血液循环系统建模仿真及VEAC辅助循环术模型研究

摘要

建立血液循环系统的数字仿真模型，利用模型仿真方法深入研究和考察各种新型辅助治疗装置的作用机理，定量分析辅助装置对人体的血流动力学影响，对研制新型辅助循环装置、优化控制参数、评价装置有效性具有重要意义，同时也是必不可少的一个重要手段。本文针对一种用于心衰患者体外无创辅助循环的新方法，即，辅以体外反搏的充气背心辅助循环术(VEST with EECP AssistedCirculation，VEAC)开展建模与仿真研究。VEAC术由胸部充气背心(Thoracicpneumatic vest，VEST)和增强型体外反搏(Enhanced External Counterpulsation，EECP)有机结合形成。心脏收缩期，胸部充气背心充气加压辅助心脏射血；心脏舒张期，下肢小腿、大腿、臀部处的气囊序贯式加压的增强型体外反搏增加主动脉舒张压及冠脉有效灌注压、改善心肌血供。两者优势互补，以期达到心衰辅助和促进缺血心肌恢复的目的。 VEA℃方法辅助治疗机理的核心是循环系统血流动力学问题，其临床效果与辅助装置的作用方式及相关控制参量的选择有密切关系。本文在吸收近年来国内外心血管循环系统建模仿真成果的基础上，深入进行了血液循环系统的建模仿真研究，构建了一个VEAC辅助循环术的仿真平台。 为了研究VEAC术的作用机理，建立了一个含心脏循环、肺循环、体循环和冠脉循环四个基本结构的循环系统的血流动力学仿真模型。心脏循环由左心房、左心室，右心房、右心室四个腔室构成，左、右心室采用时变弹性模型。心脏模型可以模拟正常生理和心衰情况；肺循环包括肺动脉、肺静脉和肺外周血管，模拟肺循环的输入、输出的血压和血流情况；冠脉循环模拟冠状血流的流动状况，反映冠脉血流的时相性。 体循环系统由多元动脉系统、多元静脉系统和外周循环系统组成。根据人体血管的解剖特性和VEAC的工作机理，分为脑循环、主动脉、腔静脉、上肢血管、臀部血管、大腿血管、小腿血管共7个部分。用来模拟体循环各处的血压和血流情况和VEAC的辅助作用。 研究了循环系统的神经调控作用，包括颈动脉压力感受器传入通路、交感神经活动和迷走神经活动对心脏活动的调节。在系统模型中考虑了神经调控的作用，能够更符合生理实际情况，尤其是对心衰患者，更有必要重视神经调控的影响与作用。 各单元模型分别由相应的微分方程或等效电路表达，应用MATLAB/Simulink程序语言实现复杂系统网络结构的数学模型，在符合生理意义条件下求解，进行仿真实验。已完成的仿真模型可以仿真正常及心衰情况下心血管循环系统的血流动力学现象，得到正常及心衰情况下心脏的压力一容积曲线、冠脉血流波形、循环系统中各处的血压、血流量波形等表征血流动力学状况的重要曲线，还可仿真心脏的颈动脉窦神经活动与交感神经及迷走神经的调控机制。仿真结果与生理实际情况相符合，说明所建立的模型是有效的，稳定的。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章血液循环系统的建模与仿真基本方法

第三章血液循环系统的数学模型

第四章MATLAB／Simulink 仿真模型

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的论文

致谢