心血管系统键合图模型仿真应用研究.pdf 全文免费在线阅读

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网友2982835315近日为您收集整理了关于心血管系统键合图模型仿真应用研究的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：浙江大学硕士学位论文心血管系统键合图模型仿真研究姓名:代开勇申请学位级别:硕士专业:生物医学工程指导教师:宁钢民20060501浙江大学硕士学位论文(20061摘要本研究致力于应用数学模型方法建立一个包含各分支循环和神经调节机制且便于扩展的心血管系统模型,在此基础上仿真了正常生理和常见病理状态的心血管系统血流动力学特性,并仿真研究了神经调节机制在高血压发生过程中的重要作用。论文主要工作包括:/针对目前心血管系统宏观模型研究中存在的问题,提出了由心脏,头部、颈部循环,左上肢循环,右上肢循环,肺循环,冠脉循环,腹部循环,左下肢循环和右下肢循环组成心血管系统数学模型。为了便于模型扩展,采用键合周方法建立心脏和血管网络模型,共由54个微分方程组成,并且通过心脏和血管网络的耦合约束进行求解。模型的输入是心脏和血管网络的参数如:心动周期、心肌弹性度、血管顺应性、血管阻力等,模型的输出是各血管段的压力、流量波以及反应心血管系统功能状况的生理参数如每搏输出量、心输出量、射血分数、每搏耗能和耗氧量等。/为了验证模型的正确性,仿真了正常生理情况下血流动力学状态,仿真得到的生理波形和参数符合人体正常生理时的特性,说明模型是有效的。此外,通过调整模型的输入参数,仿真了常见疾病,如动脉粥样硬化、阻力血管狭窄、高血压、左锁骨下动脉狭窄发生时的心血管功能状况及动脉粥样硬化、阻力血管狭窄疾病发展过程中动脉血压的的变化情况,仿真结果与临床表现一致。/在心血管系统基本模型的基础上加入了神经调节机制,建立了压力反射的数学模型,和心血管系统模型耦合并仿真了神经调节机制下高血压的发生情况。建立了高血患者心室肥大的数学模型,仿真了有神经调节机制和无神经调节机制下高血压对左心室壁厚度的影响。仿真结果表明神经调节机制在高血压发生过程中对心血管系统起着保护作用,可以减少心室壁肥厚的增加。本研究建立的数学模型为心血管系统生理和病理研究提供了一个可扩展的仿真平台,在此基础上进行进一步完善,有望为基础和临床研究提供一种定量研究的手段。关键词:心血管系统,数学模型,键合图,高血压,神经调节机制AbstractpurI)exmechanism,ptofinregulatjngcardiovascIIlarsystem.Themaint弱ks锄drc蛐ltsaresummafized勰follows,/Tbsolvetheexistingproblemsinthemacromodelof硼ioVascularsystem,amodelincludingheart,headalldⅡeckci删lation,pulm咖aryc概lation,㈣narycirculatioⅡ,abdomencirculation柚dex佃珊ityc栅latiOndevdoped.wofk.Totally54equationsconstmcttheca耐ioV髂cularsystemmodel.Themodelw舔simulatedby∞重拿;誊凄i耄重噩。晶蘸乓鬟耍n门hH』i精8薹雾嘲鲞篓矍i}篓It童甲拍髓^:M凳l』剩纛馨;韩譬嚣譬ga鬻积鬻掣{矗地峙0辇抽季I景辩6l生¨Y殖量蠢羹毒篓篓}理蠹莉。嬲耳J,甲注}篙峙铲强IPl封面冀瓠翁譬蛾削L}矗F￡【}辨醢鸯冀;:嘲酶耀ii耳浒曼i|葡回_11j瑚圣薹i蕊封萋墨羞垂豢薹;嚣'li型1虚F茎薹l琶薹X艇”封笛11毒潮l兰LL蠼堡rovidesanextendablesimulationtoolforstudyingthephysiologicalandpathologicalcharacteristicsofcardiovascularsystem.Owingtoitsflexibility,themodelcallbefurtherimprovedandtherebyappliedforresearchandclinicalpurpose.Keywords:Cardiovascularsystem,Mathematicmodel,Bondgraph,HypertensionBaroreflexmechanism,IV皚礙x浙江大学硕士学位论文(20061第一章绪论§1.1前言根据世界卫生组织(WHO)公布的调查数据,目前心血管疾病已成为威胁人类生命最危险的因素之一,全球每三个死亡者中就有一个是死于心血管疾病,其中百分之八十发生在低、中等收入国家,我国每年有大约240万的患者死于心血管疾病,占总死亡率的34%(劳动报2000;中新社2002)。心血管疾病及其并发症给社会和家庭带来了巨大的经济负担,据美国心脏协会资料报告,2000年全球用于心血管疾病的治疗费用高达3266亿美元(刘永军2002),而我国用于心血管疾病的防治费用也超过1000亿元人民币。迄今为止,人们对于心血管疾病的治疗研究已取得了巨大进展,但是仍然无法完全了解心血管疾病的内在机理。有研究表明(解光亮2003)心血管疾病的发生前已有血流动力学参数的改变,因此研究心血管系统循环动力学过程,对于心血管系统生理、病理的科研工作和心血管疾病的早期诊断具有重要意义。心血管循环系统是最复杂的生命系统之一,具有高度的动态特性,心室的充盈和排空,器官中血流的再分配,心血管系统与其他系统的相互作用等等,都不断地发生变化。因此,当系统中的某一部位受到扰动时,不仅可能引发局部的反应,而且使系统的其他部位随之而发生反应。心血管系统的复杂性导致迄今为止人们仍然无法完全了解其内在机理,故常应用模型方法对其进行研究。本章回顾了心血管系统建模的基本方法和研究现状,简述了本文的研究意义和主要研究工作。§1.2心血管系统建模的基本方法心血管系统是较早并且较为成功地引入模型方法研究的生理系统之一。归纳心血管系统的模型方法,可分为物理模型方法,动物模型方法,数学模型方法和混合模型方法四种(文宗曜1984;王鸿儒1990)。§1.2.1物理模型方法物理模型根据实际人体循环系统的生理特性和解剖结构,由非生物物质构成,用以模拟心血管系统的某一器官或组织(文宗曜1984),根据模型的形式,物理模型又分为三类:1.几何模型:按一定比例放大、缩小或照原样重建原型。强调原型与模型的某种几何学上的相似。例如,为了研究主动脉弓内血液的流体力学特性,制成与原型尽量相似的动脉弓模型。2.畸变模型:建立的模型与原型在动力学上(力、速度,雷诺数等)相似。由于按比例变换原型可能使模型中动力学条件发生变化,因此,为了得到动力学上的相似,将模型畸变是必要的。这样模型与原型在几何学上仅部分相似。例如在血流动力学研究中,往往认为具有相同雷诺数的模型与原型具有相同的流动力学特性,在模型实验中,为了研究问题的方便,可以在雷诺数不变的情况下,改变液体的粘度和管径使模型相对原型发生畸变,即建立畸变模型。3.非相似模型:与原型在几何学上不存在任何相似,但存在物理上的某种相似,借助此模型可研究某些原型中的问题。例如,可通过动脉分支与电路网络均是描写流动这点相似上,可用熟悉的电路计算方法求得外周血管阻力的

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