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功率键合图方法在多分支血液循环系统建模和仿真中的应用研究
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广告招租，e-mail:yesize@hotmail.com 功率键合图法是一种系统动力学建模方法，它以图形方法来表示、描述系统动态结构，是对流体系统进行动态数字仿真时有效的建模工具。通过已有的研究工作表明，功率键合图方法可以较好地应用于生物流体系统仿真，特别是人体循环系统的建模和数字仿真[10]。 我们在以前的工作当中，建立了一个简化的血液循环系统模型[10]，验证了功率键合图法的可行性和有效性。键合图建模方法的优点是直观形象，便于获得状态空间方程，有利于数值化计算，避免了电模拟方法中推导状态方程困难的弱点 。本文对血液循环系统进行了较细致和全面的划分，建立了一个包括动脉系统、静脉系统、心脏（左、右心室和心房）以及冠脉循环、外周循环的多分支血液循环系统仿真模型。 应用功率键合图方法对血液循环系统进行建模和仿真的基本规则是，(1)把血液循环系统的结构及各主要动态影响因素以图示模型形式，即功率键合图加以表示，(2)从功率键合图出发，建立系统的动态数学模型——状态空间方程，(3)在数字计算机上对状态方程进行求解。 1 多分支血液循环系统模型的建立 1.1 系统描述 血液循环系统模型如图１所示[4]。在心血管循环系统中，血液在心脏“泵”的作用下所进行的循环流动，可以看作是一种功率流的流动、传输、分配和转换的过程。血液在左右心室有节律地收缩作用下，被泵向人体的各个部分，其中包括：体循环区（血液由左心室经主动脉、大动脉、外周循环区和腔静脉，回到右心房），肺循环区（血液由右心室流经肺动脉和肺静脉到左心房。），腹部内循环，颈部和头部循环，以及冠脉循环等。在心房和心室、心室和主动脉之间存在着防止血液倒流的膜瓣，如二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣等。 图1 血液循环系统模型 1.2 功率键合图模型 应用功率键合图建模方法的第一步是将原系统表达为功率键合图的图示模型。功率键合图由功率键、结点和作用元等主要元素构成，多分支血液循环系统的功率键合图如图2所示。 Rnv Chv Rhh Cha Rna 图２ 多分支血液循环系统功率键合图模型(此图有省略) 参考图2，绘制多分支血液循环系统功率键合图的步骤可简述如下： (1)根据对多分支循环系统各个功率流程分支的分析，依次确定各0结点和1结点。 ０结点表示集总的流容容腔，如心室腔、主动脉弹性腔，在0结点处血液压力为等值，而该结点输入的血流量等于输出的血流量。１结点表示集总的流阻管路或流感管路，如大动脉血管，在1结点处血流量为等值，而该结点的压力降等于上流压力值减去下流压力值。在图2 的循环系统模型中共有15个0结点和21个1结点。 (2)画上各结点周围的功率键，并标注功率流向。 &n
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