基于血流動力的心音產(chǎn)生模型及仿真.pdf

1、心音是由心血管系統(tǒng)血流動力狀態(tài)變化與相關(guān)器官（心臟瓣膜、血管及心臟壁等）的相互作用而產(chǎn)生的機械振動。從產(chǎn)生原理來看，心音能夠反映心血管系統(tǒng)的生理及病理狀態(tài)。在心血管系統(tǒng)發(fā)生病變，尚不足以引起明顯病理特性時，心音常常首先表現(xiàn)出異常?；谘鲃恿Φ男囊舢a(chǎn)生模型，能夠作為一個仿真平臺，用于模擬正常生理狀態(tài)或某些病理狀態(tài)下的心音產(chǎn)生機制，為研究心音與血流動力的關(guān)系提供一種途徑，對研究相關(guān)心血管疾病的診斷有重要參考意義。本文進行了3項工作。

2、>　　(1)提出了基于血流動力的第一心音和第二心音產(chǎn)生模型。首先建立心血管系統(tǒng)的電路仿真模型。模型包括心臟的4個腔室，體循環(huán)和肺循環(huán)中的動脈、毛細血管和靜脈，以及心率、心室收縮性和外周阻力的生理控制機制。將電路模型轉(zhuǎn)化為微分方程組，并利用有限差分法進行求解。根據(jù)仿真結(jié)果，得到主動脈瓣、肺動脈瓣、二尖瓣和三尖瓣的關(guān)閉時刻及瓣膜兩側(cè)的血壓差。定義了瓣膜相對關(guān)閉時間的4個參數(shù)，即二尖瓣與主動脈瓣關(guān)閉的時間差(TDMA，Timing Delay

3、 between Mitral and Aortic valve closure)、主動脈瓣與二尖瓣關(guān)閉的時間差(TDAM，Timing Delay between Aortic and Mitral valveclosure)、主動脈瓣與肺動脈瓣關(guān)閉的時間差（TDAP，Timing Delay between Aortic andPulmonary valve closure），二尖瓣與三尖瓣關(guān)閉的時間差(TDMT，Timing De

4、lay betweenMitral and Tricuspid valve closure)。研究了以上4個參數(shù)與相關(guān)血流動力的關(guān)系。將瓣膜看作彈簧振子，其振動為阻尼受迫振動。根據(jù)瓣膜兩側(cè)血壓差計算受迫力，并用Ramp函數(shù)擬合。求解瓣膜振動的解析表達式，進而合成心音信號。合成心音信號與實際采集信號的頻域與時頻域特征表現(xiàn)出高度的一致性。
　　(2)提出了第一心音和第二心音的分解方法。假設(shè)第二心音的A分量和P分量服從包絡(luò)調(diào)制的chir

5、p信號模型，并用18個參數(shù)來表達。在最小均方誤差準則下，通過模擬退火算法為A分量和P分量估計出最優(yōu)參數(shù)，從而重構(gòu)出A分量和P分量。提取了10位志愿者第二心音的A分量和P分量，證明了方法的有效性。假設(shè)第一心音由若干個高斯函數(shù)組成，每個高斯函數(shù)有3個參數(shù)，同樣利用模擬退火算法估計出最優(yōu)參數(shù)。用10位志愿者的第一心音進行了驗證，重構(gòu)信號與原始信號的相關(guān)系數(shù)均在0.99以上。
　　(3)利用心音產(chǎn)生模型，分別仿真人體運動和自然呼吸時心血管

6、系統(tǒng)的血流動力變化以及心音在以上生理過程中的變化規(guī)律。對人體運動的仿真結(jié)果顯示，在運動后的恢復(fù)期，主動脈收縮壓(SBP，Systolic Blood Pressure)逐漸降低，心率逐漸減慢，TDMA、TDAM、TDAP三個參數(shù)與SBP有顯著的負相關(guān)性，而TDMT與SBP有較弱的負相關(guān)性;在運動恢復(fù)期，第一心音與第二心音的幅度逐漸降低。對自然呼吸的仿真結(jié)果顯示，吸氣時，體循環(huán)血壓降低，心率加快，TDMA顯著減小，TDAP顯著增大，TDM