生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與儀器2課件

1、第二章生理系統(tǒng)的建模與儀器設(shè)計(jì)授課老師：王偉聯(lián)系方式：聯(lián)系電話：62471340系統(tǒng)： 是指自然界存在著的由若干個(gè)相互作用和依賴的事物組合而成的具有特定功能并按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)著的整體實(shí)體： 是一切客觀存在的事物及其運(yùn)動(dòng)形態(tài)屬性： 是描述實(shí)體特征的信息，是對(duì)實(shí)體進(jìn)行模擬的基本單位模型: 我們所研究的客觀事物有關(guān)屬性的模擬，是對(duì)實(shí)體（系統(tǒng)）的特征和變化規(guī)律的一種定量的抽象，它應(yīng)當(dāng)具有事物中我們關(guān)心和需要的主要特性2.1 系統(tǒng)模型及其分類2.1 系統(tǒng)模型及其分類物理模型 簡(jiǎn)化的、類似于實(shí)際系統(tǒng)的某些突出特征而設(shè)想的一種物理系統(tǒng)，它較之于真實(shí)系統(tǒng)更易于分析研究。靜態(tài)物理模型動(dòng)態(tài)物理模型2.1.1 物理模

2、型靜態(tài)物理模型 模型屬性值與時(shí)間無關(guān)，模型反映的是系統(tǒng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的情況地球儀苯分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)模型DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型物理模型靜態(tài)物理模型物理模型動(dòng)態(tài)物理模型圖b的數(shù)學(xué)式 圖c的數(shù)學(xué)式 物理模型動(dòng)態(tài)物理模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是當(dāng)一個(gè)實(shí)體（系統(tǒng)）處于平衡狀態(tài)時(shí)的取值，在模型中不含時(shí)間因素，其數(shù)學(xué)式通常是一個(gè)或一組代數(shù)方程。數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型線性統(tǒng)計(jì)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型自變量因變量誤差項(xiàng)線性系數(shù)矩陣動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述由于實(shí)體活動(dòng)所引起的系統(tǒng)狀態(tài)在時(shí)間軸上的變化，其數(shù)學(xué)式通常是一組微分或差分方程數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述過程動(dòng)態(tài)行為的狀態(tài)方程數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模

3、型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型矩陣形式解析方法 直接應(yīng)用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)定律取推導(dǎo)和演繹數(shù)學(xué)方程（模型）的解數(shù)值方法 利用遞推的方法，把方程中的變量（系統(tǒng)中的屬性值），以表格的形式推導(dǎo)為數(shù)字量，從而得到隨時(shí)間（或空間）變化的一系列數(shù)字解。數(shù)學(xué)模型求解方法描述模型 一種抽象的（沒有物理實(shí)體）、不能(至少目前不能）用數(shù)學(xué)方程式表達(dá)、只能用語言（自然語言、程序語言）描述的系統(tǒng)模型。2.1.3 描述模型2.2 建模的基本過程建模的基本原則（1）現(xiàn)實(shí)性（2）簡(jiǎn)潔性（3）適應(yīng)性2.2 建模的基本過程理論分析法建模 應(yīng)用自然科學(xué)中已被證明是正確的理論、原理和定律，對(duì)被研究系統(tǒng)的有關(guān)因素進(jìn)行分析、演繹、歸納，從而建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

4、類比分析法建模 根據(jù)兩個(gè)（或兩類）系統(tǒng)某些屬性或關(guān)系的相似，去推論兩者的其他屬性或者關(guān)系也可能相似的一種方法數(shù)據(jù)分析法建模2.3 構(gòu)建生理模型的常用方法理論分析法建模實(shí)例 血氧飽和度（SpO2）的無創(chuàng)檢測(cè)朗伯定律若入射光強(qiáng)為I0，物質(zhì)對(duì)光的吸收系數(shù)為a，則通過厚度為L(zhǎng)的物質(zhì)后，光強(qiáng)為： I=I0eaL （2.10）比爾定律當(dāng)光被透明溶液中溶解的物質(zhì)所吸收時(shí)，吸收系數(shù)a與溶液的濃度C成正比，即a=AC，于是(2.10)表示為： I=I0eACL (2.11) 生物化學(xué)中比爾定律的應(yīng)用(2.12)(2.13)E為消光系數(shù)lg(I0/I)為光密度或吸光度動(dòng)脈血液的吸光度：(2.15)手指動(dòng)脈搏動(dòng)引起的動(dòng)脈血液吸光度變化：(2.16)動(dòng)脈血液中的血氧飽和度：(2.17)波長(zhǎng)為的紅色光通過組織透射后的光強(qiáng)度為：(2.18)通過式（2.17）和（2.18）得到血氧飽和度：(2.19)當(dāng)近紅外光波長(zhǎng)805nm時(shí)，E2=E1=E式（2.1