laureando: stefano gabrielli relatore: prof. paolo valigi perugia 27 aprile 2000 anno accademico...

Laureando:

Stefano Gabrielli

Relatore:

Prof. Paolo Valigi

Perugia 27 aprile 2000 Anno Accademico 1998/1999Perugia 27 aprile 2000 Anno Accademico 1998/1999

Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria

Dispositivi di assistenza ventricolare

IDENTIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DI CONTRATTILITA’ DI

UN VENTRICOLO SINISTRO FINALIZZATA AL CONTROLLO DI UN DISPOSITIVO TERAPEUTICO DI ASSISTENZA

IDENTIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DI CONTRATTILITA’ DI

UN VENTRICOLO SINISTRO FINALIZZATA AL CONTROLLO DI UN DISPOSITIVO TERAPEUTICO DI ASSISTENZA

Sommario Dispositivi di assistenza ventricolare

•Dispositivi di Assistenza Ventricolare (VAD)

•Modello circuitale del sistema arterioso

•Bontà del modello. Riproduzione cicli di Lavoro cardiaco Pressione-Volume.

•Tecniche di Identificazione dei parametri del modello: stima ai minimi quadrati, filtro di Kalman, filtro di Kalman Esteso

•Risultati ottenuti

•Conclusioni e sviluppi futuri

•Dispositivi di Assistenza Ventricolare (VAD)

•Modello circuitale del sistema arterioso

•Bontà del modello. Riproduzione cicli di Lavoro cardiaco Pressione-Volume.

•Tecniche di Identificazione dei parametri del modello: stima ai minimi quadrati, filtro di Kalman, filtro di Kalman Esteso

•Risultati ottenuti

•Conclusioni e sviluppi futuri


•POMPE MECCANICHE

•CONNESSIONE SERIE APICALE

•CARICO RIDOTTO VISTO DAL VENTRICOLO

•RECUPERO CONTRATTILITÀ

•PONTE AL TRAPIANTO CARDIACO



)t(f)EE(E)t(E

)t(VR)t(EV)t(VP)t(P

ISOMINMAXMIN

LVLOLVLOLV

Modello ad elastanza variabile del sistema cardiovascolare

dVdP

ELASTANZA CONTRATTILITÀ

RENDIMENTO CARDIACO0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5ELASTANZA VENTRICOLARE

Tempo (sec)

E(t

) (m

mH

g/cm

3 )

Emin=0.3Emax=5

0.25

SISTOLE DIASTOLE

Emax

Emin

T

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-50

0

50

100

150

200

250CICLO DI LAVORO CARIACO P-V

VOLUME VENTRICOLARE VLV

PR

ES

SIO

NE

VE

NTR

ICO

LAR

E P

LV

Ciclo P-V

(Vo,P

o)

Emax

Emin

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-20

0

20

40

60

80

100

CICLI DI LAVORO P-V (ventricolo patologico, Emax

=2)

VOLUME VENTRICOLARE VLV

PR

ES

SIO

NE

VE

NTR

ICO

LAR

E P

LV

Emax

Emin

(V

LO,P

LO)


Modello ad elastanza variabile del sistema cardiovascolare

LO

LO

Pd(x)x(t)t)C(x,y(t)

Pb(x)x(t)t)A(x,(t)x NON LINEAREPERIODICO


Principali eventi cardiaci ottenuti dal modello

15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 16 16.1 16.2 16.3 16.4

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Andamento pressioni, flusso, volume, elastanza in due cicli cardiaci

Tempo (sec)

QLV

PLV

PA

VLV

E

valvola aotica chiusa

valvola aorticaaperta

SISTOLE DIASTOLE

valvola mitralechiusa

valvola mitraleaperta

CONTRAZIONEISOVOLUMETRICA

RILASSAMENTOISOVOLUMETRICO

EIEZIONERIEMPIMENTO


Vantaggi nell’utilizzo di un modello

•SEMPLIFICAZIONE SISTEMA CARDIOVASCOLARE REALE

•INFORMAZIONI DIAGNOSTICHE IN TEMPO REALE SENZA ESAMI INVASIVI

IDENTIFICAZIONE PARAMETRI DEL MODELLO RAPPRESENTATIVI DELLO STATO CONTRATTILE

• PROGETTO LEGGE DI CONTROLLO DEL VAD

•POSSIBILITÀ DI MONITORARE IL RECUPERO DELLA CONTRATTILITÀ TRAMITE APPLICAZIONE DEL VAD


Tecniche di identificazione dei parametri del modello

•MINIMI QUADRATI CON PSEUDOINVERSA

•MINIMI QUADRATI RICORSIVI

•FILTRO DI KALMAN

•FILTRO DI KALMAN ESTESO

MISURE SISTEMA REALE STIMA PARAMETRI NON NOTI

NECESSITÀ DI STIMARE LO STATO DA CUI DIPENDONO LE MISURE


Filtro di Kalman tempo-continuo

•OSSERVATORE DELLO STATO, CON MISURE RUMOROSE•VERIFICATA OSSERVABILITÀ CON TUTTE LE MISURE•APPROSSIMAZIONE SISTEMA LINEARE

LOLO Pd(x)(t)Xt)C(x,Y(t)K(t)Pb(x)(t)Xt)A(x,(t)X ˆˆ̂

rumore

MODELLOVS/SA

uscita

FILTRO DI KALMAN

statostimato

ALGORITMO MINIMI

QUADRATI

stimaparametri ingresso

misure sperimentali

v(t)Pd(x)X(t)t)C(x,Y(t)

w(t)G(t)Pb(x)X(t)t)A(x,(t)X

LO

LO

w ,v rumore di stato e di misura


Filtro di Kalman Esteso•APPLICABILE A SISTEMI NON LINEARI

)t(w)t),t(x(f)t(x )t(v)t),t(x(h)t(y

•LINEARIZZAZIONE DI f E h RISPETTO ALLA STIMA CORRENTE DELLO STATO

•STIMA SIMULTANEA STATO E PARAMETRI

)t),t(x̂(h)t(y)t(K)t),t(x̂(f)t(x̂

STATO ESTESO

rumore

MODELLOVS/SA

uscita

FILTRO DI KALMAN ESTESO

stima stato eparametri

ingresso

misure sperimentali

Conclusioni

Progetto di un sistema di controllo di un dispositivo di assistenza meccanico ventricolare, che permetta di ripristinare la funzionalità contrattile compromessa,

tramite l’utilizzo di informazioni provenienti dall’identificazione.

Progetto di un sistema di controllo di un dispositivo di assistenza meccanico ventricolare, che permetta di ripristinare la funzionalità contrattile compromessa,

tramite l’utilizzo di informazioni provenienti dall’identificazione.

Il sistema di identificazione parametrico realizzato, permette di stimare i parametri più rappresentativi dello

stato contrattile di un ventricolo sinistro, utilizzando misure provenienti dalla simulazione del modello.

L’errore di stima è accettabile.

Il sistema di identificazione parametrico realizzato, permette di stimare i parametri più rappresentativi dello

stato contrattile di un ventricolo sinistro, utilizzando misure provenienti dalla simulazione del modello.

L’errore di stima è accettabile.

Sviluppi futuri


laureando: stefano gabrielli relatore: prof. paolo valigi perugia 27 aprile 2000 anno accademico...

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