心血管衰老模型与二尖瓣振动模型的研究

发布时间：2020-04-15 20:19

【摘要】：老龄化问题目前已经成为中国和其他欧美国家要面临的非常严重的社会问题,而老龄化所引起的心血管内科疾病的人数逐渐增加,心血管系统是人体重要的循环系统之一,心血管相关疾病的患病风险增大将会越来越成为人们困扰。研究心血管系统相关的工作机制、并分析心血管系统衰老与年龄的关系成为国内外许多学者的研究内容。本文从心血管系统的颈动脉血管出发,分析与讨论心血管系统的衰老机制,并研究其相关生理与物理特性的变化关系。首先,基于心血管系统的颈动脉血管的形态结构特点,建立了一种颈动脉壁厚圆柱物理模型,并且分别定义切面模型的各项参数。该颈动脉壁厚圆柱物理模型的特点主要体现在以与:颈动脉血管形态非常接近圆柱体,将其简化为圆柱模型能进行相关的数学公式的计算与仿真研究。然后利用所建立的物理模型推导出关键的物理特性参数的计算公式,定义S为心血管衰老模型,S通过心血管系统的两个重要评估标志颈动脉内中膜厚与颈动脉弹性模量与年龄的关系来描述心血管的衰老过程中的结构与功能的特性变化。最后利用所建立的心血管衰老模型讨论表示心血管系统颈动脉的衰老变化,利用matlab得到人群健康状况下的仿真结果,并将仿真结果与实际医学检测数据相比较,验证本模型的合理性与可行性。心血管衰老模型不仅保留了传统上用CIMT作为心血管风险评估的重要参考标志,并且增加Es。实验结果表明结合CIMT与Es两个因素的心血管衰老模型对于成人尤其是中老年人的心血管疾病的预防与辅助分析有着较大的参考价值,为多种衰老相关疾病的防治提供了新思路、开辟了新视野。心脏瓣膜作为一特定的发声源,主要通过心室壁和心脏瓣膜等相关组织产生的机械振动和腔体共振产生心音,而瓣膜振动与瓣膜材料的物理特性关系密切,因此本文通过建立一种心脏二尖瓣振动模型研究瓣膜振动频率与跨瓣压差以及瓣膜的半径、弹性模量、瓣膜厚度之间的关系,重点分析瓣膜振动频率在等容收缩期随着跨瓣压差变化的规律,并且从瓣膜结构的特点出发,将心脏瓣膜作为一种均匀弹性材料,基于有限元仿真方法模拟二尖瓣在房缩期到等容收缩期瓣膜闭合过程中的形态变化,直观表述心脏瓣膜在房缩期到等容收缩期的开口变化过程及其频率区域分布图。结合二尖瓣振动模型与心血管电网络模型能模拟仿真实际中人体二尖瓣振动频率与跨瓣压差在等容收缩期的变化,模拟得到的人体二尖瓣振动频率值(内心音)在50-120Hz,在第一心音(外心音)频率正常变化范围之内,表明本文方法具有一定的可行性。并且二尖瓣振动模型能反映人体老化过程中的瓣膜钙化以及二尖瓣瓣膜半径变小对于二尖瓣振动频率的影响,因此二尖瓣振动模型对人体瓣膜老化方面的预防诊治与临床分析有一定的参考价值。瓣膜共振产生心音的共振峰频率会因为瓣膜的物理特性改变而发生改变,本文通过采集[20,80]年龄区间人群的心音数据将并将其按照年龄区间划分,使用基于LPC的心音共振峰提取方法对分段后的心音提取共振峰第一频率,经过研究分析发现S1共振峰第一频率与年龄成正相关。
【图文】：

圆柱,内腔,半径,物理模型

图 3.1 建模示意图动脉壁厚圆柱物理模型和弹性模量属于大动脉，为弹性动脉，所有动脉的管壁由三层膜组成，即内膜一般将内中膜视为一体。颈总动脉沿气管、喉的两侧上升，至甲状脉和颈内动脉，其中颈内外动脉结合部位则为颈动脉分叉处。基于特点如图 3.2 中颈动脉超声检测图所示，本文将颈动脉血管视为双层圆柱物理模型，颈动脉壁厚圆柱物理模型图和 P 处切面图如图 3.3 所颈动脉血管内腔半径、内中膜半径， 0r、 R 0分别为颈动脉血管内腔内半径加膜厚初始半径， C i、oC 分别表示均匀的内部与外部压力。分析年龄-颈动脉内中膜厚关系

切面图,颈动脉壁,物理模型图,切面图

3 颈动脉壁厚圆柱物理模型图和 P 处切面图：(a)颈动脉壁厚圆柱物理模型图；(b)P 处切面献[6]研究表明，随年龄的增加，颈动脉血管壁弹性与伸展性逐渐下降，CIMT 增内径随之呈依赖性扩张，，这反映了健康人颈动脉血管系统随着增龄的结构老化和。定颈动脉由各向同性、均匀的组织组成，基于颈动脉壁厚圆柱物理模型可将图 3.3问题转化为图 3.3(b)中切面的二维问题，那么剪切力应力与剪切力应变等于零，(b)进行分析可以得到径向应力 rr 和环向应力 [35,36]： 2 20 022 22110rr i ir rC -C C -CrR r-R （3. 2 20 022 22110i ir rC -C - C -CrR r-R （3.据应力-应变关系可以获得图 3.3(b)中的径向应变 rr 和环向应变，有：1+
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R54

【相似文献】