[发明专利]一种基于集总参数的人体呼吸系统模型

说明书

本发明公开了一种基于集总参数的人体呼吸系统模型，属于医学模型技术领域，呼吸模型将两个肺部和相关的气道表示为五个主要功能单元或隔室，分别指定为隆突，左右解剖学死腔以及左右肺泡。在模型中，隆鼻隔室代表气管气道的解剖区域。左右解剖学死腔室代表支气管及其分支的细支气管，它们是隆突下方的导气管的一部分。左右肺泡腔室对应于肺泡的集合，在气道与心血管系统之间发生气体交换。左右胸壁隔室分别代表胸壁的左右两侧。新模型还考虑了通过回路元件引起的胸膜腔，同时还包括有代表呼吸肌压力源驱动器的压力信号发生器。该模型采用基于电路的集总参数数学模型，该模型允许以相对较低的计算负担来表征患者特定的呼吸力学。

技术领域

本发明涉及医学模型技术领域，特别是涉及一种基于集总参数的人体呼吸系统模型。

背景技术

人的呼吸系统由上呼吸道(环状软骨上方的区域)，下呼吸道，肺和呼吸肌组成。下呼吸道始于气管，延伸至支气管，细支气管和肺泡。在隆突处，气管分为左右两个主干支气管。支气管分叉成较小的细支气管，继续分支长达23代，形成了以肺泡终止的气管支气管树。肺泡导管和肺泡囊是与肺毛细血管进行气体交换的肺部操作单位。没有发生气体交换的前几代气道构成解剖学死腔，被称为传导区。相反，通气过程促进了肺泡-毛细血管的气体交换，该过程由肋间肌肉，Inter肌和胸壁后坐力驱动。这些机制协同作用，以主动将新鲜空气驱入肺部，并被动地从肺部去除气体。附在胸壁上的是一层薄薄的膜(胸膜)，该膜折回其自身，形成两层，称为内脏和壁层胸膜。胸膜腔充满液体。该空间中的压力称为胸膜内压力，通常略低于大气压。即使没有吸气肌肉收缩，肺和胸壁之间的机械相互作用也会将两个胸膜拉开，导致胸膜内压力略有降低(-3cm H2O至-5cm H2O)。

隔膜充当呼吸肌，参与呼吸机驾驶员的机械操作。气管分支成右支气管和左支气管，每支进一步分叉成几代较小的细支气管。这些细支气管形成气管支气管树，终止于肺泡。呼吸系统通过通气和跨血气屏障(肺毛细血管-肺泡界面)的气体交换相结合，提供氧气并清除体内的废二氧化碳。呼吸系统设计为使用电模拟集总参数模型来模拟患者呼吸系统的通气行为(正压和负压)。呼吸模型采用现实的压力源信号和化学刺激反馈机制作为自发通风的驱动器。该模型可处理多种患者情况，包括张力性气胸和气道阻塞。

呼吸系统生理学模型分为肺通气模型、呼吸力学模型。肺通气模型针对肺通气的机械过程及机理进行建模。呼吸系统本身就是一个力学系统，呼吸系统的各部分间的作用力与反作用力遵从牛顿第三定律。呼吸系统生理学模型包括为一阶线性模型、R.W.Jodat呼吸力学机械模型、R.M.Peters的呼吸系统机械模型。

但上述模型在实际应用时，需要较大的计算负担来表征患者特定的呼吸力学。

发明内容

本发明提供一种基于集总参数的人体呼吸系统模型，以解决现有技术中存在的计算负担较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于集总参数的人体呼吸系统模型，包括第一回路、第二回路以及第三回路；

所述第一回路上设置第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器，所述第一电阻器与第一回路的节点模拟右心房，所述第二电阻器与第一回路的节点模拟右心室，所述第三电阻器与第一回路的节点模拟左心房，所述第四电阻器与第一回路的节点模拟左心室，在第一电容器与第三电容器的线路之间接入第一线路，所述第一线路与第一回路的节点模拟呼吸肌，所述第一线路上设置压力信号发生器；

所述第二回路上设置第一二极管、第五电阻器，所述第二回路接入所述第一回路，其中所述第二回路接在第一电容器与第二电容器之间的一端模拟右胸膜，所述第二回路接在第二电容器与第二电阻器之间的一端模拟右肺泡，所述第一二极管与第五电阻器之间的一个节点模拟右肺泡支链；