心脏瓣膜流动模型及其在心血管系统的应用和仿真

发布时间：2022-02-11 21:55

　　心血管循环系统是人体的基本系统,瓣膜是心血管系统中最重要的功能单位。瓣膜解剖结构的复杂性,导致了瓣膜性心脏疾病是心血管常见疾病,如二尖瓣反流、主动脉瓣钙化。临床上通常采用瓣膜置换术治疗瓣膜性疾病,即是把人工瓣膜植入到病变的瓣膜位置,代替自然瓣膜的作用。研究健康和病理状况下心血管的血液动力学,可以在医学上为瓣膜置换术提供指导作用。论文基于心血管系统生理特征,利用等效电路图法模拟瓣膜健康和病况下周身循环系统中的血液动力学变化。论文首先引入心血管系统建模中涉及到的理论知识、心脏瓣膜的解剖结构和生理病理现象以及心血管系统基本建模方法和工具;其次基于机械瓣特性,提出二尖瓣的瓣叶运动流阻模型,接着在该瓣膜模型基础上对人体左心循环系统进行仿真,并分析仿真结果;然后在此模型的基础上,考虑到生物瓣的特性,提出关闭体积可控的瓣膜孔口模型,利用该瓣膜模型搭建周身循环系统的数值模型,分别模拟瓣膜健康和病理状况下的血液动力学特性,发现仿真结果与生理现象相符合。本文主要研究了以下三方面内容:1.分析影响瓣膜运动的因素:跨瓣压差和血流推力,建立二尖瓣运动的控制方程,提出依赖于瓣叶打开角度θ的瓣叶运动流阻模型,把该模... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 心血管系统概述
        1.2.1 血液循环
        1.2.2 心脏生理知识
        1.2.3 心脏泵血功能
    1.3 心脏泵血功能的评定
        1.3.1 心脏的输出量
        1.3.2 影响心输出量的因素
    1.4 心脏瓣膜解剖结构及病理知识
        1.4.1 二尖瓣结构及功能
        1.4.2 心脏瓣膜病理
    1.5 国内外研究现状
        1.5.1 心脏腔室研究
        1.5.2 心脏瓣膜研究
        1.5.3 心血管系统研究
    1.6 心血管系统建模仿真方法
        1.6.1 心血管系统基本建模方法
        1.6.2 仿真软件—Matlab简介
    1.7 发展趋势
    1.8 本文主要研究内容及章节安排
    1.9 小结
2 基于瓣叶运动的瓣膜模型的研究
    2.1 引言
    2.2 方法
        2.2.1 左心室建模
        2.2.2 动脉循环系统建模
        2.2.3 二尖瓣模型
        2.2.4 左心血液循环系统等效电路
        2.2.5 模型参数设置
        2.2.6 状态方程
    2.3 仿真结果
        2.3.1 模型验证
        2.3.2 基于以上三种模型的二尖瓣阻值对比
        2.3.3 基于以上三种模型的二尖瓣压差—血流对比
        2.3.4 基于以上三种模型的二尖瓣运动各个阶段时间对比
    2.4 讨论
        2.4.1 总结结果
        2.4.2 二尖瓣跨瓣压差—流量
        2.4.3 二尖瓣运动特性
        2.4.4 限制与不足
    2.5 本章小结
3 可控关闭体积瓣膜孔口模型研究
    3.1 引言
    3.2 方法
        3.2.1 心脏瓣膜模型
        3.2.2 左心循环系统等效电路
        3.2.3 状态方程
        3.2.4 模型参数设置
    3.3 仿真结果
        3.3.1 正常生理状态下关闭特性研究
        3.3.2 正常情况下左心循环的仿真
    3.4 讨论
        3.4.1 总结结果
        3.4.2 模型验证
        3.4.3 瓣膜特性
        3.4.4 关闭实验设计思考
    3.5 本章小结
4 可控关闭体积瓣膜孔口模型在周身血液循环系统应用
    4.1 引言
    4.2 方法
        4.2.1 周身血液循环系统等效电路图
        4.2.2 心脏腔室建模
        4.2.3 体循环和肺循环建模
        4.2.4 状态方程
        4.2.5 模型参数设置
    4.3 结果
        4.3.1 正常瓣膜仿真结果
        4.3.2 二尖瓣中度反流病理下仿真结果
        4.3.3 主动脉瓣钙化情况下仿真结果
    4.4 讨论
        4.4.1 总结结果
        4.4.2 心血管系统血液动力学特性
        4.4.3 限制与不足
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
        5.1.1 研究内容及成果
        5.1.2 创新之处
        5.1.3 不足之处
    5.2 展望
参考文献
致谢
研究生期间发表的学术论文及参与的科研项目
    学术论文
    参与科研项目
附录
    B1.周身循环系统中健康心脏膜特性参数研究
        B1.1 二尖瓣特性参数研究数据
        B1.2 主动脉瓣特性参数研究数据
        B1.3 三尖瓣特性参数研究数据
        B1.4 肺动脉瓣特性参数研究数据
    B2.周身循环系统中病理心脏膜特性参数研究
        B2.1 二尖瓣中度反流情况下其特性参数研究数据
        B2.2 主动脉瓣钙化情况下其特性参数研究数据


【参考文献】：
期刊论文
[1]主动脉瓣钙化原因及机制研究进展[J]. 黄卓,徐荣建,苗齐.  医学综述. 2016(03)
[2]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)
[3]中重度缺血性二尖瓣反流患者行二尖瓣置换同期冠状动脉旁路移植术的临床研究[J]. 郭志祥,张成鑫,汪欢,葛圣林.  安徽医药. 2015(03)
[4]一种基于集总参数的心血管系统仿真模型及心音产生机理[J]. 成谢锋,陈泓,姬汉贵,郭宇锋,张少白.  中国科学:信息科学. 2014(09)
[5]心血管系统仿真模型的研究[J]. 陈泓.  计算机技术与发展. 2014(11)
[6]基于双弹性腔的左心循环系统的建模与仿真[J]. 冯敏,黄晓阳,苏茂龙,罗云,赵晓佳.  厦门大学学报(自然科学版). 2012(04)
[7]改进型五阶集总参数心血管循环系统的建模与仿真[J]. 刘苓苓,李岚,钱坤喜.  中国生物医学工程学报. 2012(01)
[8]心血管循环系统的建模仿真[J]. 陈丽琳,吴效明,杨艳,陈静.  北京生物医学工程. 2006(03)
[9]心肺交互作用的心血管系统模型及仿真研究[J]. 李新胜,白净,崔树起,王苏中.  中国生物医学工程学报. 2003(03)
[10]人工机械瓣膜低强度抗凝治疗的观察[J]. 刘岩,孟旭,陈宝田.  中华胸心血管外科杂志. 2001(05)

博士论文
[1]多尺度循环系统数学模型研究[D]. 潘清.浙江大学 2013

硕士论文
[1]心血管系统多尺度模型研究[D]. 龚月仙.浙江大学 2010
[2]左心循环系统建模及研究[D]. 戴娟.哈尔滨工程大学 2008



本文编号：3621007