基于多尺度建模的人體熱調(diào)節(jié)特性計算機模擬.pdf

1、血流和溫度信息是人體健康的重要指標(biāo)，隨著醫(yī)療、航空航天等行業(yè)的發(fā)展，人體基礎(chǔ)生理參數(shù)的測量、“人-機-環(huán)境”三要素下的人體熱舒適性已成為重要的研究課題。本文利用有限元方法，考察了指尖皮膚溫度波動與微血管運動的相關(guān)性。進一步在人手模型基礎(chǔ)上，建立多節(jié)段人體物理模型，耦合一維血流模型、傳熱模型和熱調(diào)節(jié)模型對人體全身的血流和熱調(diào)節(jié)機制進行了模擬。主要研究內(nèi)容包括以下兩個方面:
　　1.指尖皮膚溫度波動與微血管運動相關(guān)性的定量評價

2、　　基于多孔介質(zhì)有限元模型建立了孔隙度隨溫度變化的數(shù)學(xué)關(guān)系，分析了冷水刺激對側(cè)手皮膚溫度波動與孔隙度變化的關(guān)系。結(jié)果表明隨著組織孔隙度的變化，指尖皮膚溫度在冷水刺激時下降，而在冷水刺激結(jié)束后逐漸回升。通過小波分析提取內(nèi)皮調(diào)節(jié)頻段的溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)溫度波動幅值也在冷水刺激時減小，而在冷水刺激后逐步回升，這與實驗數(shù)據(jù)的分析結(jié)果是一致的。這有助于利用皮膚溫度信息對微血管的運動進行量化，實現(xiàn)對微血管健康的檢測。
　　2.多節(jié)段人體熱特性建模

3、及不同熱環(huán)境下熱調(diào)節(jié)分析
　　利用橢圓柱構(gòu)建6節(jié)段的三維人體模型，包括頭部、軀干與四肢。并根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)確定不同組織、重要器官的尺寸與位置，從而構(gòu)建全身六面體有限元網(wǎng)格模型。在耦合全身一維血流動力學(xué)模型、改進的生物傳熱模型基礎(chǔ)上，加入了人體熱調(diào)節(jié)的參數(shù)模型，該模型可以對皮膚血液灌注、出汗散熱和寒顫產(chǎn)熱進行量化評價。由此計算了人體在不同環(huán)境、不同著裝條件下的血流、溫度分布和熱調(diào)節(jié)活動變化。研究結(jié)果揭示了在不同環(huán)境，特別是極端環(huán)境條件下