A Simulation Study of the Left Coronary Circulation by Using an Electronic Circuit Model of the Coronary Vessel



A Simulation Study of the Left Coronary Circulation by Using an Electronic Circuit Model of the Coronary Vessel

著者 Ejaz Tahseen

journal or

publication title


volume 23

page range 112‑114

year 2002‑03‑29

出版者 静岡大学大学院電子科学研究科

URL http://hdl.handle.net/10297/1465






ターセン (バングラデシュ


学位 の種 類





学 位 記 番 号


学博 甲第


号 学位授与の日付


平成 13年 3月 23日 学位授与の要件


学位規則第4条第 1項 該当 研究科・専攻の名称






   A Simulation Study ofthe Left Coronary Circulation by Us‐

hg an Electronic Circu■

Model ofthe Corollary Vessd

(冠血管の電子回路モデル を用いた左冠循環のシミュレー ション研究


論文審査委員   (委員長)

教 授


教 授


教 授


数 井 暉 久 助毅 中 井 孝 芳

論 文 内 容 の 要 旨

This thesis is devoted to the understanding of the mechanism of the left coronary circulation. For this pur- pose, a new model of the coronary vessel is proposed and dynamic simulations are performed. It explains the behavior of the coronary blood flow on the basis of the data obtained from the simulations. The thesis is orga- nized as follows:

A general review of modeling in physiology and the objective and outline of the thesis is given in Chapter l.

Chapter 2 gives a detailed description of the anatomy and physiology of the heart. It explains the structure of

the heart, the properties of the coronary vessels and the cardiac cycle.

In Chapter 3, the working principle and characteristics of the existing models, namely the Systolic Extravas- cular Resistance model, Vascular Waterfall model, Linear and Non-linear Intramyocardial Pump model and Time-varying Elastance model, are discussed in details. In addition to these the various shortcomings of these models are also discussed.

In Chapter 4, a new model of the coronary vessel consisting of resistor, capacitor and field effect fiansistor is proposed and its static and dynamic characteristics are discussed. A model of the coronary circulation is con- structed based on the proposed model of the coronary vessel. The method of calculation of resistive and capaci-



tive values of each segments of the model are also discussed in detail.

In chapter 5, dynamic simulation of the left coronary circulation is performed by using the model discussed chapter 4. The method of simulation and assumptions are also discussed. The left coronary arterial blood flow is simulated by using the arterial and intramyocardial pressure waveforms as inputs to the circuit and is compared to the flow waveform observed in the animal experiments conducted by other researchers. The venous flow waveform in the epicardium is also simulated to see whether inverse venous flow can be observed in early systole. The changes in resistances in all the vascular segments of the model are observed by varying the arterial and intramyocardial pressures individually to determine the location that is most vulnerable to ischemia.

In chapter 6, the changes in the subendo-subepi flow ratio are studied by using the electronic circuit model of the coronary circulation in order to provide a better understanding of the ischemic vulnerability of the subendocardium. The simulated changes in the flow ratio with individual variation of main arterial resistance, mean arterial pressure and intramyocardial pressure are discussed.

Chapter 7 describes the simulation of the so-called High zero-flow Pressure Phenomenon by using the model of the coronary vessel.

Chapter 8 is left for the discussions of the results of this study.



論 文 審 査 結 果 の 要 旨

左冠循環は左心室の拍動を行なっている心筋の血液循壌であ り、その血行動態は体循環 とは大 きく 異な り特殊循環の一つ と言われている。この循環は正常状態での測定が困難であ り、そのメカニズム は十分明らかにされてはいない。そのため、今までにい くつかのモデルが提案され、その解明が試み られている。本論文は、左冠循環の電子回路によるダイナミックシミュレーションを行なうことで、

特徴的な血流動態のメカニズムの解明を試みた もので、全8章か らなる。

1章は序論であ り、本研究の目的と意義を述べ、第2章 は左冠循環の解剖学的構造 と冠血管の基本 的な性質を記述 している。第3章では、今までに提案 されている左冠循環のモデルについて、それぞ れの特徴 と欠点をまとめている。第4章 は、ダイナミックシミュレーションを可能にするための電界 効果 トランジスタ(FET)を 用いた冠血管の電子回路モデルを提案 している。その静的および動的特性 を測定 し、本モデルは血管滝機能および ふ筋ポンプ機能を有することを示 している。この冠血管モデ ルを用いて、左冠循環を心筋外側層 と内側層 に分けて電子回路で構成 している。使用 した回路素子の 値 は体循廉のデータを参考 に算出されている。第5章 は、正常状態のダイナミックシミュレーション を行ない、左冠循環の代表的特徴である拡張期の血流優位性、さらに収縮期初期で心筋内側層の静脈 系 において逆流現象が観察されることを確認 している。これらの現象の発生メカニズムは、冠血管の 血圧 に対する積分効果 と心筋内圧に対する微分効果により説明できることを示 している。また、冠動 脈の血管抵抗、血圧および、心筋内圧が冠循環に及ぼす影響について調べ、それらに関係 した疾患の 発生機序を前述の2つの効果により説明 している。tt6章は、心筋内側層に対する外側層の血流比につ いてシミュレーション実験を行なっている。その結果、動脈の圧低下あるいは抵抗の増加がこの血流 比 を減少 させることを示 し、動物実験で観察されている結果 とほぼ一致することを確認 している、ま た、心筋内圧の上昇によっても、この血流比の減少を予測 している。これらの結果から、多 くの心臓 疾患が起因 している心筋内側層の虚血 は、心筋内側層の静脈系の抵抗増加によることを示唆 してい る。第7章 は、拡張期 を延ば して左冠循環の抵抗 を測定する時に観察 されている

High Zero Flow Pres‐

sure現象がシミュレーションによって再現で きることを確認 している。この現象のメカニズムも前述

した積分効果 と微分効果により説明 している。

以上のことから、本シミュレーション研究で得 られた結果は左冠循環のメカニズム解明に貢献 し、

心臓生理学および臨床 に対 して大 きく寄与するものである。よって、博士(学)の学位 を授与するに ふ さわ しい内容であることを認める。





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