circulatiemodellen

Circulatiemodellen zijn vereenvoudigde wiskundige of computationele representaties van de bloedcirculatie die hart, vaten en bloedstroom beschrijven. Ze dienen om fysiologische rollen en pathofysiologische reacties te analyseren, bewegingen van bloed te voorspellen en medische interventies of apparaten te evalueren. Modelle kan men indelen in lumped-parameter modellen en distributed (of continu) modellen.

Lumped-parameter modellen verdelen de circulatie in discrete elementen met kenmerken zoals weerstand, compliantie en inertie. Een bekend voorbeeld is het Windkessel-model, dat de arteriële perifeerweerstand en de arteriële veerkracht modellerend voor drukgolven en stroming zorgt. In de 3-element Windkessel zijn er een proximale weerstand Rp, een compliance-element C en een distale weerstand Rd. Eenvoudigere 2-elementvarianten bestaan uit weerstand en compliance. Distributed modellen beschrijven druk, stroming en vaak-vasseur-variaties langs een VA- of arteriënnetwerk als een continu medium, meestal via de 1D–Navier–Stokes-vergelijkingen of via eindige-elementen in 2D/3D.

Inputs bestaan uit geometrie van het vaatnetwerk, verbindingen tussen organen, en boundary conditions zoals hartoutput en perifere weerstanden. Uitgangen zijn onder meer drukken en stromingen, en afgeleide eindpunten zoals perfusie-indicatoren. Patiëntspecifieke simulaties worden mogelijk gemaakt door beeldvorming en meetdata.

Toepassingen omvatten hemodynamische onderzoek, analyse van behandelingen en apparaten (bijv. stents, pompapparatuur), en educatieve doeleinden. Beperkingen zijn onder meer vereenvoudigde aannames, parameteronzekerheid en de uitdagingen bij validatie tegen klinische metingen. Historisch werd het Windkessel-model ontwikkeld door Otto Frank als eenvoudige representatie van arteriële druk en stroming, waarna verdere verfijningen volgden.