左心室辅助装置体外模拟循环测试系统及生理控制研究

发布时间：2016-09-13 21:23

  本文关键词：左心室辅助装置体外模拟循环测试系统及生理控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2014年

左心室辅助装置体外模拟循环测试系统及生理控制研究

黄峰  

【摘要】：本文针对左心室辅助装置的体外模拟循环测试系统以及生理控制开展了相关研究。从两者的共同点来说,体外模拟循环系统和生理控制关注的都是左心室辅助装置的性能,前者为左心室辅助装置提供性能测试的体外平台,后者则旨在让左心室辅助装置的性能更加优异。同时,体外模拟循环系统也是生理控制策略开发必不可少的体外验证平台。总的来说,本论文的研究内容是紧密围绕左心室辅助装置“性能”这一关键点展开的。 论文首先对左心室辅助装置的使用环境血液循环系统进行了基本生理学知识的梳理,详细地介绍了循环系统各主要组成部分的特征和功能,并基于此对血液循环系统进行了数学建模,同时建立了循环系统主动脉压力反射调节的数学模型,进行了正常、心衰以及主动脉压力突变等生理情况的数值模拟,验证了上述数学模型的有效性。其次,在血液循环系统研究的基础上,设计了气动方式的成人体外模拟循环系统,采用软硬件结合的方法首次在模拟系统中引入主动脉压力反射调节；同时针对小儿血液循环系统的特殊性,提出了一种简单经济的小儿体外模拟循环系统研制方法,通过反馈控制实现了模拟心室对前后负荷变化的生理敏感性,并进行了小儿左心室辅助装置的血流动力学测试实验。最后,设计了基于模糊逻辑的左心室辅助装置生理控制器,在维持主动脉平均压的同时增强微弱的脉压到正常生理范围。生理控制器在血液循环系统数学模型上进行了数值模拟,并在模拟循环系统上进行了体外实验,分别验证了控制器对生理扰动的鲁棒性以及在实际中应用的可行性。 论文的主要研究工作如下： 1.血液循环系统数学建模。采用时变弹性模型建立了左、右心室以及心房的数学模型,使用集中参数的建模方法建立了动脉、外周血管阻力以及静脉的弹性腔模型,利用流体和电学理论的相似性,分别用电容、电感和电阻代表顺应性、惯性和阻力,建立了血液循环系统的等效电路模型。同时,通过对传入神经通路、传出神经通路和效应器这三部分进行建模,完成了主动脉压力反射反馈调节的数学模型。在计算机中对包含主动脉压力反射调节的血液循环系统数学模型进行了数值模拟,给出了血液循环系统在正常和心衰生理情况下的血流动力学结果,验证了主动脉压力反射反馈调节对于维持动脉血压的有效性。该血液循环系统数学模型可以帮助深入理解循环系统特征,为体外模拟循环系统建设提供指导,同时也为左心室辅助装置生理控制研究提供了数值模拟验证的平台。 2.成人体外模拟循环系统研究。在深入了解血液循环系统的基础上,提取了循环系统体循环各部分的主要特征,采用相应的物理流体元件进行模拟,建立了脉动式的成人体外模拟循环系统试验台,完成了压力、流量等血流动力学参量的实时测量和显示,通过实验模拟了正常和心衰生理情况下血液循环系统的血流动力学特征,验证了模拟循环系统复制血液循环系统宏观血流动力学环境的能力。此外,通过软硬件结合的方法,基于主动脉压力反射调节数学模型和实时测量的模拟系统主动脉压力波形,采用反馈和开环控制调节模拟系统中相应的物理阀门,完成了主动脉压力反射反馈调节功能在模拟循环系统中的引入,扩展了模拟系统在左心室辅助装置与血液循环系统交互研究中的能力。 3.小儿体外模拟循环系统研究。针对小儿血液循环系统的特殊性,提出了一种新颖的简单快速经济地建造小儿体外模拟循环系统的方法,利用现成的低成本流体元件巧妙组合的方式模拟出心室的搏动功能,同时采用简单的反馈控制方法使模拟心室对前后负荷的敏感性更加符合生理情况,完成了系统数据采集、处理和控制程式,通过实验模拟了正常和心衰生理情况下的血流动力学特征,验证了小儿模拟系统能够提供与血液循环系统相似的生理环境。此外,通过自制小儿左心室辅助装置与小儿模拟循环系统的并联实验,完成了小儿左心室辅助装置辅助循环能力的测试,进一步证明了小儿体外模拟循环系统作为小儿左心室辅助装置测试平台的有效性。 4.左心室辅助装置灌注优化生理控制器研究。针对连续流旋转血泵式左心室辅助装置辅助时主动脉脉压几乎消失的情况,采用了模糊逻辑控制方法,以维持主动脉平均压并同时增强微弱的脉压到正常生理范围为目标,设计了基于旋转血泵转速调制的生理控制器,并采用返流避免控制防止血泵中返流的出现。生理控制器以一个轴流血泵为对象,结合血液循环系统数学模型进行了数值模拟验证。数值模拟结果表明,控制器能够维持主动脉平均压在100mmHg的同时增强主动脉脉压到生理范围的下限20mmHg。同时在多种生理参数扰动下生理控制器表现了很好的鲁棒性,能够承受包括外周阻力、主动脉顺应性和左心室搏动能力变化的扰动。最后,通过体外实验进一步验证了生理控制器在实际中运用的可行性。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.6
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李洪,钱坤喜;模拟心血管系统装置的研制及其在血液动力学测试中的应用[J];北京生物医学工程;2005年05期

2 钱坤喜,李洪;叶轮血泵及其体外模拟试验[J];江苏大学学报(自然科学版);2004年06期

3 罗双全;范海成;丁皓;;阀门流量系数的定义及单位探讨[J];中国石油和化工标准与质量;2012年16期

4 李洪;钱坤喜;;体外模拟心血管系统血液动力学性能分析[J];生物医学工程学杂志;2006年04期

5 樊瑜波，陈君楷，康振黄，袁支润;含动脉分支的体循环模拟实验系统[J];实验力学;1995年01期

6 胡喆,刁颖敏;心脏-肺循环-体循环系统建模初探[J];同济大学学报(自然科学版);2002年01期

7 武文芳;吴兵;;人工心脏的历史及研究进展[J];中国医学装备;2008年03期

8 ;慢性心力衰竭诊断治疗指南[J];中华心血管病杂志;2007年12期

9 白净;血液循环系统的数字仿真[J];中国科学基金;1994年02期

10 陈君楷,樊瑜波,袁支润;人体血液循环的一种计算机模拟及应用[J];中国生物医学工程学报;1992年01期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨新;;自拟桑葶汤对扩张型心肌病患者生活质量和运动耐量的影响[J];中医药临床杂志;2010年03期

2 张茂根;;温阳通络活血方药治疗慢性心力衰竭临床观察[J];中医药临床杂志;2010年04期

3 王银燕;戴小华;;参附注射液治疗慢性心力衰竭临床观察[J];中医药临床杂志;2012年01期

4 吕留强;祖秋菊;唐扬章;;心脏再同步化治疗8例充血性心力衰竭的疗效观察[J];安徽医学;2010年03期

5 李玉英;;急性心力衰竭的诊治[J];安徽医学;2011年08期

6 张以政;王治;;血尿酸水平与慢性充血性心力衰竭患者心功能的相关性研究[J];安徽医学;2011年10期

7 程立顺;;利钠肽与心血管疾病的诊断与治疗[J];安徽医药;2009年07期

8 张先林;张恒;蔡鑫;包宗明;王洪巨;马宾;宋伟;王凤超;;无症状性心功能不全患者血浆脑利钠肽的临床研究[J];蚌埠医学院学报;2010年02期

9 刘廷容;唐金国;;芪苈强心胶囊佐治慢性心力衰竭疗效观察[J];蚌埠医学院学报;2010年12期

10 臧乃谅;;慢性心力衰竭并发心律失常68例临床分析[J];青岛大学医学院学报;2008年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 ;Physiological Control of Rotary Left Ventricular Assist Device[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

2 姚鸿梅;黄宝涛;景显超;黄鹤;;超声心动图诊断肺部疾病还是左心衰的临床价值[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年

3 李平;谢少玲;刘永刚;;处方点评的实践与体会[A];2011年中国药学大会暨第11届中国药师周论文集[C];2011年

4 宋庆桥;;缺血性心力衰竭阳虚患者临床特征初探[A];2011年中华中医药学会心病分会学术年会暨北京中医药学会心血管病专业委员会年会论文集[C];2011年

5 詹文锋;黄俊;陈纯波;曾文新;孙诚;叶珩;詹伟锋;江稳强;;N-端脑利钠肽前体在重症患者充血性心力衰竭中的诊断价值[A];2011·中国医师协会中西医结合医师大会论文集[C];2011年

6 杨艳;吴效明;张燕儒;周静;袁衡新;;适用于心衰辅助术模拟仿真的循环系统模型的研究[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年

7 李程;辛继宾;李立帅;方勇;张帆;蒋雨平;吴国强;;体位改变引起血压波动的数学模型仿真[A];2005年上海市生物医学工程学会学术年会论文集[C];2005年

8 郭睿;王忆勤;燕海霞;李福凤;颜建军;许朝霞;;血液动力学在中医脉搏波分析中的应用[A];中华中医药学会中医诊断学分会第十次学术研讨会论文集[C];2009年

9 刘春香;毛静远;王贤良;侯雅竹;张川;;芪苈强心胶囊治疗慢性心力衰竭的系统评价[A];中华中医药学会心病分会第十一届学术年会论文精选[C];2009年

10 燕海霞;王忆勤;郭睿;朱惠蓉;李福凤;员凤英;洪毓键;郝一鸣;许朝霞;杨琼;颜建军;;基于血液动力学原理和方法的中医脉图特征分析[A];全国第十一次中医诊断学术年会论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李旭光;细胞色素P450表氧化酶基因2J2抑制心肌肥厚的作用及其机制[D];华中科技大学;2011年

2 逯金金;慢性心衰中西医结合生存质量量表的研究及应用[D];北京中医药大学;2011年

3 张鹏;冠心病慢性心力衰竭常见证候、证候要素分布规律的研究[D];北京中医药大学;2011年

4 颜旭;超微强心安神汤治疗慢性心衰气阴两亏证的临床疗效与机理探讨[D];湖南中医药大学;2011年

5 汪志刚;烟碱受体激动剂和拮抗剂对Aβ蛋白诱导神经细胞损伤的影响及机制研究[D];暨南大学;2011年

6 王晓梅;心力衰竭患者心脏收缩同步性研究[D];天津医科大学;2010年

7 樊讯;《伤寒论》温阳三方干预心梗后心衰心阳虚证候大鼠心室重构的比较研究[D];湖北中医药大学;2011年

8 周炳元;超声心动图多参数记分（EMPS）评估左心室整体功能的可行性及其预后价值[D];苏州大学;2011年

9 李岩;益气药对慢性心力衰竭心气虚证模型大鼠心肌能量代谢重构的干预作用[D];北京中医药大学;2012年

10 孙萍;朱宗元教授心系疾病学术思想继承及治疗气虚血瘀型冠心病慢性心衰临床研究[D];北京中医药大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 范莉;实时三维超声心动图和多普勒超声评价心室收缩同步性[D];南京医科大学;2009年

2 董红科;芪苈强心对阿霉素致扩心病大鼠心脏结构功能及分子机制的影响[D];南京医科大学;2010年

3 杨培灵;不同血运重建方式介入治疗冠状动脉多支病变的临床研究[D];郑州大学;2010年

4 陈坡;螺内酯对心力衰竭大鼠心功能及血浆TGF-β-1、BNP、TNF-α的影响[D];郑州大学;2010年

5 洪烨晶;慢性心力衰竭常见中医证型与尿酸及左室重量指数的相关性研究[D];黑龙江中医药大学;2010年

6 鲍健;健康监护服的集成研究与性能评价[D];东华大学;2011年

7 王芳;慢性心力衰竭患者血清MMP-9.hs-CRP及UA.Lp(a)检测的临床应用[D];山西医科大学;2011年

8 程守全;氨基末端脑钠肽前体和高敏C反应蛋白与冠状动脉病变程度的相关性研究[D];山西医科大学;2011年

9 张晓丽;实时三维超声心动图评价扩张型心肌病患者左心室收缩不同步性[D];山西医科大学;2011年

10 辛雨;慢性冠心病心衰中西医药物治疗的新进展[D];北京中医药大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林宏;白净;;体外反搏中的血流分布与反搏方式的仿真研究[J];北京生物医学工程;1990年04期

2 吴冬生;张菊鹏;白净;;从能量角度研究体外反搏的优化[J];北京生物医学工程;1993年02期

3 倪平;;阀门流量系数和流阻系数计算式中量单位的分析[J];阀门;2010年06期

4 白净,周礼杲;应用数学模型评价抗荷服效果的研究[J];航天医学与医学工程;1988年02期

5 白净,周礼杲;应用仿真方法探讨眼部收缩压峰值与G模式的关系[J];航天医学与医学工程;1989年03期

6 白净,林宏;主动脉内双气囊反搏的仿真研究[J];航天医学与医学工程;1992年01期

7 白净,吴冬生,张菊鹏;对心衰患者施行体外增强型反搏的仿真研究[J];航天医学与医学工程;1993年03期

8 柳兆荣,李惜惜;关于脉图的分析[J];中国科学(B辑 化学 生物学 农学 医学 地学);1983年02期

9 曾培;人工心脏的无传感器无刷直流电机闭环调速系统[J];江苏理工大学学报(自然科学版);1999年05期

10 袁海宇,钱坤喜;人工心脏叶轮血泵流线型叶片 CAD 与 CAM[J];江苏理工大学学报;1998年03期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张保林;安装左心室辅助装置时循环系统的心输出实时评估[J];国外医学.生物医学工程分册;1994年01期

2 耿稚江;;左心室辅助装置应用进展[J];国外医学情报;2005年02期

3 杨中华;姚阿庆;;左心室辅助装置的应用及术后护理[J];实用医药杂志;2006年11期

4 王佳棣;;左心室辅助装置的技术进展及对未来的展望[J];中国医疗器械杂志;2006年06期

5 顾明标;秦永文;;左心室辅助装置应用进展[J];国际心血管病杂志;2009年02期

6 顾明标;秦永文;;经皮左心室辅助装置[J];心血管病学进展;2009年05期

7 周楚芝;姬尚义;;左心室辅助装置在小儿中的应用进展[J];心血管病学进展;2010年02期

8 刘经棠;左心室辅助装置救活心脏手术后的病人[J];新医学;1982年10期

9 武少杰;;左心室辅助装置的驱动方式对左心室力学特性的影响[J];国外医学.生物医学工程分册;1988年05期

10 郑敬;;基于耗氧量的心房主动脉左心室辅助装置的设计与控制[J];国外医学.生物医学工程分册;1990年06期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 徐创业;刘修健;蔺嫦燕;吴广辉;王璟;李海洋;杨朋;渠文波;;ChinaHeart左心室辅助装置[A];第十届全国生物力学学术会议暨第十二届全国生物流变学学术会议论文摘要汇编[C];2012年

2 孙仁华;韩芳;;经皮左心室辅助装置与主动脉球囊反搏在心源性休克的应用[A];重症医学——2011[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 孙华君;[N];医药经济报;2006年

2 齐攀;[N];医药经济报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 黄峰;左心室辅助装置体外模拟循环测试系统及生理控制研究[D];浙江大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 杨丁丁;左心室辅助装置磁悬浮技术研究[D];中南民族大学;2013年

2 曹云;左心室辅助装置驱动源的智能化控制设计[D];上海交通大学;2011年

3 潘荣;微型左心室辅助装置的叶轮设计[D];华中科技大学;2009年

4 檀深秋;植入式左心室辅助装置控制技术研究[D];杭州电子科技大学;2011年

5 齐家兴;微型左心室辅助装置的优化与血液损伤预测[D];华中科技大学;2011年

6 李进军;植入式左心室辅助装置驱动器设计[D];杭州电子科技大学;2011年

  本文关键词：左心室辅助装置体外模拟循环测试系统及生理控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：114770