A microcontroller-based DC motor control system for a total artificial heart(TAH) was developed. Using a one-chip microcontroller, 87Cl96KB, the design of digital motor speed control system and servo control system is demonstrated. Functionally, the control system consists of a position control unit, a speed control unit, and a communication unit. The performance and the reliability of the developed control system were assessed through a series of mock circulation system experiments.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics B
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v.32B
no.3
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pp.38-47
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1995
A new automatic cardiac output control algorithm for the motor-driven electromechanical total artificial heart(TAH) was developed based on the motor current waveform analysis without using any extra transducer. The basic control requirements of artificial heart can be described in terms of three features : preload sensitivity, afterload insensitivity, and balanced ventricular outputs. In the previous studies, many transducers were utilized to obtain informations of hemodynamic states for the automatic cardiac output control, But such automatic control systems with sensors have had reliability problems. We proposed a new sensorless automatic cardiac output control algorithm providing adequate cardiac output to the time-varying physiological demand without causing right atrial collapse, which is one of the critical problem in an active-filling type device. In-vitro tests were performed on a mock circulation system to evaluate the performance of the developed algorithm and the results show that the new algorithm satisfied the basic control requirements on the cardiac output response and the possibility of application of the developed algorithm to in vivo experiments.
In this paper a new cardiac output control method without pressure sensors is presented for the rotor-driven totally implantable TAH using motor-current wavelet analysis. Theoretical analysis and mock circulation system experiment results show that cardiac output of TAH, which is indeperdent of afterload and sensitively dependent to preload, is well controlled for the independently variable preload.
A new mechanical heart valve prosthesis has been designed appling systematic design methodology. The function of the heart valve was defined, and search for design variation has been carried out according to the functional structure, Optimal model among the various variations was determined in view of the design specificationn. Proto type valve was fabricated and test has been carried out using a mock circulation system. It has been observed that the pressure profile, cardiac output and behavior characteristics are generally satisfactory.
Hemodynamic information in the carotid artery bifurcation is very important for understanding the development and progression mechanisms of cerebrovascular disease and for its early diagnosis and prediction of the progress. In this paper, we constructed a mock pulsatile blood circulation system using an anthropomorphic elastic vessel of the carotid artery bifurcation and ex vivo pig blood to acquire ultrasound images from blood and vessels synchronized with internal pressure while controlling the blood flow. Echogenicity, blood flow velocity, and blood vessel wall motion from the ultrasound images, and internal blood pressure were extracted over a cycle averaged from five cycles when the pulsatile pump rates are 20 r/min, 40 r/min, and 60 r/min. As a result, respectively, the peak systolic blood flow velocities were 20 cm/s, 25 cm/s, and 40 cm/s, the blood pressure differences were 30 mmHg, 70 mmHg, and 85 mmHg, the arterial walls were expanded to 0.05 mm, 0.15 mm, and 0.25 mm. Time-delayed cyclic variation of echogenicity compared to blood flow and pressure was observed, but the variation was minimal at 20 r/min. Time-synchronized cyclic variations of these parameters are important information for accurate input parameters and validation of the computational hemodynamic experiments which will provide useful information for the development and progress mechanisms of carotid artery stenosis.
Park, J.W.;Park, S.K.;Choi, J.H.;Jo, Y.H.;Choi, J.S.;Ahn, J.M.;Min, B.G.
Proceedings of the KOSOMBE Conference
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v.1998
no.11
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pp.249-250
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1998
In this study, we modeled moving-actuator type Total Artificial Heart (TAH) with cardiovascular system as a form of electric circuit. The bronchial circulation, important for the imbalance between the left cardiac output and the right one, was considered and added to the model. In the model, the relations of hemodynamic variables, just as blood pressures, volumes, or flow rates of each part of body, can be expressed as simultaneous first order ordinary differential equations. To solve the equations by the numerical analysis, Runge-Kutta forth order approximation method was adopted. The simulation software (SimTAH), implemented in C++ as a window-based application program, was developed to display the hemodynamic variables and to receive control inputs from users. SimTAH was evaluated by comparison of the simulation results with the results of mock-circulation tests, in vitro.
Kim, Myoung-Nam;Lee, Jeong-Woo;Chang, Bong-Hyun;Cho, Jin-Ho
Journal of Sensor Science and Technology
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v.9
no.1
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pp.51-60
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2000
This paper outlines the development of a non-pulsatile axial flow type blood pump control system. By utilizing blood pressure and heart rate, this system can assist the left ventricle in controlling blood pressure and blood volume. The system is comprised of a blood pump, signal sensor, signal interface, and signal-processing component. A control algorithm is also proposed which can control non-pulsatile, continuous blood flow in the human circulatory system. To facilitate the control required for non-pulsatile blood pump in a physiological system, an experimental control rule was developed utilizing ECG and blood pressure data, both of which are easily detectable variables in the body. The system was then tested using a mock-up circulation system and we found that it is possible that this systems could be temporarily used in clinic.
In this paper, we present a neural network identification and a control of highly complicated nonlinear left ventricular assist device(LVAD) system with a pneumatically driven mock circulation system. Generally, the LVAD system needs to compensate for nonlinearities. It is necessary to apply high performance control techniques. Fortunately, the neural network can be applied to control of a nonlinear dynamic system by learning capability. In this study, we identify the LVAD system with neural network identification(NNI). Once the NNI has learned the dynamic model of the LVAD system, the other network, called neural network controller(NNC), is designed for a control of the LVAD system. The ability and effectiveness of identifying and controlling the LVAD system using the proposed algorithm will be demonstrated by computer simulation.
Kim, Hee-Chan;Lee, Sang-Hun;Kim, Jong-Won-;Kim, Jin-Tae-;Min, Byoung-Goo
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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1988.10b
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pp.858-863
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1988
A micro-processor based control system for a brushless DC motor used in the motor-driven electromechanical total artificial heart was developed. Functionally, the control system is composed of two parts. The first part is the velocity and position controller to assure that the motor follows a predetermined optimal velocity profile with minimal energy consumption, and to guarantee the full stroke length. This part also utilize the passive adaptive control method to be robust against the load disturbance, system parameter variation, and uncertainty which is the environment of artificial heart system. The pump output control is the second part, and this part provides the required responses of the artificial heart to the time-varying physiologic demands. The basic requirements of these responses are preload sensitivity, afterload insensitivity, and the balanced ventricular outputs. The performance and reliability of this control system was evaluated through a series of mock circulation tests and animal implantation, and the results are very encouraging.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.14
no.1
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pp.1-5
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2013
The two major problems related to the blood flow in replaced prosthetic heart valve are thrombus formation and hemolysis. Reliability of prosthetic valve is very important because its failure means the death of patient. There are many factors affecting the valvular failures and their representatives are mechanical failure and thrombosis, so early noninvasive detection is essentially required. The purpose of this study is to detect the various thromboses formation by using acoustic signal acquisition and its spectral analysis on the frequency domain. We made the thrombosis models using Polydimethylsiloxane (PDMS) and they are thrombosis model on the disc, around the sewing ring and fibrous tissue growth across the orifice of valve. Using microphone and amplifier, we measured the acoustic signal from the prosthetic valve, which is attached to the pulsatile mock circulation system. A/D converter sampled the acoustic signal and the spectral analysis is the main algorithm for obtaining spectrum. Then the spectrum of normal and 5 different kinds of abnormal valve were obtained. Each spectrum waveform shows a primary and secondary peak. The secondary peak changes according to the thrombus model. To quantitatively distinguish the frequency peak of the normal valve from that of the thrombosed valves, analysis using a neural network was employed. Acoustic measurement has been used as a noninvasive diagnostic tool and is thought to be a good method for detecting possible mechanical failure or thrombus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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