[發明專利]一種基于集總參數的人體呼吸系統模型

在審

• 申請號: 202210588961.3
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114913752A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 宗方;鄭然;馬炬;王莘文;代婷鈺;陳哲;何厚伯;張文亮;程桂禹;黃昱;王超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍軍醫大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 王健

本發明公開了一種基于集總參數的人體呼吸系統模型，屬于醫學模型技術領域，呼吸模型將兩個肺部和相關的氣道表示為五個主要功能單元或隔室，分別指定為隆突，左右解剖學死腔以及左右肺泡。在模型中，隆鼻隔室代表氣管氣道的解剖區域。左右解剖學死腔室代表支氣管及其分支的細支氣管，它們是隆突下方的導氣管的一部分。左右肺泡腔室對應于肺泡的集合，在氣道與心血管系統之間發生氣體交換。左右胸壁隔室分別代表胸壁的左右兩側。新模型還考慮了通過回路元件引起的胸膜腔，同時還包括有代表呼吸肌壓力源驅動器的壓力信號發生器。該模型采用基于電路的集總參數數學模型，該模型允許以相對較低的計算負擔來表征患者特定的呼吸力學。

技術領域

本發明涉及醫學模型技術領域，特別是涉及一種基于集總參數的人體呼吸系統模型。

背景技術

人的呼吸系統由上呼吸道(環狀軟骨上方的區域)，下呼吸道，肺和呼吸肌組成。下呼吸道始于氣管，延伸至支氣管，細支氣管和肺泡。在隆突處，氣管分為左右兩個主干支氣管。支氣管分叉成較小的細支氣管，繼續分支長達23代，形成了以肺泡終止的氣管支氣管樹。肺泡導管和肺泡囊是與肺毛細血管進行氣體交換的肺部操作單位。沒有發生氣體交換的前幾代氣道構成解剖學死腔，被稱為傳導區。相反，通氣過程促進了肺泡-毛細血管的氣體交換，該過程由肋間肌肉，Inter肌和胸壁后坐力驅動。這些機制協同作用，以主動將新鮮空氣驅入肺部，并被動地從肺部去除氣體。附在胸壁上的是一層薄薄的膜(胸膜)，該膜折回其自身，形成兩層，稱為內臟和壁層胸膜。胸膜腔充滿液體。該空間中的壓力稱為胸膜內壓力，通常略低于大氣壓。即使沒有吸氣肌肉收縮，肺和胸壁之間的機械相互作用也會將兩個胸膜拉開，導致胸膜內壓力略有降低(-3cm H2O至-5cm H2O)。

隔膜充當呼吸肌，參與呼吸機駕駛員的機械操作。氣管分支成右支氣管和左支氣管，每支進一步分叉成幾代較小的細支氣管。這些細支氣管形成氣管支氣管樹，終止于肺泡。呼吸系統通過通氣和跨血氣屏障(肺毛細血管-肺泡界面)的氣體交換相結合，提供氧氣并清除體內的廢二氧化碳。呼吸系統設計為使用電模擬集總參數模型來模擬患者呼吸系統的通氣行為(正壓和負壓)。呼吸模型采用現實的壓力源信號和化學刺激反饋機制作為自發通風的驅動器。該模型可處理多種患者情況，包括張力性氣胸和氣道阻塞。

呼吸系統生理學模型分為肺通氣模型、呼吸力學模型。肺通氣模型針對肺通氣的機械過程及機理進行建模。呼吸系統本身就是一個力學系統，呼吸系統的各部分間的作用力與反作用力遵從牛頓第三定律。呼吸系統生理學模型包括為一階線性模型、R.W.Jodat呼吸力學機械模型、R.M.Peters的呼吸系統機械模型。

但上述模型在實際應用時，需要較大的計算負擔來表征患者特定的呼吸力學。

發明內容

本發明提供一種基于集總參數的人體呼吸系統模型，以解決現有技術中存在的計算負擔較大的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于集總參數的人體呼吸系統模型，包括第一回路、第二回路以及第三回路；

所述第一回路上設置第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第一電容器、第二電容器、第三電容器、第四電容器，所述第一電阻器與第一回路的節點模擬右心房，所述第二電阻器與第一回路的節點模擬右心室，所述第三電阻器與第一回路的節點模擬左心房，所述第四電阻器與第一回路的節點模擬左心室，在第一電容器與第三電容器的線路之間接入第一線路，所述第一線路與第一回路的節點模擬呼吸肌，所述第一線路上設置壓力信號發生器；

所述第二回路上設置第一二極管、第五電阻器，所述第二回路接入所述第一回路，其中所述第二回路接在第一電容器與第二電容器之間的一端模擬右胸膜，所述第二回路接在第二電容器與第二電阻器之間的一端模擬右肺泡，所述第一二極管與第五電阻器之間的一個節點模擬右肺泡支鏈；