[发明专利]模拟失重条件下脑血管血流的仿真模型

说明书

本发明公开了模拟失重条件下脑血管血流的仿真模型，属于生理信号仿真技术领域。该模型包括主动脉管、头臂动脉管、颈动脉管、锁骨下动脉管、椎动脉管、颈内动脉管、颈外动脉管、基底动脉管、大脑中动脉管、大脑前动脉管、大脑后动脉管、前交通动脉管和后交通动脉管。主动脉管、头臂动脉管和锁骨下动脉管构成体循环动脉网络，血流从该体循环动脉网络流入颈动脉管和椎动脉管，随后流入由颈内动脉管、颈外动脉管、基底动脉管、大脑中动脉管、大脑前动脉管、大脑后动脉管、前交通动脉管和后交通动脉管构成的脑循环动脉网络；脑循环动脉网络末端为大脑中动脉下游、大脑前动脉下游和大脑后动脉下游。本发明更深入分析体循环与脑循环动脉血流的相互作用。

技术领域

本发明属于生理信号仿真技术领域，特别涉及一种模拟失重条件下脑血管血流的仿真模型。

背景技术

生理信号仿真技术，是指基于生理信号产生及传播机理的简化和假设，建立可描述生理信号产生及传播的数学表达，并获得正定的，具有生理意义的解。该技术可为研究分析生理信号提供技术平台，并在此平台上开展各种仿真实验，用于研究真实系统的特性。

目前这种方法已应用于众多领域，表现出其它实验方法无法比拟的优越性，如不受时空限制，对系统反应进行预测；参数选择及控制非常灵活，可实现极端条件下的仿真实验；可为系统预研提供基础，大大节省研究经费以及缩短实验周期等。

人体循环系统是一个相当复杂的非线性连续动态系统，对它进行定量研究具有较大难度。另一方面，大量的生理信号测量实验不能在人体上直接进行，因此对其进行仿真研究是更为可行，且被普遍接受的研究方法。血液在人体循环系统中的流动规律遵循流体力学的一般规律，这为建立循环系统的仿真模型提供了基础。基于对人体体循环生理及病理的认识，目前已建立起体循环血液流动的多种数学模型，如心泵弹性腔模型等，可用于多种生理及病理条件下的循环系统研究。

人体循环系统模型主要包括两大类：集中参数模型和分布式模型。集中参数模型将循环系统简化为一系列血管单元，忽略每一单元内的血流分布，对每一单位血管对血流的流阻、惯性及液容进行抽象，可以较好的模拟每一单元之间血流流量及血压的相互关系。分布式模型相对复杂，可以描述人体解剖结构引起的血流分布特性，缺点是计算复杂度较高。

目前，心血管系统仿真研究主要包括：Balar等提出的人体手臂中血流的计算机仿真.生物力学期刊J Biomech 1989；22:691-697，通过有限元方法分析了人体上臂动脉内的压力-流量关系，结果表明桡动脉的压力-流量波形可用于分析大血管病变。Karamanoglu等提出的人体动脉系统的多分枝模型中反射压力波的功能性起源.美国生理学期刊Am JPhysiolo 1994；267:H1681-H1688]建立了体循环的多分支动脉模型，阐明了体循环中压力脉搏波的传播规律。Ursino提出的颈动脉压力调节和脉动心脏的相互作用：一种数学模型.美国生理学期刊-心脏及循环生理1998；275:H1733-H1747建立了一个具有动脉压力感受反馈机制的心血管系统模型，并模拟了急性失血时的血管调节机制的作用。Olufen等提出了：从坐姿到站立的姿态变化中脑血流的控制建模.心血管工程Cardiovasc Eng 2004；4:47-58]建立了脑动脉模型，并模拟了在姿势变化中的脑血流的调节机制。Liang等提出了：瓦氏操作法的血流动力学响应仿真：心血管系统和自主神经系统的整合计算模型.生理科学期刊J Physiol Sci 2006；56:45-65；建立了包括动静脉系统的闭环集中参数模型，并模拟了心血管系统的自主神经调控。Korakianitis等提出了包含心瓣动力学和房室交互的人体心血管系统的集中参数模型.医学工程和生理学Med Eng Phys 2006；28(7):613-628.在Ursino工作的基础上建立了包含心脏瓣膜、心房和心室等多个单元的心血管系统集中参数模型，模拟了心脏瓣膜及心房与心室交互作用对心血管系统的影响。