基于Visual Basic的windkessel模型参数估计

在Visual Basic语言中应用龙格–库塔算法编写程序,求解windkessel模型的数值解,对其参数进行可视化估计。心血管模型的研究对研发血流参数无创检测仪等医疗仪器具有重要的指导意义。

开窗技术与平行支架技术治疗主动脉弓部病变的血流动力学研究

目的研究胸主动脉腔内修复术中开窗技术与平行支架技术对主动脉弓及弓上血管的血流动力学影响,并对比不同术式的差异。方法研究4例采用不同术式(开窗技术、烟囱技术和潜望镜技术)重建弓上分支的主动脉弓部病变患者,通过随访影像数据建立三维几何模型。将二维相位对比磁共振成像测量的血流量作为升主动脉入口和弓上血管出口的边界条件。使用3单元Windkessel模型获得降主动脉出口的压力波形作为边界条件。通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真获得弓上血管压力、分支支架入口速度矢量以及相对滞留时间等血流动力学参数。结果潜望镜支架的压力变化最大,其次是开窗支架,烟囱支架的压力变化最小。开窗支架和潜望镜支架的入口流速不均匀,容易形成涡流,烟囱支架入口流速均匀。开窗支架外壁远心侧、“沟槽”部位、烟囱支架和潜望镜支架与血管壁贴合处相对滞留时间偏大。结论开窗支架和潜望镜支架内外壁压差较大,建议使用球扩支架。烟囱支架内外壁压差较小,建议使用自膨支架。本文预测的术后血栓形成位置与临床随访数据较为一致,故有可能用于主动脉弓部病变介入治疗的手术规划和风险评估。

天麻素对动脉血管顺应性以及血流动力学的影响

本文旨在研究天麻素对动脉血管顺应性和血流动力学等的作用。采用改良风箱模型来计算动脉血管的顺应性和血管中血流惯性。在静脉注射天麻素前后,分别记录和计算出狗的血压,心输出量,外周阻力,血流惯性以及中央和外周动脉血管的顺应性。结果表明天麻素具有降低血压和外周血管阻力,增加动脉血管中血流惯性,以及中央和外周动脉血管的顺应性等作用。因此,天麻素是一种有效的能够改善由血管顺应性下降所致的高血压——老年性高血压的中药。

虚拟心脏介入手术系统的血流模拟

虚拟心脏介入手术系统的血流效果模拟是系统中模型模拟的关键。实时而准确的血液流动效果增强了虚拟手术系统的真实感。在分析心血管内的血液流动物理模型的基础上,结合弹性腔模型,采用了改进的粒子系统方法,建立和实现了新的虚拟心脏介入手术系统的血流模型,满足了心脏介入系统的实时性和真实感要求。

天麻素对麻醉狗动脉血管顺应性和血流动力学的作用

为了探讨天麻素对动脉顺应性和血液动力学的影响，采用改良风箱模型计算了中央和外周动脉血管的顺应性以及血流惯性等血管和循环的力学参数。在静脉麻醉下，先测定计算１１条狗的血压、心输出量、外周阻力、血流惯性、中央和外周动脉顺应性，作为对照。然后静脉注射天麻素（１００ｍｇ／ｋｇ），观测药物对上述参数的影响。通过用药前后的对比ｔ－检验得出以下结果：天麻素有降低血压（Ｐ＜０．０１）和降低外周阻力（Ｐ＜０．００８）、增加中央（Ｐ＜０．０１２）和外周动脉）顺应性（Ｐ＜０．０１）以及增加动脉内血流惯性（Ｐ＝０．０１４）的作用。与其他扩血管药物相比，天麻素是一种温和的降血压药，其增加中央动脉顺应性的作用较强，且该药降收缩压比对降舒张压作用明显。

融合弹性腔与弹性管模型的上肢血管系统建模仿真

针对弹性管模型适用于模拟大中型动脉血管,不适用于模拟微小型动脉血管问题,对人体上肢血管系统建立一种弹性管与弹性腔融合模型,从而提高其模型的精度.首先分别在肱-桡动脉段建立弹性管模型,在桡-指动脉段建立弹性腔模型;然后在两模型的接触面处应用血管压力和血液流量的连续性原理,建立二者联系,导出融合模型;最后对比分析弹性管模型和弹性管与弹性腔融合模型的仿真性能.在PRD,H1,H2,t1和t 2评价指标下,弹性管与弹性腔融合模型(PRD:(4.0±2.0)%;t1:(2.5±1.7)%;t2:(3.1±1.9)%;H1:(1.9±2.1)%;H2:(1.3±1.3)%)的仿真波形和实测波形误差均低于弹性管模型(PRD:(16.5±8.3)%;t1:(3.4±2.4)%;t2:(4.5±3.7)%;H1:(22.1±14.9)%;H2:(19.7±15.3)%).结果表明,弹性管与弹性腔融合模型能够更精确地模拟人体上肢血管系统的生理状态.

叶轮血泵及其体外模拟试验

提高血泵的使用寿命和防止血栓生成是人工心脏研制中的难题,因而研制了一种具有滚动轴承和洗涮系统的耐久性血泵.同时,为进一步研究血液动力学机制,制作了一套血液循环模型,测试了心室辅助装置的性能.试验结果表明,血泵的工作寿命得到延长,洗涮系统能防止血栓生成,血泵能满足临床生理所需的流量、压力要求,为进一步完善血泵和进行动物实验、临床应用提供依据.

模拟循环系统中的主动脉流间接测量

模拟循环系统主动脉内的流量波动很大,采用流量计直接测量受管道直径、管壁厚度、流量计量程等因素制约,不利于对不同研究对象进行模拟.文中提出一种利用压力信号间接测量主动脉流的方法.首先利用不同的Windkessel模型对模拟体循环系统进行建模,然后分别以主动脉压和动脉压作为输入变量和观测变量,利用扩展卡尔曼滤波器对模型参数和主动脉流进行联合估计.流量的估计精度采用均方根误差指标进行评估.结果表明,四元Windkessel模型可以很好地描述系统的动态性能并估计流量,为心血管装置的定量分析和测试提供了新的方法.

基于心血管系统低阶模型的无创血压仿真与实验研究

目的:为仿真心血管系统血流情况,进而预测人体生理病理状态,并为无创连续血压检测系统的开发提供基础理论支持,本文详细阐述了一种心血管系统低阶仿真模型的分析以及建立过程。方法:在Windkessel模型的基础上,将心血管动脉管道视为一腔室系统,结合弹性腔模型基本方程以及心脏搏动间歇流模型建立起这段血管的一阶Simulink仿真模型,然后通过多普勒仪和柯氏音法检测受试人员每搏输出量及血压的实际值,据此计算出对应的模型参数。结果:将不同的模型参数代入该模型,以仿真受试人员在不同生理状态下的血压,仿真结果与临床测量到的生理值基本一致。结论:模型具有一定的实用性,能够模拟心血管系统血流情况,仿真不同生理情况下的心血管功能,后续工作可在此基础上展开。

基于ARM的无创心血管功能检测系统(英文)

研发了一种智能化的无创心血管参数诊断系统.该系统应用动脉弹性腔模型和血液动力学理论,可以对10个重要的心血管参数进行测量.采用了基于ARM的嵌入式系统技术,克服了目前其他同类仪器体积大、测量参数单一等缺点.详细介绍了系统的硬件构成与软件流程.为了验证系统的性能,该系统在30个人中进行了初步实验.结果证明,该仪器具有良好的准确性和稳定性,与参考仪器测量结果的相关系数可达到0.95,重复性误差最大为2.36%,所获得的参数能较好地评价心血管功能状况,系统可运用于临床诊断和家庭健康监护.

外周阻力的测量与临床研究

目的:研究外周阻力与脉搏波之间的关系及其外周阻力在临床中的应用。方法:利用脉搏波理论和弹性腔模型提出一种便捷易行的外周阻力算法。采用临床中测试高血压患者125人和健康者125人对外周阻力与血压进行相关性分析。结果:通过大量病例分析和临床测试证实了算法的有效性和可靠性,而且此算法已经应用LabVIEW7.0开发成软件并在医院进行临床应用。结论:外周阻力能帮助人们了解自己的动脉硬化情况,随时提醒人们注意身体状况,减少疾病的发生,同时也能够为医生判断病人的心血管系统疾病提供重要的参考指标。

人体上肢血管系统建模及仿真

为了探讨人体动脉脉搏波中所蕴涵的血流动力学信息,从而预测人体生理病理状态。根据Windkessel模型理论,将血管等效为许多小的串联的弹性管道的模型,建立了一个上肢血管系统的电网络模型。采用Matlab中的Simulink/Simpowersystem模块构建该上肢电网络模型进行仿真试验,对动脉脉搏波进行动态模拟。鉴于高血压和动脉硬化等疾病主要体现在心血管动力学参数的变化上,分析研究了血流动力学参数中外周阻力和血管顺应性对脉搏波的影响。仿真结果与生理实际系统相符,表明该模型具有一定的实用性和有效性。

动脉阻抗及其顺应性研究

在Windkessel动脉血流模型的理论基础上,对人体血管的阻抗和顺应性的计算进行了有益探索。在建立了可行的实验物理装置的基础上,利用LABVIEW软件绘出了实验曲线。经过理论分析和数据分析,得出了正确的阻抗和顺应性的值。最后提出了新的实验方向。

体位对桡动脉脉搏波影响的量化分析

目的揭示和量化分析体位变化对男性和女性桡动脉脉搏波的影响。方法选择20名健康学生,采用双路脉搏信号采集设备,分别测量受试者在0度、45度、90度倾斜床上的桡动脉脉搏波,并计算其基本的血流动力学参数和相应的双弹性腔模型参数。采用配对t检验分析比较了不同体位下男性和女性的血流动力学参数。结果随着体位的升高(即受试者随倾斜床坐0度到45度再到90度的变化)男性和女性的心率(HR)和心内膜下心肌活力率(SEVR)均显著变大(P<0.05);男性和女性的桡动脉下降时间(T_(down))显著减小(P<0.05);其他血流动力学参数随体位变化不显著(P>0.05);随着体位的升高男性和女性的主动脉顺应性(C_1)和腹主动脉顺应性(C_2)变小、外周阻力(R)变大。男性和女性的HR、R、u-L_(ratio)具有统计学差异(P<0.05);男性和女性的K值、T_(up)、T_(down)、T_(LVET)、LM-P_(ratio)、d AI、SEVR、u-d_(ratio)、C_1、C_2没有统计学差异(P>0.05)。结论体位变化对桡动脉脉搏波存在明显影响,且对男性和女性血流动力学参数的影响有差异,应引起临床重视。

兔动脉粥样硬化模型的血流动力学参数测定

取新西兰雄性白兔,用合成饲料进行高脂喂养。自5周起,分批测定主动脉根部的血压和流量,测定至11周结束。另取健康常规喂养兔子以相同方法测定,作为正常对照组。测定后剥离自颈动脉至股动脉的动脉树,进行组织学检查。按动脉粥样硬化分级标准,取1～2级为轻度硬化组,3～4级作为重度硬化组,对动脉零压顺应性C_0和特征阻抗Zc进行统计。结果:1.正常组C_0=0.089±0.011;轻度硬化组C_0=0.054±0.013;重度硬化组C_0=0.040±0.014。轻度硬化组与对照组之间有极显著性差异(P<0.01),重度硬组与轻度硬化组之间有显著性差异(P<0.05)。2.正常组Zc=1.64±0.49;轻度硬化组Zc=2.36±0.68;重度硬化组Zc=2.94±0.87;各硬化组均与正常组之间有显著性差异(P<0.05),但二硬化组之间无差异。

复外周阻力弹性腔模型——活体动脉顺应性测量的重新讨论

因为与细小动脉和毛细血管内血液总和流动近似为定常流的已知基本实验观察事实矛盾,动脉系统的弹性腔模型理论的传统的描述方程,和在此基础上推导的动脉顺应性C的传统活体检测的计算方法都是错误的。因此,本研究引入复数型外周阻力R_μ+jwL_μ取代传统的实数型外周阻力R,用于描述入口为脉动压力波、流量波,出口为近似定常流的血管床复数型外周阻力弹性腔模型,导出了新的弹性腔模型的微分方程。本研究对新方程略作简化,建立一种基于最小二乘法的动脉顺应性C(p)的新的活体测量计算方法,并推导了简化的顺应性的近似计算公式,讨论了在相应的特定条件下与传统模型动脉顺应性的计算公式的差别。

应用于血管顺应性评估的高阶Windkessel模型研究

本研究提出了五阶Windkessel心血管弹性腔模型的构建方法,给出了该模型完整的数学求解过程,基于舒张期脉搏波形分析方法,进行模型参数的数学推导,从而得到动脉顺应性、血流惯性以及外周阻力等参数计算值。本研究采用仿真技术评估了高阶Windkessel模型的效果:用模型计算所得的参数R、C和L建立仿真电路,将左心室每搏输出血量作为模型输入,应用仿真软件得到电路末端波形信号,并估计其与实测脉搏波形的一致程度。结果表明,高阶Windkessel模型在脉搏波拟合效果上优于三阶Windkessel模型,而且稳定性良好,更好地表征了微血管在循环系统中的作用。

基于血管弹性腔模型的脉搏波发生器的现场可编程门阵列设计与实现

脉搏波中包含着人体心血管系统的生理和病理信息,已有的脉搏波检测设备对心血管疾病的临床诊断与治疗有很大帮助。为实现对脉搏波检测设备性能指标的测试,需要获得准确的波形;然而,现有的信号发生器不能提供精确对应多种生理、病理状态的脉搏波输入信号。本文基于弹性腔理论设计了一种脉搏波发生器,对心血管系统进行建模,得到四种不同阻力条件下波形输出,同时添加噪声选择、设置信噪比(SNR)等功能。由于需要系统具有便携、动态响应好、可扩展性强、低功耗等特点,所以本文采用了现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件开发平台,在可编程片上系统(SOPC)开发流程下,完成了脉搏波生成算法设计、外围存储器及用户接口控制。通过液晶屏和触摸屏,用户可通过输入关键参数设定想要的脉搏波,在液晶屏上显示波形,同时输出低电压电压模拟信号。本文设计的脉搏波发生器结构简单,为脉搏波的教学与科研以及采集与诊断设备的检测提供了解决方案。

下肢截肢水平对主动脉血流动力学影响的数值研究

已有研究发现,下肢截肢患者心血管疾病发病率显著高于正常人,但少有学者从血流动力学角度研究下肢截肢与心血管疾病之间的关系。本文采用数值仿真,通过改变外周阻抗和电容模拟不同截肢水平,研究截肢对主动脉血流动力学环境的影响。结果发现,截肢后主动脉血压升高,肾下腹主动脉时均壁面切应力降低,且左右侧壁振荡剪切指数呈不对称分布;截肢侧髂动脉时均壁面切应力降低且振荡剪切指数增大;同时随截肢水平提高,上述变化更加显著,增加了截肢者患动脉粥样硬化与腹主动脉瘤的风险。本文初步揭示了下肢截肢对心血管疾病的影响规律,为截肢后康复训练设计与心血管疾病治疗方案优化提供理论指导。