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。

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。

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。

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.

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。

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。

基于ARM的便携式心血管无创检测系统

根据脉搏波信号和修正了的弹性腔分室网络模型,设计和开发了基于ARM的便携式心血管无创检测系统。介绍了传感器设计中温度补偿、信号调理、键盘以及电源管理等几个关键的问题。

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.

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。

基于双弹性腔模型与整心动周期脉搏波的血流动力学参数估计

为了对心脏疾病的诊断和治疗提供指导,同时也为进行心脏辅助装置的设计及评价提供有利的工具,提出了基于双弹性腔模型和整心动周期脉搏波的血流动力学参数估计方法,运用非线性最小二乘Levenberg-Marqurdt算法对实测脉搏波数据进行参数估计得到动脉系统的模型参数,即人体的血流动力学参数(包括外周阻力、动脉顺应性和血流惯性).利用MATLAB/Simulink工具结合图形用户界面(graphical user interface,GUI)建立的左心与动脉系统耦合的动力学电路模型得到的仿真结果与人体实测脉搏波数据进行对比分析,验证了模型参数估计的有效性.用该方法估计的参数结果符合生理参数范围,且效果优于传统的舒张期估计方法,其中主动脉顺应性参数的估计结果误差降低了50%,参数带入模型得到的仿真结果与实测脉搏波之间的误差也降低了20%左右.

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。

高盐、吸霾大鼠颈动脉的血流动力学分析

背景许多流行病学研究表明,高盐以及吸霾的程度与在高血压患者的相关度较高,尤其表现在动脉粥样硬化疾病方面。本研究的目的是研究高盐以及吸霾对大鼠颈动脉的血流动力学分析。方法针对7周盐敏感大鼠,设置3个对照组:分别喂养低盐饲料、高盐饲料以及高盐饲料(喂养饲料的同时吸霾四周,其中吸霾主要以Zn金属颗粒为主)。3组大鼠(每组6只)喂养7周后至14周周龄,分别记录大鼠颈动脉的压力和流速,同时测量心电图。此外,将颈动脉冲压至100 mmHg,拉长至在体长度用多聚甲醛固定,进而利用共聚焦显微镜观察颈动脉的血管壁壁厚以及胶原纤维的排列。取得数据后,用Windkessel模型对颈动脉进行血流动力学分析。结果高盐吸霾组对比高盐组,高盐组对比低盐组的颈动脉收缩压、舒张压以及平均动脉压升高,颈动脉壁管壁增厚变硬,计算可得动脉顺应性降低。但对比低盐组,高盐组的颈动脉血流均值降低,但高盐吸霾组的血流均值升高。此外,心率对全身和局部血流动力学和动脉硬度的影响可忽略不计。结论通过结果分析可以看到,盐敏感大鼠的平均动脉压、动脉顺应性以及血管硬度受到吸霾的影响大于高盐。其中高盐吸霾组的血管管壁最厚,并且胶原纤维组织成分增加最明显。针对颈动脉血流,期望增加一个低盐吸霾组别进一步对比研究颈动脉血流的变化。

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。

硝普钠对动物血管力学参数的影响(英文)

有研究表明硝普钠具有增加动脉顺应性的趋势和降低外周阻力的作用,但是硝普钠对血管中血流惯性的影响却不统一。本文以Coldwyn等建立的动脉系改良风箱力学模型为主要研究方法对动物动脉血管顺应性(包括中央和外周顺应性),血流惯性和外周阻力等进行了研究,并建立了动脉系总阻抗的公式。然后评价硝普钠对总阻抗的影响以及总阻抗做为一种血管力学参数的灵敏性。实验结果表明:硝普钠具有统计学意义地增加外周血管的顺应性(P<0.05);有增加中央动脉顺应性和血流惯性的趋性;并能降低外周阻力和动脉系总阻抗(P<0.05)。结果还表明动脉系总阻抗是一种灵敏度高的血管力学参数。因此,硝普钠能影响血管参数,对外周血管顺应性和血管总阻抗的作用尤其明显。

用示波法计算动脉顺应性的研究与实现

提出了一种运用示波法无创地检测动脉顺应性的方法.研究了弹性腔理论,并分析了弹性腔与示波法的结合.总结出一种用于计算动脉顺应性的方法同时介绍其在临床应用中的使用效果.与传统的水银血压计进行比较,得到收缩压(SBP)相关性为r=0.918 5(P<0.001),舒张压(DBP)相关性为r=0.899(P<0.001).与超声多普勒诊断仪诊断结论进行比较,得到相关性为r=-0.820 9(P<0.01).这证明血压参数与动脉顺应性诊断结果的有效性,说明动脉顺应性是心血管临床检查的一个重要生理指标.从而使示波法可以应用于更多的心血管参数的检测.