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An electrical analogue of the entire human circulatory system

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Medical electronics and biological engineering Aims and scope Submit manuscript

Abstract

To study the human cardiovascular system an electrical analogue has been designed. This analogue consists of two parts: An active part, the heart; and a passive part, the vessels. A fourfold pulse generator represents the action of the heart. The various parameters such as heart rate, A.V. delay, duration of systole and diastole, contraction speed and contraction force can be varied within physiological limits. The vessels have been considered as linear systems with differential equations like those of an electrical transmission line and are represented by about 600 lumped sections. Results obtained with the analogue have been compared with measurementsin vivo. It appears that the analogue is a good representation of the actual circulatory system.

The analogue is used as a research tool, to study the contribution of the haemodynamic parameters and to investigate and diagnose the influence of cardiovascular defects.

Sommaire

Dans le but de faciliter l'étude du système cardio-vasculaire, un système modèle électrique analogue a été imaginé. Ce dernier comprend deux parties: partie active—le coeur; partie passive—les vaisseaux. Un générateur d'énergie pulsatoire, composé de quatre parties, remplit le rôle du coeur. Les différents paramètres, tels que rythme cardiaque, temps A-V, durée systolique et diastolique, vitesse et intensité des contractions, peuvent être variés dans les limites des valeurs physiologiques. Les vaisseaux sont considérés comme des systèmes linéaires à équations différentielles, analogues à celles des lignes de transmission représentées par 600 sections localisées.

Les résultats obtenus par ce système èlectrique ont été comparés avec les mesures prélevées in vivo. Il semblerait qu'il s'agit d'une bonne réplique du système circulatoire original.

Ce système est employé comme instrument de recherche dans l'étude du rôle rempli par les paramètres hemodynamiques. Il est également très utile dans la recherche des symptômes et le diagnostic porté sur l'incidence des défauts du système cardiovasculaire.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung des menschlichen Herzgefäßsystems wurde ein elektrisches Modell entworfen. Dieses Modell besteht aus zwei Teilen: aus einem aktiven Teil, dem Herzen, und aus einem passiven, den Gefäßen. Ein Vierfach-Puls-Generator ahmt die Herztätigkeit nach. Die verschiedenen Parameter, wie Herzschlagfrequenz, Auricula-Ventrikel-Verzögerung, Dauer von Systole und Diastole, Kontraktionsgeschwindigkeit und-kraft können innerhalb physiologischer Grenzen variiert werden. Die Gefäße wurden als lineare Systeme mit Differentialgleichungen dargestellt wie diejenigen einer elektrischen Leitung; sie werden von etwa 600 Sektionen nachgebildet. Die mit dem Modell erzielten Ergebnisse wurden mit Messungen am lebenden Objekt verglichen. Das Modell scheint eine gute Nachbildung des Kreislaufsystems zu sein. Das Modell findet in der Forschung Verwendung bei der Untersuchung des Einflusses der Blutdruck-Parameter und bei der Diagnostizierung von Herzgefäßschäden.

Резюме

В целях изучения системы кровообращения человека был сконструирован ее длектрическийаналог. Этотаналог состоит издвухчастей: активной части— сердце и пассивной—сосуды. Состоящий из четырех частей пульсовой генератор выполняет роль сердца. Различные параметры, такие как сердечный ритм, атриовентрикулярная задержка, длительность систолы и диастолы, скорость сокращения, сила сокращения—могут варьировать в физиологических пределах. Сосуды рассматриваются соответственно дифференциальным уравнениям линейных систем, как в электрических трансмиссионных линиях, и представлены 600 секциями.

Результаты, полученные посредством этой аналоговой системы, сравнивались с измерениями in vivo. Создается представление, что модель является хорошим подобием настоящей системы кровообращения. Она применяется в качестве способа исследования для изучения взаимодействия гемодинамических параметров, а также для изучения и диагностики влияний повреждений сердечнососудистой системы.

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References

  • Berg Van den, Jw. (1958) Personal communication.

  • Berg Van den, Jw. (1960) An electrical analogue of the trachea, lungs and tissues.Acta physiol. pharm. néerl.,9, 361–385.

    Google Scholar 

  • Hardung, V. (1956)Die nichtstationäre Strömung in dehnbaren Rohrleitungen. Comptes rendus du IIe Congrès International d'Angéiologie. Eds.L. Laszt, R. Meier etA. Müller, pp. 384–392. Editions Universitaire-Fribourg Suisse.

  • Hardung, V. (1962)Propagation of pulse waves in viscoelastic tubings. Handbook of Physiology, Section 2. Circulation, vol. I. Ed.W. F. Hamilton. pp. 107–136. Washington, D.C.

  • Hiltz, F. F. (1962) Analog computer simulation of a neural element.I.R.E. Trans. B.M.E.-9, 12–21.

    Google Scholar 

  • Kroeker, E. J. andWood, E. H., (1955) Comparison of simultaneously recorded central and peripheral arterial pressure pulses during rest, exercise and tilted position in man.Circulat. Res. 3, 623–632.

    Google Scholar 

  • Landes, G. (1943) Einige Untersuchungen an elektrischen Analogieschaltungen zum Kreislaufsystem.Z. Biol.,101, 418–429.

    Google Scholar 

  • Lemaire, A., Loeper, J. etHousset, Ed. (1951) Une nouvelle technique photosphygmographique.Presse Méd. 59, 1141–1143.

  • Mason, W. P. (1948)Electromechanical transducers and wave filters. 2nd ed. D. van Nostrand Company, Inc. New York.

    Google Scholar 

  • Millahn, H. P. (1962) Das Verhältnis von Pulsperiodendauer zur Dauer der arteriellen Grundschwingung bei Jugendlichen.Z. Kreisl.-Forsch.,51, 1155–1160.

    Google Scholar 

  • Olmsted, F. (1962) Phase detection electromagnetic flowmeter: Design and use.I.R.E. Trans. B.M.E..-9, 88–92.

    Google Scholar 

  • Patel, D. J., de Freitas, F. M. andFry, D. L. (1963) Hydraulic input impedance to aorta and pulmonary artery in dogs.J. appl. Physiol.,18, 134–140.

    Google Scholar 

  • Rödenbeck, M. (1960)Voraussetzungen für die Gültigkeit linearer Differential-gleichungen bei Schlauchwellen. Physikalische Grundlagen der Medizin, Abhandelungen aus der Biophysik. Herausg. W. Beier. VEB George Thieme, Leipzig.

    Google Scholar 

  • Warner, H. R. (1959) The use of an analogue computer for analysis of control mechanisms in the circulation.Proc. I.R.E.,47, 1913–1917.

    Google Scholar 

  • Wiggers, C. J. (1952)Circulatory dynamics. Grant & Stratton, New York.

    Google Scholar 

  • Womersley, J. R. (1955) Oscillatory motion of a viscous fluid in a thin-walled elastic tube: I. The linear approximation for long waves.Phil. Mag.,46, 199–221.

    MATH  MathSciNet  Google Scholar 

  • Womersley, J. R. (1957) An elastic tube theory of pulse transmission and oscillatory flow in mammalian arteries.W.A.D.C. Tech. Rep., 56–614.

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This study was aided by a grant from the Netherlands Organisation for Applied Research, T.N.O., Medical Physics Section.

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de Pater, L., van den Berg, J. An electrical analogue of the entire human circulatory system. Med. Electron. Biol. Engng 2, 161–166 (1964). https://doi.org/10.1007/BF02484215

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF02484215

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