Journal article
An equivalent pressure source for the heart
International journal of engineering science, v 11(6), pp 601-611
1973
Abstract
A technique is described for the representation of the left ventricle as a one-port source characterized by a generator pressure and an internal impedance. The Fourier components of the pressure and impedance are determined from phasor analysis performed on recorded time-domain functions of pressure and flow under two conditions of loading. One condition is the quiescent state corresponding to normal operation of the circulatory system, and the other is obtained by use of a phase-shift balloon pump situated in the descending thoracic aorta. The use of the balloon pump for determining source parameters is novel. The Fourier components of pressure and impedance are determined for the first five harmonics of the quiescent pulse rate. Heart failure is simulated by ligation of all branches of the anterior descending coronary artery. The source parameters have been found to vary considerably between normal and failing hearts. Valve impedance and the impedance at the root of the aorta were also measured. The generator time-domain pressure waveforms were determined from the Fourier components. Effects of long duration pumping, upon the source parameters were found. The ratio of the calculated magnitudes of internal to external or load impedance indicates the possibility of considering the heart as a pressure source.
Une technique est décrite pour la représentation du ventricule gauche comme une source à un seul orifice, caractérisée par une pression génératrice et une impédance interne. Les composantes de Fourier de la pression et de l'impédance sont déterminées à partir d'une analyse de phase effectuée sur des fonctions du temps du domaine considéré enregistrant la pression et le débit sous deux conditions de charge. Une condition est l'état de repos correspondant au fonctionnement normal du système circulatoire, et l'autre est obtenue par l'utilisation d'une pompe-ballon à déphasage, située dans l'aorte thoracique descendante. L;utilisation de cette pompe-ballon pour la détermination des paramètres de source est nouvelle. Les composantes de Fourier de la pression et de l'impédance sont déterminées pour les cinq premiers harmoniques du taux de pulsation au repos. La défaillance cardiaque est simulée par la ligaturation de toutes les ramifications de l'artère coronaire descendante antérieure. Il a été trouvé que les paramètres de source varient d'une façon considérable entre les coeurs normaux et défaillants. L'impédance de clapet et l'impédance à la racine de l'aorte ont également été mesurées. Les formes d'onde de pression par rapport au temps du générateur étaient déterminées à partir des composantes de Fourier. Des effets de pompage de longue durée sur les paramètres de source ont été trouvés. Le rapport des amplitudes calculées des impédances internes aux impédances externes ou de charge montre la possibilité de considérer le coeur comme une source de pression.
Es wird eine Methode für die Darstellung des linken Ventrikels als eine Quelle mit nur einer Verbindung, gekennzeichnet durch eien Generatordruck und eine interne Impedanz, beschrieben. Die Fourier-Bestandteile des Druckes und der Impedanz werden durch die Phasoranalyse bestimmt, die an aufgezeichneten Zeitdomänfunktionen des Druckes und der Strömung unter zwei Belastungsbedingungen durchgeführt werden. Eine Bedingung ist der Ruhezustand, der dem Normalbetrieb des Kreislaufsystems entspricht, und die andere wird durch Benützung einer in der hinuntersteigenden Brustaorta befindlichen Ballonpumpe erhalten. Die Benützung der Ballonpumpe zur Feststellung der Quellenparameter ist neu. Die Fourier-Bestandteile des Druckes und der Impedanz werden für die ersten fünf Harmonischen der Ruhepulsrate bestimmt. Herzversagen wird durch Ligitierung aller Zweige der vorderen hinuntersteigenden Kranzarterie simuliert. Es wurde gefunden dass die Quellenparameter normaler und versagender Herzen grosse Unterschiede aufweisen. Klappenimpedanz und die Impedanz an der Wurzel der Aorta wurden auch gemessen. Die Wellenformen des Generatorzeitdomändruckes wurden aus den Fourier-Bestandteilen bestimmt. Die Wirkungen langandauerndes Pumpens auf die Quellenparameter wurden gefunden. Das Verhältnis der berechneten Grossen von interner zu externer oder Belastungsimpedanz deutet die Möglichkeit an. Das Herz als Druckquelle zu betrachten.
Si descrive un metodo di rappresentazione del ventricolo sinistro come sorgente monorifizio caratterizzata da una pressione di generatore e un'impedenza interna. Si determinano le componenti di Fourier della pressione e dell'impedenza partendo da un'analisi del fasatore svolta su funzioni registrate di tempo della pressione e flusso in due condizioni di carico. Una condizione è lo stato qui escente che corrisponde all'operazione normale del sistema circolatorio e l'altra si ricava mediante una pompa a palloncino a cambiamento di fase dislocata nell'aorta toracica discendente. L'uso della pompa a palloncino per determinare i parametri di sorgenti è nuovo. Si determinano le componenti di Fourier di pressione ed impedenza nei riguardi delle prime cinque armoniche del ritmo d'impulsi quiescenti. Si simula l'arresto cardiaco legando tutte le ramificazioni dell'arteria coronaria anteriore discendente. Si è scoperto che i parametri di sorgente variano notevolmente fra cuori normali e cedenti. L'impedenza della valvola e quella alla radice dell'aorta sono pure state misurate. Si sono determinate le forme d'onda della pressione di tempo del generatore in base alle componenti di Fourier. Si sono scoperti gli effetti del pompaggio di lunga durata sui parametri di sorgente. Il rapporto fra grandezze calcolate di impedenza interna ed esterna o di carico indica la possibilità di considerare il cuore come una sorgente di pressione.
Oпиcaн мeтoд пpeдcтaвлeния лeвoгo oтдeлa cepдцa в видe oднo-oкoннoгo иcтoчникa, чapaктepнзoвaннoгo гeнepaтopным дaвлeниeм н внyтpeнным coпpoтвилeниeм. Oпpeдeляютcя кoмпoнeнты Фypьe дaвлeния и coпpoтивлeния нa ocнoвe вeктopнoгo aнaлизa, выпoлнeннoгo нa фyнкцияч oт дaвлeния и пoтoкa, peгиcтpиpoвaнныч вo oблacти вpeмeни, пpи двyч ycлoвияч нaгpyзки: (1) пoкoe cocтoяниe, cooтвeтcтвyющee к нopмaльнoй paбoтe cиcтeмы кpoвooбpaщeния, (2) ycлoвиe, пoлyчeннoe пpи пoмoщи бaллoннoгo нacoca типa ⪡cдвиг фaзa⪢, ycтaнoвлeннoгo в ниcчoдящoй тopaкaльнoй aopтe. Пpимeнeниe бaллoннoгo нacoca для oпpeдeлeния пapaмeтpoв иcтoчникa ecть нoвизнью. Для пepвыч пятeй гapмoник чacтoты пyльca в пoкoe oпpeдeляютcя кoмпoнeнты Фypьe дaвлeния и coпpoтвилeния. Пopoк cepдцa мoдeллиpoвaн cвязывaниeм вceч вeтвь пepeднeй ниcчoдящeй кopoнapнoй apтepии. Уcтaнoвлeнo знaчитeльнoe paзличиe мeждy пapaмeтpaми иcтoчникa для нopмaльнoгo и дeфeктнoгo cepдцa. И измepeны импeдaнc клaпaнa и нмпeдaнc y кopeня aopты. Oт кoмпoнeнтoв Фypьe oпpeдeлeны фopмы вoлн гeнepaтopнoгo дaвлeния вo oблacтн вpeмeни. Taкжe ycтaнoвлeны зффeкты oт длитeльнoгo нacacывaния и влияниe ич нa пapaмeтpы иcтoчникa. Ha ocнoвe pacчeтныч вeличин для oтнoшeния внyтpeннeгo импeдaнca к внeшнeмy (нaгpyзoчнoмy) импeдaнcy yкaзaнa вoзмoжнocть paccмaтpивaния cepдцa кaк иcтoчник дaвлeния.
Metrics
Details
- Title
- An equivalent pressure source for the heart
- Creators
- Sylvan Fich - Rutgers, The State University of New JerseyWalter Welkowitz - Rutgers, The State University of New JerseyShirish Shastri - Rutgers, The State University of New JerseyDov Jaron - Sinai HospitalAdrian Kantrowitz - Sinai Hospital
- Publication Details
- International journal of engineering science, v 11(6), pp 601-611
- Publisher
- Elsevier
- Resource Type
- Journal article
- Language
- English
- Academic Unit
- School of Biomedical Engineering, Science, and Health Systems; [Retired Faculty]
- Web of Science ID
- WOS:A1973Q086700005
- Scopus ID
- 2-s2.0-0015638349
- Other Identifier
- 991019320610004721