心脏泵生理控制系统的数值分析与离体实验研究

发布时间：2021-02-07 01:15

　　随着心衰患者人数逐年攀升,心脏泵已经成为治疗重症心衰的有效治疗手段和等待心脏移植手术的过渡疗法。临床应用中,基于可靠性考虑,心脏泵常工作于定转速模式,从而导致系统搏动降低,容易诱发众多病症及抽吸等异常状态。为解决这些问题,同时使心脏泵适应人体生理状态的变化,本文借助数值仿真和离体实验针对心脏泵的生理控制系统进行研究。构建心血管-心脏泵耦合模型,建立PI和自适应模糊PI生理控制系统,并探究生理控制系统对耦合系统血液动力学行为的影响。本文的主要内容如下:构建心血管-心脏泵耦合模型,研究心脏泵转速对系统血液动力学的影响。首先,根据生理学基础建立心血管系统模型,并建立其状态方程。针对不同健康和心衰生理状态进行数值仿真,校核心血管模型。其次,根据水力实验建立旋转式心脏泵模型并确定模型参数。最后,将两个模型耦合建立心血管-心脏泵耦合模型,研究开环控制方式下,心脏泵转速对于血液动力学参数特性的影响,并确定不同生理状态下的临界抽吸转速。以流量偏差为控制变量构建自适应模糊PI和PI生理控制系统,通过数值方法评价其性能。（1）静息状态的仿真结果表明,自适应模糊PI生理控制的心输出量CO较健康状态误差为1.... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 心脏泵辅助装置国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 心脏泵控制策略研究现状
    1.4 研究内容
第2章 心血管系统生理基础及建模
    2.1 心血管系统生理基础
    2.2 心脏的生理基础
        2.2.1 心脏的结构
        2.2.2 心脏功能
    2.3 血液动力学参数
        2.3.1 血流阻力
        2.3.2 血流量
        2.3.3 血压
    2.4 心血管系统建模
        2.4.1 左心室模型
        2.4.2 左心房模型
        2.4.3 瓣膜模型
        2.4.4 体循环模型
    2.5 本章小结
第3章 心血管-心脏泵耦合系统研究
    3.1 心血管系统数值仿真
        3.1.1 心血管系统集总参数模型
        3.1.2 心血管系统状态方程
        3.1.3 心血管系统集总参数模型数值仿真
    3.2 心脏泵集总参数模型
        3.2.1 心脏泵集总参数模型的构建
        3.2.2 模型参数
        3.2.3 模型准确性校验
    3.3 心血管-心脏泵耦合系统
        3.3.1 心血管-心脏泵耦合系统的等效电路模型
        3.3.2 耦合系统状态方程
        3.3.3 耦合系统数值仿真研究
    3.4 本章小结
第4章 心脏泵生理控制系统的数值研究
    4.1 生理控制器
    4.2 PI和自适应模糊PI生理控制研究
        4.2.1 PI生理控制器
        4.2.2 自适应模糊PI生理控制器
    4.3 数值仿真结果与分析
        4.3.1 静息状态的数值仿真
        4.3.2 外周阻力变化的数值仿真
        4.3.3 心室收缩性变化的数值仿真
    4.4 本章小结
第5章 心血管-心脏泵耦合系统的离体实验研究
    5.1 心血管-心脏泵耦合模型的离体实验系统
        5.1.1 离体实验平台
        5.1.2 心血管系统实验装置
        5.1.3 心脏泵装置
        5.1.4 心脏泵驱动控制装置
    5.2 离体实验
        5.2.1 实验方案
        5.2.2 实验步骤
    5.3 离体实验结果和分析
        5.3.1 不同生理状态的健康和心衰实验
        5.3.2 定转速对血液动力学参数的影响
        5.3.3 心脏泵辅助系统的抽吸及其抑制实验
        5.3.4 心脏泵控制系统对血液动力学的影响
    5.4 本章小节
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
研究生期间的科研成果及参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国心血管病报告2018》概要[J]. 胡盛寿,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,李惠君,顾东风,杨跃进,郑哲,陈伟伟.  中国循环杂志. 2019(03)
[2]基于心率的神经网络最小参数血泵滑模控制[J]. 刘慧博,刘木.  系统仿真学报. 2018(05)
[3]磁悬浮植入式心室辅助装置体外水力学及溶血实验[J]. 吴广辉,蔺嫦燕,徐创业,刘修健,何玉娜,杨朋,陈琛.  中国医疗设备. 2017(01)
[4]基于左心辅助的血液循环系统的控制研究[J]. 王芳群,徐庆,吴振海,温太阳,吉敬华,贺照明.  生物医学工程学杂志. 2016(06)
[5]基于模糊PI速度调制的离心血泵搏动性研究[J]. 唐敏,杨明.  中国医疗设备. 2016(01)
[6]基于二尖瓣时变电阻模型的左心血液循环系统建模与仿真[J]. 温太阳,王芳群,王颢,贺照明.  中国生物医学工程学报. 2015(03)
[7]轴向磁力卸载微型心脏轴流泵的动物实验[J]. 张鲁锋,宋之明,成兴华,李国荣,万峰.  中华胸心血管外科杂志. 2015 (04)
[8]CH-VAD动物实验抗凝管理研究[J]. 徐创业,刘修健,吴广辉,侯晓彤,李海洋,杨朋,蔺嫦燕.  中国生物医学工程学报. 2014(05)
[9]磁液双悬浮离心血泵左心辅助的动物实验[J]. 张杰民,刘晓程,刘志刚,李翼鹏,韩志富,许剑,荣彦生,刘天文,张嵬,姜洋,李雪,王伟,王洪武,贾克刚,刘雯,高航,张磊.  中华医学杂志. 2014 (22)
[10]实验用山羊置入Ⅱ型轴流式人工心脏泵围术期护理及启示[J]. 康爱梅,胡柳,胡琼,李琴,周欣.  护理学报. 2013(22)

硕士论文
[1]心室辅助下心血管系统血流动力学的模型研究[D]. 谷凯云.北京工业大学 2012



本文编号：3021399