成谢锋教授提出一种基于集总参数的心血管系统仿真模型的实现方法
发布时间: 2017-04-25 浏览次数: 103 文章来源: 电子科学与工程学院

专利号:201410324480.7

本发明基于流体力学与电气网络的相关基础理论,建立一种基于集总参数的心血管系统仿真模型。该心血管系统仿真模型分为三个子模型:体循环子模型肺循环子模型心脏子模型重点分析了体循环子模型和心脏子模型,给出收缩压,舒张压,射血分数等血流参数和仿真波形图,并对心音产生机理进行了分析。然后在此基础上进行扩展,增加了肺循环、血管、耦合壁等,使其形成一个闭合的循环回路,构成了心血管系统仿真模型,利用状态变量分析法建立该模型的数学表达式,并进行模拟仿真,得出心室心房血容量、心房心室压力、动脉血流量等仿真结果,并且可以利用该模型仿真高血压病态和心衰病态状况。

1 心血管系统模型框图


仿真模型的三个子模型:

1.心脏子模型

心脏的主要动力来自心脏的周期性舒张和收缩运动,心脏子模型按五部分(左、右心室游离壁,左、右心房游离壁以及心室中间的耦合壁)来进行等效建模,描述心脏的周期性舒张和收缩运动。

2 心脏子模型


2.体循环及肺循环子模型

体循环子模型用时变倒电容来模拟心室的主动收缩作用,用CaoLaoRaoCartR1来表示动脉系统,CaoCart分别表示动脉系统中血管的顺应性,Lao用来表征主动脉中的集总血液的惯性效应,R1表示外周阻力。血流从心室流出,经过主动脉瓣流入动脉系统,经过外周阻力进入肺部,Cr表示肺部和静脉系统的集总顺应性。

肺循环由肺动脉,肺静脉以及肺毛细血管组成,肺循环子模型可以看作是由多段血管级联而成,血管可以用弹性腔模型来表示,形成血管模型,如图附4所示。其中Spua表示弹性腔的内部阻力,Epua表示血管的顺应性,Rpua表示血液流动产生的阻力,Lpua表示血流的惯性。

3 体循环子模型


3.心血管系统仿真模型

根据一个心动周期内血流的流经方向以及各段血管的血流量将心脏、体循环和肺循环进行连接,基于集总参数的心血管系统仿真模型,该心血管仿真模型遵循流经子模型血流量等于流出子模型血流量的原则将其进行耦合, 在心脏子模型中,不仅考虑了心室心房的自身的周期性运动,还考虑到了心室之间的相互作用,并且分别把体循环和肺循环子模型具体化到了动脉,静脉,毛细血管等三个部分。

4 心血管系统仿真模型


本发明提出集总参数的心血管系统仿真模型满足了构造模型所需的三个基本原则,体现了心血管系统的一些细节特征,为心音信号的产生机理分析奠定了良好的基础,也为心血管疾病的研究提供了一种新途径。

详细请参考:成谢锋陈泓,傅女婷,李伟,姬汉贵,严誌,邱奕然. 一种基于集总参数的心血管系统仿真模型, 专利号:ZL201410324480.7, 申请日:2014-03-01, 授权日:2016-08-24