosis at the site of anastpmosis, or other causes. This animal model represents an excellent example of retrograde arterial flow free flap transfer that is reliable.
The present study deals with a mathematical model describing the dynamic response of heat and mass transfer in blood flow through bifurcated arteries under stenotic condition. The geometry of the bifurcated arterial segment possessing constrictions in both the parent and the daughter arterial lumen frequently appearing in the diseased arteries causing malfunction of the cardiovascular system, is formulated mathematically with the introduction of the suitable curvatures at the lateral junction and the flow divider. The blood flowing through the artery is treated to be Newtonian. The nonlinear unsteady flow phenomena is governed by the Navier-Stokes equations while those of heat and mass transfer are controlled by the heat conduction and the convection-diffusion equations respectively. All these equations together with the appropriate boundary conditions describing the present biomechanical problem following the radial coordinate transformation are solved numerically by adopting finite difference technique. The respective profiles of the flow field, the temperature and the concentration and their distributions as well are obtained. The influences of the stenosis, the arterial wall motion and the unsteady behaviour of the system in terms of the heat and mass transfer on the blood stream in the entire arterial segment are highlighted through several plots presented at the end of the paper in order to illustrate the applicability of the present model under study.
For developing a wireless implantable device to monitoring the artery variation in real-time. The concept of a special vessel variation measurement capacitive sensor is presented in this paper. The sensor consists of two part; main sensor to measuring the arterial variation, and reference sensor is used to improve the accuracy of the capacitance value variation. Before sensor manufacture, a model of the sensor attached on the artery was designed in 3D to conduct in the FEA simulation to validate the validity and feasibility of the idea. The artery model was designed as layered structures and made of collagenous soft tissues with intima inside, followed by the media and the adventitia. Also, a grease layer was designed in the inner of the arterial wall to imitate the clogged arteries. The simulation was divided into two parts; sensor performance test by changing the diameter of the grease layer, and arterial wall tension test by changing the blood pressure. As the simulation results, the capacitance value measured by the proposed sensor is decreased follow the diameter of the grease increased. Also, large elastic deformation of the arterial wall since changing the blood pressure has been observed.
Of concern in the present theoretical investigation is the study of blood flow and convection-dominated diffusion processes in a model bifurcated artery under stenotic conditions. The geometry of the bifurcated arterial segment having constrictions in both the parent and its daughter arterial lumen frequently appearing in the diseased arteries causing malfunction of the cardiovascular system, is constructed mathematically with the introduction of suitable curvatures at the lateral junction and the flow divider. The streaming blood contained in the bifurcated artery is treated to be Newtonian. The flow dynamical analysis applies the two-dimensional unsteady incompressible nonlinear Wavier-Stokes equations for Newtonian fluid while the mass transport phenomenon is governed by the convection diffusion equation. The motion of the arterial wall and its effect on local fluid mechanics is, however, not ruled out from the present model. The main objective of this study is to demonstrate the effects of constricted flow characteristics and the wall motion on the wall shear stress, the concentration profile and on the mass transfer. The ultimate numerical solutions of the coupled flow and diffusion processes following a radial coordinate transformation are based on an appropriate finite difference technique which attain appreciable stability in both the flow phenomena and the convection-dominated diffusion processes.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.16
no.1
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pp.104-110
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2002
Citri Reticulatae Viride Pericarpium extract(CRVP) have been used in oriental medicine for many centuries as a therapeutic agent for Soothing the liver and regulating the circulation of qi(疏肝理氣), and promoting digestion and removing stagnated food(消積化滯). The effects of CRVP on the vascular system is not known. The purpose of this Study was to investigate the effects of CRVP on the pial arterial diameter and regional cerebral blood flow(rCBF) in normal rats and ischemic cerebrovascular pathologic model rats. The changes in rCBF was determinated by Laser-Doppler Flowmetry(LDF), and the changes in pial arterial diameter were determinated by video microscopy methods and video analyzer. The results were as follows ; 1. Pial arterial diameter was significantly increased by CRVP in a dose-dependent manner. 2. Pretreatment with L-NNA significantly inhibited CRVP induced increased rCBF and pial arterial diameter. 3. Both the methylene chloride fraction and the hexane fraction of CRVP dose-dependently improved the altered cerebral hemodynamics of cerebral ischemic animal by increasing rCBF. 4. Pretreatment with L-NNA and indomethacin significantly inhibited CRVP(MC) induced increased rCBF. 5. Pretreatment with L-NNA and indomethacin significantly inhibited CRVP(hexane) induced increased rCBF. 6. Pretreatment with CRVP maredly stabilized the changes rCBF and pial arterial diameter during the period of cerebral reperusion. In conclusion, CRVP causes a diverse response of rCBF and pial arterial diameter, and CRVP dose-dependently improved the altered cerebral hemodynamics of cerebral ischemic animal by increasing rCBF and pial arterial diameter. These results suggest that the improvement of cerebral hemodynamics is also mediated by nitric oxide synthase and cyclooxygenase.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.8-15
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2007
Freeway corridors consist of urban freeways and parallel arterials that drivers can use alternatively. Ramp metering in freeways and signal control in arterials are contemporary traffic control methods that have been developed and applied in order to improve traffic conditions of freeway corridors. However, most of the existing studies have focused on either optimal ramp metering in freeways, or progression signal strategies between arterial intersections. There have been no traffic control systems in Korea that integrates the freeway ramp metering and arterial signal control. The effective control strategies for freeway operations may cause negative effects on arterial traffic. On the other hand, traffic congestion and bottleneck phenomenon of arterials due to the increasing peak-hour travel demand and ineffective signal operation may generate an accessibility problem to freeway ramps. Thus, the main function of the freeway which is the through-traffic process has not been successful. The purpose of this study is to develop an integrated control model that connects freeway ramp metering systems and signal control systems in arterial intersections. And Optimization of integrated control model which consists of ramp metering and signal control is another purpose. The design of experiment, neural network, and simulated annealing are used for optimization.
The model of an isolated organ system has been constructed to simulated the behavior of drug in the circulatory system of an acting organ or site. The model is developed on the following assumptions : The drug in the microcirculatory system cannot permeate the capilary walls. The capilary bed is modeled as a simple ideal plug flow system with and without radial concentration gradient. The mathematical model is developed from basic considerations of drug distribution with hemodynamical and pharmacokinetical meanings. It is considered that a nonmetabolic drug substance is injected into the arterial inflow site of an isolated organ at a constant rate. The concentration of the drug in the outflow site is mathematically expressed as a function of time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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