心臟動態(tài)建模仿真與模擬裝置研究.pdf

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

2、內外，除了一些在醫(yī)學和電學領域中常規(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)理論對心臟機理和特性研究的報道。本論文是基于此背景展開工作的，所做的研究希望為醫(yī)學的輔助教學及臨床教學提供參考，也為心臟及其相關領域的研究提供新的參考方案。
　　本論文提出了一種關于心臟的全新建模方法。將心臟視為一個單純的液壓泵和相應的開關閥組合，用基于AMESim的軟件平臺建立了一個心臟-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在模型中。對所建立的新模型進行仿真，得到了十分有意義的生理學上的重要信息。仿真結果驗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。
　　本論文另一項任務是探索一種在計算機中對心臟進行動態(tài)建模和流場計算的方法。本論文使用美國紐約大學的“虛擬心臟”文件構建心臟靜態(tài)模型，選用ICEM CFD作為網格劃分工具，在Fluent環(huán)境

4、中建立動態(tài)模型并進行仿真分析。重點詮釋了心動周期中心室的運動規(guī)律，并且參考了人體心臟的心肌結構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算的過程，形成了完整的問題解決思路，并積累了各個步驟中的操作經驗。心臟的CFD計算驗證了新的建模方法的可行性和正確性。
　　最后，本論文設計了一種心臟模擬實驗裝置，主要完成了機械設計以及實物加工制作和軟件控制系統(tǒng)的搭建。該模擬實驗裝置直接對血液流路進行模擬，更能逼近測試系統(tǒng)