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1、功率键合图方法在多分支血液循环系统建模和仿真中的应用研究论文摘要：应用功率键合图方法，建立了一种多分支血液循环系统的计算机仿真模型，即描述血液循环系统内血流动力学变量变化规律的状态方程。该仿真模型较为细致地刻画了血液循环系统的生理特性，形成了较完整的人体血液循环系统的计算机模型，此模型可模拟血液循环系统的生理和病理特性，得出相应的心血管动力学仿真数据和波形，为进行血液循环系统生理和病理的医学研究提供了新的研究手段。关键词：血液循环系统计算机仿真功率键合图法0引言功率键合图法是一种系统动力学建模方法，它以图形方法来表示、描述系
2、统动态结构.freell/min，射血分数61%，都符合实际的生理规律。表1血液循环系统主要血流动力学变量计算机仿真数值仿真实验项目左心室压峰值LVPP(kPa)主动脉压AP(kPa)左心室舒张末容积LVEDV(ml)右心房压RAP(kPa)肺动脉压PAP(kPa)右心室舒张末容积RVEDV(ml)冠脉血流量CF(ml/min)心输出量CO(ml/min)射血分数EF（%）正常17.9616.821230.62.13130228525661高血压21.2818.631260.62.26130230498954血管刚性19.2
3、917.101240.62.131302295010583.2高血压仿真由于动脉管径窄缩，或是动脉壁增厚等原因常常会使动脉血管的阻力增大，使得心脏在收缩期向主动脉喷血时耗费更多的功，从而引起高血压症状。因此在本实验中，增大键合图模型中的主动脉和外周动脉的流阻Rta、Raa、Rar的数值，可以实现高血压的仿真。表1中给出了高血压时各血流动力学变量的仿真数据。从仿真数据中可以看到，左心室压和主动脉压分别达到21.28kPa和18.63kPa，血压值明显升高，但是心输出量4989ml/min和射血分数54%的数值却比正常状态显著降
4、低，这表明高血压时心脏的功能在减弱。3.3血管刚性仿真血管顺应性的倒数1/C被称为血管刚性，血管刚性越大，血管顺应性则降低，使心室射血阻抗增大，导致心室喷射压力和动脉血压升高，心输出量和射血分数降低。在本实验中，将主动脉与外周血管的流容Cta、Caa、Car分别降低至正常值的50%，可以模拟血管顺应性降低时的生理特性。表1给出了各项血流动力学变量的计算机仿真数值。从仿真数据中可以看到，左心室压19.29kPa和主动脉压17.10kPa偏高，而心输出量5010ml/min和射血分数58%的数值比正常数值降低，符合实际的生理规律
5、。4讨论本文提出了一个多分支血液循环系统功率键合图模型，叙述了以键合图建模方法、状态空间分析和计算机仿真为基础的心血管动力学分析方法，并用该模型进行了基本的生理仿真实验。将功率键合图建模方法应用于人体循环系统的仿真研究，能够较好地处理循环系统仿真中的建模问题，特别是从功率键合图可以很方便地推导出状态空间方程，从而正确的描述系统的动态特征。这一点特别有利于在医学研究人员中推广计算机仿真技术这种有用的研究手段。同时，这种仿真模型对循环系统特性的刻画也较为全面和细致，生理仿真的实验结果在波形和定量上与人体检测的结果是相吻合的。结合
6、临床对各项生理特性进行计算机仿真，将为医学研究提供一种新的强有力的研究手段。参考文献1BAIJing,YINGK,JAROND.Cardiovascularresponsestoexternalcounterpulsation:aputersimulationJ.MedBiolEngput,1992,.freelaticalmodelofcardiovascularmechanicsfordiagnosticanalgsisandtreatmentofheartfailure:Part1modeldescriptionand
7、theoreticalanalysisJ.MedBiolEngput,1994,32:3-11.3ENGVALLJ,KARISSIONM,ASKP.Importanceofcollateralvesselsinaorticcoarctation:putersimulationatrestandexerciseusingtransmissionlineelementsJMedBiolEngput,1994,32:S115-S122.4GOLDSTEINY,BEYARR,SIDEMANS.Influnceofpleuralpre
8、ssurevariationoncardiovascularsystemdynamics:amodelstudyJMedBiolEngput,1988,26:251-259.5BEYARR,KISHONY,SIDEMANS,DINNARU.puterstudiesofsystemicand
