心血管系統(tǒng)動力學(xué)原理、建模與仿真應(yīng)用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 心血管系統(tǒng)動力學(xué)研究的目的和意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 心血管系統(tǒng)研究簡史 2
1.2.2 心血管系統(tǒng)模型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6
1.2.3 心血管系統(tǒng)動力學(xué)模型應(yīng)用的研究現(xiàn)狀 10
1.3 心血管系統(tǒng)建模存在的問題 12
1.4 本書的主要內(nèi)容 13
參考文獻(xiàn) 13
第2章 心血管系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)和血流動力學(xué)原理 21
2.1 心血管系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu) 21
2.1.1 心臟 22
2.1.2 血管 23
2.1.3 血液 26
2.2 血壓和脈搏波的傳播 27
2.2.1 血壓和脈搏波傳播的特點(diǎn) 27
2.2.2 壓力波的一維波動方程及其解 30
2.2.3 血液流動時波的傳播 33
2.2.4 波在血管分支處的傳播和反射 33
2.3 血流動力學(xué) 35
2.3.1 血流特性 35
2.3.2 不同位置的血流特性 36
參考文獻(xiàn) 38
第3章 心血管系統(tǒng)的集總參數(shù)模型的建立與仿真 39
3.1 集總參數(shù)模型的提出 39
3.2 動脈段的集總參數(shù)及其與電學(xué)量的類比關(guān)系 40
3.2.1 電流與血液體積流量的類比關(guān)系 40
3.2.2 電壓與血液壓力差的類比關(guān)系 41
3.2.3 電阻與黏性阻力的類比關(guān)系 41
3.2.4 電容與動脈順應(yīng)性的類比關(guān)系 42
3.2.5 電感與血液流動慣量的類比關(guān)系 43
3.2.6 電阻抗與血液阻抗的類比關(guān)系 44
3.3 動脈集總參數(shù)模型分類 45
3.3.1 高度集總參數(shù)電網(wǎng)絡(luò)模型 47
3.3.2 精細(xì)集總參數(shù)電網(wǎng)絡(luò)模型 50
3.3.3 閉環(huán)集總參數(shù)電網(wǎng)絡(luò)模型 52
3.4 上肢動脈的集總參數(shù)電網(wǎng)模型仿真 58
3.4.1 上肢動脈的三段式電網(wǎng)絡(luò)模型的建立 58
3.4.2 模型的狀態(tài)空間分析法求解 59
3.4.3 基于Simulink/SimPowerSystems的模型求解與仿真 60
3.4.4 分析與討論 61
3.5 本章小結(jié) 64
參考文獻(xiàn) 65
第4章 人體動脈樹的傳輸線模型的建立與仿真 66
4.1 人體動脈樹的55段簡化模型 66
4.2 55段簡化模型的電網(wǎng)絡(luò)傳輸線模型 69
4.2.1 模型I 69
4.2.2 模型II 71
4.3 模型的輸入阻抗遞歸計(jì)算及參數(shù)分析 73
4.3.1 輸入阻抗的遞歸算法 73
4.3.2 正常情況下動脈樹的輸入阻抗 74
4.3.3 動脈順應(yīng)性和外周阻力對動脈樹輸入阻抗的影響 75
4.3.4 動脈幾何參數(shù)對輸入阻抗的影響 76
4.3.5 分析與討論 77
4.4 模型中脈搏波傳播的求解與仿真 78
4.4.1 模型的輸入 78
4.4.2 正常動脈樹中各點(diǎn)血壓和血流量波形的計(jì)算 79
4.4.3 身高對脈搏波的影響 80
4.4.4 心率對脈搏波的影響 80
4.4.5 每搏輸出量對脈搏波的影響 81
4.4.6 動脈內(nèi)徑對脈搏波的影響 81
4.4.7 動脈壁厚對脈搏波的影響 82
4.4.8 分析與討論 83
4.5 本章小結(jié) 83
參考文獻(xiàn) 83
第5章 基于“T-tube”模型的中心動脈脈搏波無創(chuàng)雙通道盲辨識 85
5.1 引言 85
5.2 多通道盲辨識算法 86
5.3 雙通道FIR模型的建立 87
5.3.1 心血管系統(tǒng)“T-tube”模型 87
5.3.2 脈搏波傳導(dǎo)的FIR特性 89
5.4 MBSI算法設(shè)計(jì)與仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證 93
5.5 結(jié)論 96
參考文獻(xiàn) 96
第6章 基于Simulink的閉環(huán)心血管系統(tǒng)的集總參數(shù)模型仿真 98
6.1 集總參數(shù)模型的建模原理 98
6.1.1 動脈血管網(wǎng)絡(luò)的電參數(shù)模型 98
6.1.2 心臟的電參數(shù)建模 99
6.2 電參數(shù)模型的描述 101
6.2.1 基于SimscapeTM的時變電容C(t)仿真模型 101
6.2.2 基于SimscapeTM的人體全身心血管系統(tǒng)的電參數(shù)模型 105
6.3 仿真結(jié)果和討論 109
6.3.1 心室及軀干主要動脈血管的血壓研究 109
6.3.2 動脈狹窄對心血管系統(tǒng)的影響 110
參考文獻(xiàn) 112
第7章 基于傳輸線模型的動脈硬化與狹窄診斷研究 114
7.1 動脈硬化參數(shù)的計(jì)算與仿真分析 114
7.1.1 動脈硬化指數(shù) 114
7.1.2 脈搏波傳播波速 115
7.1.3 大動脈順應(yīng)性和小動脈順應(yīng)性 116
7.1.4 動脈硬化的仿真分析 119
7.2 動脈狹窄參數(shù)的計(jì)算與仿真分析 122
7.2.1 踝臂指數(shù)的計(jì)算 122
7.2.2 動脈狹窄的仿真分析 123
7.3 基于輸入阻抗和支持向量機(jī)的動脈狹窄預(yù)測 131
7.3.1 仿真數(shù)據(jù)庫的建立 131
7.3.2 支持向量機(jī)的分類原理 131
7.3.3 N次交叉驗(yàn)證方法 132
7.3.4 預(yù)測準(zhǔn)確率的評價方法 132
7.3.5 計(jì)算結(jié)果 133
7.3.6 討論 135
7.4 基于傳遞函數(shù)和支持向量機(jī)的動脈狹窄預(yù)測 135
7.4.1 傳遞函數(shù)的計(jì)算 135
7.4.2 動脈狹窄對傳遞函數(shù)的影響 136
7.4.3 仿真數(shù)據(jù)庫的建立及預(yù)測方法 141
7.4.4 結(jié)果及討論 141
7.5 基于傳遞函數(shù)和支持向量機(jī)的動脈狹窄分段定位研究 144
7.5.1 仿真數(shù)據(jù)庫的建立 144
7.5.2 分段定位方法 144
7.5.3 結(jié)果與討論 145
7.6 本章小結(jié) 146
參考文獻(xiàn) 147
第8章 心率對心血管系統(tǒng)的影響及其血流動力學(xué)仿真研究 149
8.1 心率及其臨床價值與意義 149
8.2 心率對脈搏波速的影響的仿真研究 150
8.2.1 研究背景及意義 150
8.2.2 分形黏彈性動脈模型 151
8.2.3 模型的輸入 153
8.2.4 脈搏波速的計(jì)算方法 154
8.2.5 仿真結(jié)果與討論 155
8.2.6 討論 158
8.2.7 結(jié)論 161
8.3 心率對反射系數(shù)的影響仿真研究 161
8.3.1 研究背景及意義 161
8.3.2 RM和RI的計(jì)算 162
8.3.3 反射系數(shù)的計(jì)算 163
8.3.4 心率和動脈黏彈性對波反射的影響結(jié)果 163
8.3.5 心率和動脈黏彈性對波反射的影響的討論 169
8.4 本章小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 170
致謝 175