心臟動(dòng)態(tài)建模仿真與模擬裝置研究.pdf

1、在現(xiàn)代社會，心臟類疾病已經(jīng)日益成為人類健康的最主要威脅，顯著影響人類的生命質(zhì)量。因此，對心臟的研究受到了各國研究人員的廣泛關(guān)注，已成為醫(yī)學(xué)研究和教學(xué)的熱點(diǎn)之一。從本質(zhì)上而言，心臟是一種通過肺臟和機(jī)體維持供氧和血液循環(huán)的肌肉泵，是整個(gè)血液循環(huán)的動(dòng)力源。事實(shí)上，心臟的工作機(jī)理即泵血機(jī)制與液壓泵相近似，可以用液壓系統(tǒng)理論來解釋，這比用純粹的生理學(xué)和醫(yī)學(xué)知識來解釋更具有物理意義，也比用電學(xué)知識闡述要簡單直觀。現(xiàn)今液壓系統(tǒng)理論發(fā)展比較成熟，而在國

2、內(nèi)外，除了一些在醫(yī)學(xué)和電學(xué)領(lǐng)域中常規(guī)的心臟系統(tǒng)建模的研究外，目前尚未見到用液壓系統(tǒng)理論對心臟機(jī)理和特性研究的報(bào)道。本論文是基于此背景展開工作的，所做的研究希望為醫(yī)學(xué)的輔助教學(xué)及臨床教學(xué)提供參考，也為心臟及其相關(guān)領(lǐng)域的研究提供新的參考方案。
　　本論文提出了一種關(guān)于心臟的全新建模方法。將心臟視為一個(gè)單純的液壓泵和相應(yīng)的開關(guān)閥組合，用基于AMESim的軟件平臺建立了一個(gè)心臟-肺循環(huán)-體循環(huán)(heart-systemic-pulmona

3、ry，HSP)的人體心血管系統(tǒng)整體模型，并將心臟“beat-to-beat”的間歇泵血過程表現(xiàn)在模型中。對所建立的新模型進(jìn)行仿真，得到了十分有意義的生理學(xué)上的重要信息。仿真結(jié)果驗(yàn)證了這種新的建模方法的可行性。建模方式較為新穎，目前還鮮有涉及。
　　本論文另一項(xiàng)任務(wù)是探索一種在計(jì)算機(jī)中對心臟進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模和流場計(jì)算的方法。本論文使用美國紐約大學(xué)的“虛擬心臟”文件構(gòu)建心臟靜態(tài)模型，選用ICEM CFD作為網(wǎng)格劃分工具，在Fluent環(huán)境

4、中建立動(dòng)態(tài)模型并進(jìn)行仿真分析。重點(diǎn)詮釋了心動(dòng)周期中心室的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且參考了人體心臟的心肌結(jié)構(gòu)來間接了解人體心臟的形變方式。完成了從最初靜態(tài)模型建立到最終流場計(jì)算的過程，形成了完整的問題解決思路，并積累了各個(gè)步驟中的操作經(jīng)驗(yàn)。心臟的CFD計(jì)算驗(yàn)證了新的建模方法的可行性和正確性。
　　最后，本論文設(shè)計(jì)了一種心臟模擬實(shí)驗(yàn)裝置，主要完成了機(jī)械設(shè)計(jì)以及實(shí)物加工制作和軟件控制系統(tǒng)的搭建。該模擬實(shí)驗(yàn)裝置直接對血液流路進(jìn)行模擬，更能逼近測試系統(tǒng)