左心血液循環(huán)系統(tǒng)實驗與仿真研究.pdf

1、二尖瓣是心血管系統(tǒng)中一個非常重要的功能單位，腱索斷裂造成二尖瓣反流在臨床上屬于一種比較罕見的瓣膜性疾病，會造成心臟功能障礙甚至引起心力衰竭。研究二尖瓣及因腱索斷裂造成瓣膜反流的血液循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)特性可以為臨床上二尖瓣創(chuàng)新性治療策略的提出提供指導(dǎo)作用。由于技術(shù)和倫理等原因，臨床界和工程領(lǐng)域?qū)ρ貉h(huán)系統(tǒng)及心臟瓣膜的在體研究比較少，常常借助離體實驗或者采用數(shù)值仿真方法對血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析。本文采用離體實驗和數(shù)值仿真的方法對基于二尖瓣模

2、型的左心血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了實驗和數(shù)值仿真研究。
　　論文首先搭建了左心血液循環(huán)系統(tǒng)實驗平臺，選取新鮮豬體二尖瓣作為實驗對象，測量血液循環(huán)系統(tǒng)下二尖瓣的跨瓣壓差和流量，從而得到二尖瓣的特性曲線。其次，基于二尖瓣特性曲線，并根據(jù)血液動力學(xué)和電學(xué)網(wǎng)絡(luò)之間的等效關(guān)系，提出二尖瓣的時變電阻模型并建立左心血液循環(huán)仿真系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，仿真健康狀況下的血液動力學(xué)特性。最后，人為剪斷二尖瓣腱索，模擬病理性二尖瓣腱索斷裂，測量不同腱索斷裂數(shù)目下的二

3、尖瓣反流程度。同時，基于實驗數(shù)據(jù)，修改二尖瓣的時變電阻模型參數(shù)，仿真二尖瓣不同反流程度下的左心血液循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)特性。結(jié)果表明，仿真得到的左心血液循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)特性參數(shù)曲線和實際臨床生理曲線相吻合。論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　1.基于血液循環(huán)系統(tǒng)生理知識，設(shè)計實驗，搭建實驗平臺，選取新鮮豬體二尖瓣為實驗對象，檢測在一個心動周期內(nèi)不同時期二尖瓣的跨瓣壓差和流量，并處理檢測數(shù)據(jù)，得到能準(zhǔn)確描述二尖瓣的特性曲線及表達(dá)式。最后基于

4、二尖瓣特性曲線及表達(dá)式，根據(jù)血液動力學(xué)和電學(xué)網(wǎng)絡(luò)之間的等效關(guān)系，提出二尖瓣時變電阻模型。
　　2.基于二尖瓣時變電阻模型，建立改進(jìn)型左心血液循環(huán)仿真系統(tǒng)，仿真健康狀況下左心血液循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)特性，分別得到主要生理參數(shù)特征值及生理曲線。將仿真結(jié)果和基于傳統(tǒng)二尖瓣模型的模擬結(jié)果進(jìn)行比較，驗證了二尖瓣時變電阻模型的優(yōu)越性?；跁r變電阻模型的左心血液循環(huán)系統(tǒng)仿真得到的二尖瓣流量曲線可以明顯地細(xì)分為三部分:舒張期的正向流量、收縮期二尖瓣關(guān)閉

5、期間的關(guān)閉反流量和二尖瓣關(guān)閉后因瓣膜關(guān)閉不嚴(yán)造成的泄露反流量。同時仿真結(jié)果顯示，改進(jìn)型左心血液循環(huán)系統(tǒng)仿真得到的二尖瓣流量充滿心臟舒張的整個時期。此外，在收縮期，可以明顯看到反流曲線延遲二尖瓣跨瓣壓差曲線一段時間Δt，大約為50～80ms，這些與實驗和臨床檢測結(jié)果更加吻合。
　　3.在原有實驗平臺的基礎(chǔ)上，人為剪斷腱索，模擬檢測因腱索斷裂造成二尖瓣反流時的特性參數(shù)，同時對剪斷不同數(shù)目腱索時測量得到的二尖瓣特性參數(shù)進(jìn)行分析比較。接著