[發明專利]基于集總參數的心血管系統仿真模型

有效

• 申請號: 201410324480.7
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104050857A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 成謝鋒;陳泓;傅女婷;李偉;姬漢貴;嚴誌;邱奕然
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及一種基于集總參數的心血管系統仿真模型。?

背景技術

心血管系統是一個封閉的管道系統，是人體生理過程中最為重要的系統之一。心血管系統的仿真計算模型，能夠反映出人體生理特征參數、血液動力學變量以及心音聽診參數之間的關系，還能體現出心臟各個組成部分的功能和狀態。通過對心血管系統的仿真模型的研究，可以為正常或病態的心音產生機理提供了一種可行的理論依據,并且心血管系統仿真模型是學習心臟的生理機能和研究心臟聽診的很好的工具。?

發明內容

本發明的目的是提出一種基于集總參數的心血管系統仿真模型，利用心血管系統仿真模型去分析心室心房血容量、心房心室壓力、動脈血流量和表征正常和非正常心血管狀態。本發明基于流體力學與電氣網絡的相關基礎理論，建立一種基于集總參數的心血管系統仿真模型。該心血管系統仿真模型分為三個子模型：體循環子模型、肺循環子模型及心臟子模型。重點分析了體循環子模型和心臟子模型，給出收縮壓，舒張壓，射血分數等血流參數和仿真波形圖，并對心音產生機理進行了分析。然后在此基礎上進行擴展，增加了肺循環、血管、耦合壁等，使其形成一個閉合的循環回路，構成了心血管系統仿真模型，利用狀態變量分析法建立該模型的數學表達式，并進行模擬仿真，得出心室心房血容量、心房心室壓力、動脈血流量等仿真結果，并且可以利用該模型仿真高血壓病態和心衰病態狀況。?

實現本發明目的的技術方案是：基于集總參數的心血管系統仿真模型，包括體循環子模型、肺循環子模型、心臟子模型、右心室和肺循環子模型之間的肺動脈瓣，以及左心室和體循環子模型之間的主動脈瓣，其中心臟子模型包括左心房、左心室，右心房、右心室四個腔室和心室中間的耦合壁，其特征是：?

所述心臟子模型中，左心房、左心室，右心房、右心室的游離壁均用依次串聯的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、時變倒電容和電阻表示，心室中間的耦合壁的彈性用電容表示，其中，第一壓力傳感器端接地，電阻端為輸出端，左心房和左心室之間的二尖瓣用依次串聯在左心房的電阻端和左心室的電阻端之間的電感、電阻和伯努利阻抗表示；右心房和右心室之間的三尖瓣用依次串聯在右心房的電阻端和右心室的電阻端之間的伯努利阻抗、電阻和電感表示，其中，第一壓力傳感器表示胸廓內壓，第二壓力傳感器表示心包壓，時變倒電容表示心肌的彈性系數，電阻表征血流粘性阻力，電感表示血流慣性，伯努利阻抗表示血流粘性的動態阻力。?

所述肺循環子模型由肺動脈，肺靜脈以及肺毛細血管級聯組成，肺動脈、肺靜脈和肺毛細血管均由兩條并聯的肺循環支路組成，第一肺循環支路由依次串聯的第一支路電阻和第一支路電感組成，第二肺循環支路由依次串聯的第二支路電阻、第二支路電容和第二支路壓力傳感器組成，肺動脈、肺靜脈和肺毛細血管的第一肺循環支路依次連接；其中，第一支路電阻表示血液流動產生的阻力，第一支路電感表示血流的慣性，第二支路電阻表示彈性腔的內部阻力，第二支路電容表示血管的順應性，第二支路壓力傳感器表示胸內壓。?

所述體循環子模型由主動脈、動脈、毛細血管、靜脈和腔靜脈組成，主動脈用依次串聯的主動脈電容、主動脈第一電阻、主動脈電感和主動脈第二電阻表示，動脈、毛細血管、靜脈和腔靜脈均用兩條并聯的體循環支路表示，第一體循環支路由第一血管電阻和第一血管電容串聯組成，第二體循環支路由第二血管電感和第二血管電阻串聯組成，其中電容表示血液的順應性，電阻表示血流粘性阻力，電感表示血流慣性；主動脈、動脈的第一體循環支路、毛細血管的第一體循環支路、靜脈的第一體循環支路和腔靜脈的第一體循環支路依次首位連接。?

所述右心室和肺循環子模型輸入端之間的肺動脈瓣用依次串聯的電阻、伯努利阻抗和電感表示，其中，電阻表示肺動脈瓣的血流阻力，電感表示肺動脈瓣中血液的慣性效應，伯努利阻抗Bpv表示血流粘性的動態阻力；?

所述左心室和體循環子模型輸入端之間的主動脈瓣用依次串聯的電阻、伯努利阻抗和電感，電阻表示主動脈瓣的血流阻力，電感表示主動脈瓣中血液的慣性效應，伯努利阻抗Bav表示血流粘性的動態阻力。?

心血管系統建模是一個復雜過程，為了使模型盡可能的符合實際情況，構造心血管系統仿真模型應遵循如下原則：?

(1)一致性原則：是指通過模型所得到的參數或仿真波形盡可能與實測的參數或波形相一致。?

(2)可解釋原則：是指設計的心血管系統仿真模型可以解釋心血管的生理機制以及心音的產生機制，并且能用狀態變量來表示生理學上的心血管參數，可以通過觀測狀態變量的變化趨勢來研究心臟的生理狀態。?