瓣膜模型血管系統(tǒng)模型耦合課件

CardiovascularCirculatorySystemModelingandSimulation心血管循環(huán)系統(tǒng)建模仿真王涵系統(tǒng)是指一類實(shí)體的集合，包括實(shí)體、屬性和活動(dòng)三個(gè)要素PhysiomeProject研究心血管循環(huán)系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法是通過外科手術(shù)在動(dòng)物（狗、豬）或者人的身上進(jìn)行。局限性：動(dòng)物生理與人體生理的差異性,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)具有局限性人的個(gè)體差異性,需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),耗費(fèi)大量人力物力設(shè)備和技術(shù)的限制倫理道德的約束,有些實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行在體實(shí)驗(yàn)已建的模型Goldstein等人建立了多分支的心血管系統(tǒng)模型并研究了呼吸對(duì)心血管系統(tǒng)循環(huán)的影響Tsuruta等人仿真了藥物對(duì)心衰的影響Ursino等人研究了壓力感受器對(duì)心血管的影響Arts等人應(yīng)用適應(yīng)性規(guī)則,建立了一個(gè)能夠用于仿真病理和預(yù)測(cè)療效的模型。PhysbeModel心血管系統(tǒng)模型比較有代表性的還有Warner模型、Barnea等人建立的閉環(huán)模型、Witzig提出的分布式參數(shù)模型。局限性：血液循環(huán)系統(tǒng)的模型中,除心室部位外,大多數(shù)是參數(shù)不變的線性模型,且是在動(dòng)脈血管是剛性管的假設(shè)下進(jìn)行的

R.Bayer建立了一個(gè)較為完善的、非線性的心血管系統(tǒng)模型。其冠脈循環(huán)模型是一個(gè)3層分支結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模型,從而能深入認(rèn)識(shí)并模擬心肌內(nèi)層血管血流所涉及的生理機(jī)制。在心臟復(fù)蘇的研究中有Babbs、CharlesF等人的心肺交互模型,研究了外力干涉,即腹部胸部按壓下,心血管系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)。上述模型的局限性：著重描述了人體的心臟功能,而缺乏對(duì)血管系統(tǒng)的詳細(xì)描述和研究,尤其是受到建模方法的限制,模型往往難以擴(kuò)展

.鍵合圖（PowerBondGraphMethod）是一種系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法，它以圖形方法來表示、描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)字仿真時(shí)有效的建模工具。

優(yōu)點(diǎn):(1)模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明,包含信息量大,可以直觀地揭示組成系統(tǒng)各元件間的相互作用及能量轉(zhuǎn)化關(guān)系;(2)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與狀態(tài)方程間存在著嚴(yán)格的邏輯一致性,可以根據(jù)系統(tǒng)的鍵合圖有規(guī)律地推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型,得到標(biāo)準(zhǔn)形式的狀態(tài)方程.

心臟的泵模型瓣膜模型血管系統(tǒng)模型耦合

心臟的泵模型

經(jīng)臨床檢驗(yàn)證實(shí)是一個(gè)有效的模型。舒張期、心室壓力和容積成指數(shù)關(guān)系:P(t)=a·[exp(Ds·V(t))-1]+P0.收縮期P(t)=E(t)·[V(t)-Vd]+R(t)dVdt.

瓣膜模型

心臟和血管間的瓣膜起著防止血管中的血液倒流回心臟的功能,在模型中將其簡(jiǎn)化為流阻,當(dāng)心臟射血時(shí),瓣膜開放,流阻為零;當(dāng)心室壓力低于動(dòng)脈壓力、瓣膜關(guān)閉時(shí),流阻為無窮大.同時(shí)假設(shè)瓣膜的開放瞬間完成.血管系統(tǒng)

模型耦合

仿真結(jié)果

每個(gè)心動(dòng)周期系統(tǒng)各部分的壓力波P血流量波Q收縮壓SBP舒張壓DBP脈壓PP每搏輸出量SV心輸出量CO射血分?jǐn)?shù)EF左心室收縮末期容量LVESV左心室舒張末期容量LVEDV動(dòng)脈粥樣硬化的仿真futureworkPerformingasignalanalysisoverthenumericalresults,tocorrelateharmoniccontentswiththenormalandpathologicalstates.Changingparameters,whichalsoallowstotestthemodelrobustness.Addingmorevesselsandnon-linearcharacteristicstothem,toexploreregionalcirculationfeaturesandrepresentsystemdynamicsmoreaccurately.Introducingcompartmentsofotherdomains,ext