|
多元非线性人体循环呼吸系统模型及其应用 |
| |
|
性而加入的修正项，在等效电路中用RVn表示；图中pE表示各血管段所受外加压力. Rn，Ln及Cn分别表示第n段血管的等效流阻、等效流感及血管顺应性，其值可由下面各式求出： 式中：ρ为血液密度，rn为血管半径，ln为血管长度，hn为管壁厚度，μ是粘滞系数，E是管壁的弹性模量，Vn为血管容积，Vn0是血管内外跨壁压为0时该血管段的容积. pGn表示由重力引起的血流静力学压强，其值可由下式计算：
pGn=ρGzlncosθn
其中Gzlncosθn表示整个加速度沿血管长度ln方向的分量(Fig 1).
为仿真研究囊式抗荷系统的抗荷效果，论文按照人体解剖结构及大覆盖面积抗荷服的作用部位对腹部、腿部各血管单元的分段进行了重新划分，尤其对腿部各单元的分段进行了细化. 扩展后的血管系统包含34段动脉及相应分支的静脉，动、静脉间由18个集总的外周循环单元相连接，其中腿部动、静脉血管均被细分为14段.
1.3 多元非线性肺循环模型
1.3.1 肺循环建模过程中的主要考虑 ①肺B2垦艿姆植悖河捎诹魈寰惭沟淖饔茫谥绷⑻逦幌拢臃蔚撞恐练味ゲ浚骷负醭氏咝约跎? 重力是造成肺内血流非均匀分布的重要原因. 若肺底与肺顶间的垂直距离为30 cm，则肺底部血管内的静水压比肺顶部者约高出3 kPa［1］. 考虑到肺的解剖结构及各向同性性质，为了反映在重力作用下肺循环所受的影响，建模时我们将肺功能性地分为结构相似的三层，每一层均包括肺动脉、肺毛细血管、肺静脉.取人体肺的长度为30 cm［1,6］，则每层肺血管的长度均为肺总长的三分之一，即10 cm；上、中、下三层分别表示肺尖部、肺中部及肺底部的血液循环，每层肺内的动、静脉血管均受到重力产生的压力源的作用，压力源的大小与血管长度、重力的大小及其作用方向有关，如Fig 2 (a，b)所示.
②呼吸对各级肺血管的影响：肺部血管可分为“肺泡血管”和“肺泡外血管”两部分，以分别描述呼吸时肺循环受到的影响. “肺泡血管”主要指肺毛细血管，与肺泡间仅有一层薄的上皮细胞，其膨胀或塌陷取决于其内压力与肺泡压之差. “肺泡外血管”主要指比较大的分配血管与容量血管，即肺动脉和肺静脉，这些血管穿行于肺实质中，其血管压力及阻抗受肺实质的影响. 肺部扩张时，它们亦被拉伸扩张，从而改变肺血管口径和长度，导致血管容量的变化［1］. 在建模过程中，我们将“肺泡外血管”的特点用肺动、静脉顺应性的非线性来表示，所采用的肺静脉等效顺应性Cpv与跨肺压ptp的关系为：
式中：ptp0为平静呼吸时呼气末的跨肺压；Cpv0为肺静脉等效顺应性在跨肺压为ptp0时的值，α，β为顺应性的变化幅度，b为顺应性随压力的变化指数.
③肺泡压对肺循环血流的影响：“肺泡血管”即肺毛细血管的膨胀或塌陷取决于其内压力与肺泡压之差. 由于肺循环压力较低，且在流经肺毛细血管网时存在压降，导致肺静脉压力更低，可低于肺泡压. 当肺泡压palv在肺内相等，而血管内压随位置而异时，跨壁压亦不相同，这在肺中有可能导致三种情况［1］：第Ⅰ种：肺动脉压pa较小，若pa<palv，则毛细血管可能塌
陷，该区域只有通气，无血液流经，被称为肺泡区死腔；第Ⅱ种：当肺泡压在肺动、静脉压力之间时，肺血流大小就取决于肺动脉压与肺泡压之差，故血液流量随垂直位置的下降而增大；第Ⅲ种：pa和肺静脉压pv均大于palv，血液在动、静脉压差的驱动下流动.
1.3.2 多元非线性人体肺循环模型 由于肺循环穿行于肺脏这一特殊的生理器官内部，肺部的活动对肺血管具有显著的影响，且影响因素极为复杂，往往存在正负交织的几种作用，因此对其建立分段模型的工作是比较困难的. 我们在建模过程中，主要考虑了上节介绍的影响肺循环血流分布的主要的、且已基本达成共识的因素，将人体肺循环按其解剖结构分为三层，每层均由肺动脉、肺静脉及肺毛细血管网构成，其等效电路模型如Fig 2所示.
Rpa，Lpa，Cpa分别为各级肺动脉的流阻、流感及非线性血管顺应性；Rpv，Lpv，Cpv分别为各级肺静脉的流阻、流感及非线性血管顺应性；Rpp表示肺毛细血管的血流阻力；pIT代表胸内压；pGa，pGv代表由重力引起的沿肺动、静脉方向产生的流体压降，其表达式与体循环的基本相同. 肺动脉根部有肺动脉瓣，可防止血液倒流，在模型中由通路1，2模拟.
肺毛细血管网的结构及影响因素非常复杂，但在整个肺循环过程中是产生压力降的主要部分，因此，模型中将每层肺循环的肺毛细血管网等效为一血流阻抗，加入肺泡压对毛细血管血流的影响，并在静脉血管模型中将肺毛细血管网的某些主要变化及影响因素(如上一页 [1] [2] [3] [4] 下一页
上一个医学论文： 核医学在呼吸系统中的应用
下一个医学论文： 基于人工神经网络的肺癌诊断研究
|
|
|
|
|
|
|
您现在的位置： 绿色健康网 >> 医学论文 >> 内科论文 >> 正文