文档介绍：血液循环系统的仿真
小组成员:张萌吴志勇
张明峥张春光
血液循环系统描述
人体的血液循环系统被抽象成7个区, 即左右心室、主动脉、主静脉、肺动脉、肺静脉和描述身体、头和四肢的“全身循环区”. 血液在左右心室有节律地收缩作用下, 被泵向体循环区和肺循环区.
在体循环区, 血液流经主动脉、全身循环区和主静脉, 回到心脏;
在肺循环区, 血液流经肺动脉和肺静脉回到心脏.
在心室和动脉、静脉和心室之间存在着防止血液倒流的膜瓣(如主动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣等).
仿真侧重点
血液动力学数字仿真模型可按其建模的侧重点分为强调局部特性和强调整体特性这两大类。
所谓强调局部特性的模型即指某一循环器官的局部模型或以局部为主的循环系统模型。例如, 冠脉循环模型、血管模型阁、心脏模型、肺循环模型等等。这类模型的特点是可较细致地描述所关心器官的血液动力学状况, 但较大程度地忽略了循环系统内部的相互作用及关联效应。
强调整体特性的循环系统动力学仿真模型则将血液循环做为一个闭合体系加以描述,强调了其内各器官间的相互耦合和相互作用以及循环系统与外部作用的整体性反应,但在各组成部分的特性描述上则引入了较多的简化条件。
因为血液是流体,可以应用流体力学理论来研究血液在血管个的流动机理。若假设血液为不可压缩的牛顿液体,且血管截面为圆形,则血液在血管中的流动过程可以用流体力学中的纳维—斯托克思方程来描述:
其中,ρ是血液的重力密度,v是血流速度,t是时间,p是血压,μ是血液粘滞系数,g是重力加速度。
有了这样一个模型,对于给定的血管和血液参数,就可计算当血压变化时的血流变化,或当血流变化时的血压变化,以及各参量的改变引起的变化,如血管硬化时的情况等。
经过一系列简化和推导后,可以得出以下结论:血管中的血压和血流的关系类似于电路中的电压和电流之间的关系,因此,可以用一个等效电路来模拟血流在血管中的流动状态。
通常血液循环系统的数学模型是在以下的假定条件下建立的: 把心脏当作动力泵, 心室可视为 Frank-Starling 弹性时变模型;把瓣膜当作理想的单向二极管;血管是弹性的圆形管;动静脉血管的血液可视为不可压缩的牛顿流体;可将微循环血管当作是可以一个集总的系统模型。