生理系统仿真与建模-第一章演示教学.ppt

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1、生理系统仿真与建模-第一章绪论1历史的简单回顾2血液循环的生理背景3心血管系统血液流动的一般描述4心血管流体力学的发展概况1历史的简单回顾公元前三千年--埃及象形文字--记载了外周脉搏与心跳作用之间的关系公元前280年--Erasistratos--脉搏是一种波的传播现象文艺复兴时期--LeonardodaVinci--叙述了心房和心室收缩的前后次序，提出动脉粥样硬化概念1628--英国医生WilliamHarvey--循环的存在是心脏工作的必要条件1661--MarcelloMalpighi--发现毛

2、细血管的存在StephenHales--在计算心输出量方面跨出了真正的一步，并引进了外周阻力的概念1775—LeonhardEuler—描述不可压缩无粘性液体在弹性管中流动的一维方程英国医生兼自然哲学家ThomasYoung—首次导出了血液流动中脉搏波的传播速度19世纪后期—许多研究者—重新推导出脉搏波方程1898—OttoFrank—提出动脉系统弹性腔室定量模型50年代—改进的线性化模型60年代末、70年代初—Cox等—模型拓广到有限厚度管壁的情况1历史的简单回顾绪论1历史的简单回顾2血液循环的生理背

3、景3心血管系统血液流动的一般描述4心血管流体力学的发展概况2血液循环的生理背景人体体循环血液循环肺循环心脏血管心血管系统血液循环途径示意图左心室LV心脏腔室右心室RV左心房LA右心房RA二尖瓣心脏瓣膜三尖瓣主动脉瓣肺动脉瓣心脏的工作情况心脏有节律的收缩与舒张运动心脏的动力心脏瓣膜的单向导流作用泵作用工作情况：心脏处于全舒张状态，血液从静脉流入心房房室瓣开启，血液从心房直入心室，心房收缩使血液进一步流入心室心室收缩，房室瓣关闭；心室继续收缩，主动脉瓣与肺动脉瓣开启，血液向主动脉与肺动脉喷射心室收缩终止开始

4、舒张，主动脉瓣与肺动脉瓣关闭心室继续舒张，房室瓣再次开启心搏—心脏有节律的收缩与舒张运动心搏的标志—心室的舒-缩活动心脏的收缩期—心室的收缩期心脏的舒张期—心室的舒张期心动周期—心脏收缩-舒张一次所需要的时间正常成年人为0.8秒（收缩期约0.3秒，舒张期约0.5秒）心脏的一些基本概念血液循环的管路系统几何锥削高度枝化弹性锥削内径较相应动脉的大总体积较动脉系统大管壁比动脉管壁硬分布最广、管壁最薄、管径最小循环系统的工作介质血液—作用：运送氧气和营养物质运送二氧化碳和代谢废物血液由有形成分和血浆组成。红血球

5、白血球血小板40-45%1/6001/800血浆中有90%以上的水，呈弱碱性绪论1历史的简单回顾2血液循环的生理背景3心血管系统血液流动的一般描述4心血管流体力学的发展概况3心血管系统血液流动的一般描述在下面各章对心血管系统血液流动规律作较系统的讨论之前，我们先对血液流动中的有关问题作些一般性的描述：脉动流与频率参数层流与湍流3心血管系统血液流动的一般描述一、脉动流与频率参数主动脉和其他大动脉中：收缩期：主动脉和其他大动脉中的血液压力上升，由于血管是弹性的，必然导致血管壁的向外扩张；舒张期：主动脉和其他

6、大动脉中的血液压力下降，血管壁将重新回弹。上述过程每个心动周期重复一次。因此，对于血管壁的每一微元，都可以看成是在作周期等于心动周期的周期振荡。这就是说，由于心脏有节奏地间歇射血，使主动脉与其他大动脉中血液流动参数---压力、速度、血管半径等都是一些随时间变化的量，即：在主动脉和其它大动脉中，血液流动是不定常的脉动流。微动脉、毛细血管和静脉中：在微动脉、毛细血管和静脉中，血液的压力脉动已很不明显，作为近似，往往认为在微动脉、毛细血管和静脉中，血液的流动是定常的。心血管系统血液流动的一般描述由于血液在生理

7、条件下是不可压缩的，若近似地认为血液是牛顿流体，描述血液流动的Navier-Stokes方程为：血液密度压力血液粘度是血液流动速度（假定为常数）比较方程（1--5）中的局部惯性项与粘性项的量级，有：上式中假定特征速度为U、特征时间为（表示脉动流的圆频率）、特征长度为D/2（D为血管直径）通常称这个无量纲数为Stokes数，式中表示血液的运动粘性系数。心血管系统血液流动的一般描述心血管系统血液流动的一般描述在血液动力学中，习惯上取Stokes数St的算术平方根，即得：这称为Womersley数，它是一个无

8、量纲的频率参数。从上式知，对于同一个个体来说，若心动周期T与血液运动粘性系数v保持不变，那么数与血管的直径D成正比。心血管系统血液流动的一般描述频率参数是一个表征血液在血管中流动时，局部惯性力与粘性力比值大小的量。较大：局部惯性力占支配地位，脉动流主动脉与其他大动脉中（直径大）较小：忽略局部惯性力，定常的层流微动脉与毛细血管中（直径小）二、层流和湍流判断管段中血液流动是层流还是湍流的无量纲参数是雷诺（Reynolds）数，定义为为血液密度为