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Laureando: Stefano Gabrielli Relatore: Prof. Paolo Valigi Perugia 27 aprile 2000 Anno Accademico 1998/1999 Università degli Studi di Perugia Facoltà di.

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1 Laureando: Stefano Gabrielli Relatore: Prof. Paolo Valigi Perugia 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

2 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

3 Dispositivi di assistenza ventricolare POMPE MECCANICHE CONNESSIONE SERIE APICALE CARICO RIDOTTO VISTO DAL VENTRICOLO RECUPERO CONTRATTILITÀ PONTE AL TRAPIANTO CARDIACO Dispositivi di assistenza ventricolare

4 Modello ad elastanza variabile del sistema cardiovascolare ELASTANZACONTRATTILITÀ RENDIMENTO CARDIACO

5 Dispositivi di assistenza ventricolare Modello ad elastanza variabile del sistema cardiovascolare NON LINEARE PERIODICO

6 Dispositivi di assistenza ventricolare Principali eventi cardiaci ottenuti dal modello

7 Dispositivi di assistenza ventricolare Vantaggi nellutilizzo 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

8 Dispositivi di assistenza ventricolare Tecniche di identificazione dei parametri del modello MINIMI QUADRATI CON PSEUDOINVERSA MINIMI QUADRATI RICORSIVI FILTRO DI KALMAN FILTRO DI KALMAN ESTESO MISURE SISTEMA REALESTIMA PARAMETRI NON NOTI NECESSITÀ DI STIMARE LO STATO DA CUI DIPENDONO LE MISURE

9 Dispositivi di assistenza ventricolare Filtro di Kalman tempo-continuo OSSERVATORE DELLO STATO, CON MISURE RUMOROSE VERIFICATA OSSERVABILITÀ CON TUTTE LE MISURE APPROSSIMAZIONE SISTEMA LINEARE rumore MODELLO VS/SA uscita FILTRO DI KALMAN stato stimato ALGORITMO MINIMI QUADRATI stima parametri ingresso misure sperimentali w,v rumore di stato e di misura

10 Dispositivi di assistenza ventricolare Filtro di Kalman Esteso APPLICABILE A SISTEMI NON LINEARI LINEARIZZAZIONE DI f E h RISPETTO ALLA STIMA CORRENTE DELLO STATO STIMA SIMULTANEA STATO E PARAMETRI STATO ESTESO rumore MODELLO VS/SA uscita FILTRO DI KALMAN ESTESO stima stato e parametri ingresso misure sperimentali

11 Conclusioni Progetto di un sistema di controllo di un dispositivo di assistenza meccanico ventricolare, che permetta di ripristinare la funzionalità contrattile compromessa, tramite lutilizzo di informazioni provenienti dallidentificazione. 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. Lerrore 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. Lerrore di stima è accettabile. Sviluppi futuri Dispositivi di assistenza ventricolare


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