血流仿真论文

《血流仿真论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn1心血管循环系统建模仿真的研究与进展鄂珑江,吴效明广州华南理工大学生物医学工程系，广州（510641）E-mail：dd_198435@126.com摘要：心血管循环系统是最复杂的，也是较早并较为成功地引入模型方法研究的生理系统之一。随着信息技术的发展，人体心血管系统整体模型可在计算机上实现数字仿真。本文综述了心血管循环系统模型的国内外研究进展与现状，并就系统中的局部模型展开阐述，重点说明了肺模型和神经调节模型，介绍了建模方法及仿真工具，最后指出了心血管系统建模仿真

2、的发展趋势。关键词：心血管循环系统；数学模型；Simulink数字仿真；肺循环模型中图分类号：R318.011.前言心血管系统是人体物质输运的干线，担负着体内新陈代谢物质的交换功能，是人体的生命线。心血管疾病是当前严重威胁人类健康的主要疾病，而搞清楚心血管系统在生理和病理方面复杂的工作机制，有利于心血管疾病的诊断、治疗。建模仿真是研究这一复杂问题的有效手段。心血管循环系统建模仿真以血流动力学为基础，结合人体的解剖结构，建立相应的数学模型，定量地考察心血管系统，可以揭示循环系统的生理病理机理，为临床诊断和治疗提供

3、理论依据和新思路。利用计算机强大的计算能力和图像处理显示能力，目前建立心血管系统的数字仿真模型已成为设计辅助循环装置、优化其控制参数、评价装置有效性的重要方[1-3]法之一。心血管循环系统包含了心脏，动脉，静脉及外周血管网络，其内血液循环分为体循环和肺循环，并受颈动脉压力反射控制等神经系统调节。一百多年前，人们就开始了对心血管系统建模的研究。本文首先综述了心血管循环系统建模的历史发展，以及近年来国内外的研究现状，并重点介绍了心血管系统中的肺循环和神经调节模型，最后阐明了心血管系统建模仿真的发展趋势。2.建模方法

4、建立心血管循环系统的模型方法一般有：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。在一个数学模型中，用变量描述系统的状态，用数学方程式去定量反映各变量之间的相互联系，用递推方程式去描述系统状态的发展趋势。建立数学模型的方法有①电网络模型法，根据流体网络与电气网络的等效关系，用电流表示血液的流动，用电阻表示血液流动中的粘滞阻力，用电容表示血管的顺应性，用电感表示血液流的惯性特性，用基尔霍夫节点定律描述血液循环各支路间的耦合关系，可建立循环系统的参数模型，有分布式和集总式；②系统辨识法，一般用于黑箱模型的

5、建立；③有限元分析法，用于非线性系统，可建立循环系统的有限元模型；④键合图法，将血液流动看作功率流的系统动力学建模法。选择不同的数学建模方法来研究心血管系统的生理、病理现象已[4]成为近年来研究心血管循环系统的重要手段。1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：30670538），广东自然科学基金（项目编号：04020048）资助。-1-http://www.paper.edu.cn3.心血管循环系统模型的国内外研究进展和现状早在1898年，德国生理学家OttoFrank提出了著名的弹性腔（Windkessel）

6、模型，他把动脉系统看作一个弹性腔，仅由一个电阻和一个并联的电容组成，后人加以改进，提出了三[5][6][7]元件或四元件，双弹性腔五元件，三弹性腔九元件模型，但这些都是高度简化的集总式模型，忽略了由人体解剖结构引起的系统循环的分布性，不能体现脉动血流波的传播特性，要求建立更详细的分布式模型，能计算出循环系统任一点处的血压和血流。进入20世纪后，随着电网络理论的发展，心血管系统研究有了迅速发展。在心血管循环系统整体模型中，较早且较完善的是1966年JohnMcleod建立的PHYSBE模型，这是个经典的线性的循环

7、系统模型。20世纪60年代末，Rideout等人用模拟电路元器件建立了一[8]个整体循环分布式模型，能较精确地描述循环系统地解剖学特性。Jaron和白净等人后来[9]在此模型中加入了生理反馈调节机制。1983年Coleman建立了一个名为HUMAN的模型，[10]包含了肺部的呼吸，血液的气体交换等诸多生理因素。Beyar、Goldstein于1987年建立的人体心血管系统的整体模型，很好模拟了人体正常生理情况下的血流动力学特性，并仿真[11]了呼吸对胸内压的影响。Tsuruta等人建立的心血管系统模型，仿真了心

8、衰，并预测了药[12]物对心衰的治疗。心血管循环系统模型比较有代表性的还有Warner模型，Barnea等人建立的闭环模型，Witzig提出的分布式参数模型。国外对心血管建模开展的较早，特别是近十年来，国外对心血管系统建模有了很大的进展。最具代表性的是Italy，UniversityofBologna的Mauro,Ursino.他于1998年建立了一个[13]具有动脉压力感受器的心血管