功率键合图方法在多分支血液循环系统建模和仿
2016-08-09 01:12
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摘要：应用功率键合图方法，建立
摘要：应用功率键合图方法，建立了一种多分支血液循环系统的计算机仿真模型，即描述血液循环系统内血流动力学变量变化规律的状态方程。该仿真模型较为细致地刻画了血液循环系统的生理特性，形成了较完整的人体血液循环系统的计算机模型，此模型可模拟血液循环系统的生理和病理特性，得出相应的心血管动力学仿真数据和波形，为进行血液循环系统生理和病理的医学研究提供了新的研究手段。
关键词：血液循环系统 计算机仿真 功率键合图法
0 引 言 功率键合图法是一种系统动力学建模方法，它以图形方法来表示、描述系统动态结构，是对流体系统进行动态数字仿真时有效的建模工具。通过已有的研究工作表明，功率键合图方法可以较好地应用于生物流体系统仿真，特别是人体循环系统的建模和数字仿真[10]。 我们在以前的工作当中，建立了一个简化的血液循环系统模型[10]，验证了功率键合图法的可行性和有效性。键合图建模方法的优点是直观形象，便于获得状态空间方程，有利于数值化计算，避免了电模拟方法中推导状态方程困难的弱点 
。本文对血液循环系统进行了较细致和全面的划分，建立了一个包括动脉系统、静脉系统、心脏（左、右心室和心房）以及冠脉循环、外周循环的多分支血液循环系统仿真模型。 应用功率键合图方法对血液循环系统进行建模和仿真的基本规则是，(1)把血液循环系统的结构及各主要动态影响因素以图示模型形式，即功率键合图加以表示，(2)从功率键合图出发，建立系统的动态数学模型——状态空间方程，(3)在数字计算机上对状态方程进行求解。1 多分支血液循环系统模型的建立1.1 系统描述 血液循环系统模型如图１所示[4]。在心血管循环系统中，血液在心脏“泵”的作用下所进行的循环流动，可以看作是一种功率流的流动、传输、分配和转换的过程。血液在左右心室有节律地收缩作用下，被泵向人体的各个部分，其中包括：体循环区（血液由左心室经主动脉、大动脉、外周循环区和腔静脉，回到右心房），肺循环区（血液由右心室流经肺动脉和肺静脉到左心房。），腹部内循环，颈部和头部循环，以及冠脉循环等。在心房和心室、心室和主动脉之间存在着防止血液倒流的膜瓣，如二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣等。 
