Use of a model for simulating individual aortic dynamics in man

Abstract

A simulation model is suggested for the analysis of aortic dynamics in man. The aortic model consists of six segments and is part of a larger model of the closed-loop human circulation. The model is simulated on a special-purpose analogue computer. Three parameters are employed to characterise the arterial system; peripheral resistance, aortic compliance and peripheral damping. Using a method for adapting the model to the individual patient, measurements of aortic pressure, cardiac output and pulse transmission time from 29 patients were used to test the validity of this approach. The model is able to simulate the pressure course along the aorta satisfactorily. The compliance calculated from the transmission properties of the aorta was compared with the complicance calculated from the stroke volume and pressure pulse. An adequate correlation (r=0.98) was found between these two independent methods. The mean compliance of the total aorta was 0.6 ml/mm Hg at a mean pressure of 104 mm Hg. The compliance showed large individual variations and decreasing values with increasing age of the patient. It is concluded that the model enables simulation of the individual aorta.

Sommaire

Un modèle de simulation est proposé pour l'analyse de la dynamique aortique chez l'homme. Le modèle aortique comprend six segments et fait partie d'un plus grand modèle de la circulation humaine à anse fermée. Le modèle est simulé sur un ordinateur analogue, à des fins spéciales Trois paramètres sont utilisés pour caractériser le système artériel: résistance périphérique, conformité aortique et amortissement aortique. Avec une mèthode d'adaptation du modèle au patient individuel, des mesures de pression aortique, sortie cardiaque et durée de transmission du pouls furent pratiquées sur 29 patients, afin de contrôler la validité de cette approche. Le modèle est capable de simuler, de façon satisfaisante, la marche de pression le long de l'aorte. La conformité calculée à partir des propriétés ce transmission de l'aorte fut comparée à celle calculée à partir du volume de battement et de la pression du pouls. Une relation adéquate (r=0.98) fut découverte entre ces deux méthodes indépendantes. La conformité moyenne de l'aorte totale était de 0.6 ml/mm Hg, à une pression moyenne de 104 mm Hg. La conformité montra de grandes variations individueles et des valeurs décroissantes, en proportion de l'âge avancé du patient. On en conclut que le modèle permet la simulation de l'aorte individuelle.

Zusammenfassung

Es wird ein Simulationsmodell zur Analyse der aortabezüglichen Dynamik im Menschen vorgeschlagen. Das aortabezügliche Modell besteht aus sechs Segmenten und ist Teil eines großeren Modells des geschlossenen menschlichen Kreislaufs. Das Modell ist nach einem Spezial-Analogrechner simuliert. Es werden drei Parameter zur Darstellung des arteriellen Systems verwendet; Umfangswiderstand, aortabezügliche Compliance und Umfangsdämpfung. Unter Verwendung einer Methode zur Adaption des Modells an den individuellen Patienten, wurden Messungen der Übertragungszeit des Aortadrucks, Herztons und Puls von 29 Patienten verwendet, um die Gültigkeit dieses Versuchs zu testen. Das Modell ist fähig, den Druckverlauf entlang der Aorta zufriedenstellend zu simulieren. Die aus den Übertragungsfaktoren der Aorta kalkulierte Compliance wurde mit der Compliance des Schlagvolumens und des Druckimpluses verglichen. Es wurde eine ädequate Korrelation compliance der gesamten Aorta betrug 0.6 ml/mm Hg bei einem Durchschnittsdruck von 104 mm Hg. Die Compliance zeigte große, individuelle Variationen und abnehmende Werte mit zunehmendem Alter des Patienten. Zusammenfassend wird gesagt, daß das Modell die Simulation der individuellen Aorta ermöglicht.