书籍详情
心血管系统动力学原理、建模与仿真应用
作者：肖汉光，徐礼胜，李哲明
出版社：科学出版社
出版时间：2019-11-01
ISBN：9787030597397
定价：¥120.00
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内容简介
随着计算机计算能力的提高和仿真技术的发展，建模与仿真为心血管系统的研究提供了新方法和新手段，弥补了传统方法的不足。心血管系统建模与仿真通过数学模型和数值计算方法，可以模拟血液在心血管系统中的循环运动，分析其血液动力学特征.本书分别建立集总参数模型（0D模型）、传输线模型（1D模型）和有限元模型（3D模型），对血液动力学过程进行了模拟和仿真，该书是在现有动力学主流建模方法的基础上结合作者多年科研积累下完成的，该书有助于加深读者对心血管系统的动力学规律的理解，拓宽了解血液动力学过程的途径，为心血管功能检测和医疗器械的研发提供理论指导。
作者简介
暂缺《心血管系统动力学原理、建模与仿真应用》作者简介
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 心血管系统动力学研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 心血管系统研究简史 2
1.2.2 心血管系统模型的国内外研究现状 6
1.2.3 心血管系统动力学模型应用的研究现状 10
1.3 心血管系统建模存在的问题 12
1.4 本书的主要内容 13
参考文献 13
第2章 心血管系统的解剖结构和血流动力学原理 21
2.1 心血管系统的解剖结构 21
2.1.1 心脏 22
2.1.2 血管 23
2.1.3 血液 26
2.2 血压和脉搏波的传播 27
2.2.1 血压和脉搏波传播的特点 27
2.2.2 压力波的一维波动方程及其解 30
2.2.3 血液流动时波的传播 33
2.2.4 波在血管分支处的传播和反射 33
2.3 血流动力学 35
2.3.1 血流特性 35
2.3.2 不同位置的血流特性 36
参考文献 38
第3章 心血管系统的集总参数模型的建立与仿真 39
3.1 集总参数模型的提出 39
3.2 动脉段的集总参数及其与电学量的类比关系 40
3.2.1 电流与血液体积流量的类比关系 40
3.2.2 电压与血液压力差的类比关系 41
3.2.3 电阻与黏性阻力的类比关系 41
3.2.4 电容与动脉顺应性的类比关系 42
3.2.5 电感与血液流动惯量的类比关系 43
3.2.6 电阻抗与血液阻抗的类比关系 44
3.3 动脉集总参数模型分类 45
3.3.1 高度集总参数电网络模型 47
3.3.2 精细集总参数电网络模型 50
3.3.3 闭环集总参数电网络模型 52
3.4 上肢动脉的集总参数电网模型仿真 58
3.4.1 上肢动脉的三段式电网络模型的建立 58
3.4.2 模型的状态空间分析法求解 59
3.4.3 基于Simulink/SimPowerSystems的模型求解与仿真 60
3.4.4 分析与讨论 61
3.5 本章小结 64
参考文献 65
第4章 人体动脉树的传输线模型的建立与仿真 66
4.1 人体动脉树的55段简化模型 66
4.2 55段简化模型的电网络传输线模型 69
4.2.1 模型I 69
4.2.2 模型II 71
4.3 模型的输入阻抗递归计算及参数分析 73
4.3.1 输入阻抗的递归算法 73
4.3.2 正常情况下动脉树的输入阻抗 74
4.3.3 动脉顺应性和外周阻力对动脉树输入阻抗的影响 75
4.3.4 动脉几何参数对输入阻抗的影响 76
4.3.5 分析与讨论 77
4.4 模型中脉搏波传播的求解与仿真 78
4.4.1 模型的输入 78
4.4.2 正常动脉树中各点血压和血流量波形的计算 79
4.4.3 身高对脉搏波的影响 80
4.4.4 心率对脉搏波的影响 80
4.4.5 每搏输出量对脉搏波的影响 81
4.4.6 动脉内径对脉搏波的影响 81
4.4.7 动脉壁厚对脉搏波的影响 82
4.4.8 分析与讨论 83
4.5 本章小结 83
参考文献 83
第5章 基于“T-tube”模型的中心动脉脉搏波无创双通道盲辨识 85
5.1 引言 85
5.2 多通道盲辨识算法 86
5.3 双通道FIR模型的建立 87
5.3.1 心血管系统“T-tube”模型 87
5.3.2 脉搏波传导的FIR特性 89
5.4 MBSI算法设计与仿真数据验证 93
5.5 结论 96
参考文献 96
第6章 基于Simulink的闭环心血管系统的集总参数模型仿真 98
6.1 集总参数模型的建模原理 98
6.1.1 动脉血管网络的电参数模型 98
6.1.2 心脏的电参数建模 99
6.2 电参数模型的描述 101
6.2.1 基于SimscapeTM的时变电容C(t)仿真模型 101
6.2.2 基于SimscapeTM的人体全身心血管系统的电参数模型 105
6.3 仿真结果和讨论 109
6.3.1 心室及躯干主要动脉血管的血压研究 109
6.3.2 动脉狭窄对心血管系统的影响 110
参考文献 112
第7章 基于传输线模型的动脉硬化与狭窄诊断研究 114
7.1 动脉硬化参数的计算与仿真分析 114
7.1.1 动脉硬化指数 114
7.1.2 脉搏波传播波速 115
7.1.3 大动脉顺应性和小动脉顺应性 116
7.1.4 动脉硬化的仿真分析 119
7.2 动脉狭窄参数的计算与仿真分析 122
7.2.1 踝臂指数的计算 122
7.2.2 动脉狭窄的仿真分析 123
7.3 基于输入阻抗和支持向量机的动脉狭窄预测 131
7.3.1 仿真数据库的建立 131
7.3.2 支持向量机的分类原理 131
7.3.3 N次交叉验证方法 132
7.3.4 预测准确率的评价方法 132
7.3.5 计算结果 133
7.3.6 讨论 135
7.4 基于传递函数和支持向量机的动脉狭窄预测 135
7.4.1 传递函数的计算 135
7.4.2 动脉狭窄对传递函数的影响 136
7.4.3 仿真数据库的建立及预测方法 141
7.4.4 结果及讨论 141
7.5 基于传递函数和支持向量机的动脉狭窄分段定位研究 144
7.5.1 仿真数据库的建立 144
7.5.2 分段定位方法 144
7.5.3 结果与讨论 145
7.6 本章小结 146
参考文献 147
第8章 心率对心血管系统的影响及其血流动力学仿真研究 149
8.1 心率及其临床价值与意义 149
8.2 心率对脉搏波速的影响的仿真研究 150
8.2.1 研究背景及意义 150
8.2.2 分形黏弹性动脉模型 151
8.2.3 模型的输入 153
8.2.4 脉搏波速的计算方法 154
8.2.5 仿真结果与讨论 155
8.2.6 讨论 158
8.2.7 结论 161
8.3 心率对反射系数的影响仿真研究 161
8.3.1 研究背景及意义 161
8.3.2 RM和RI的计算 162
8.3.3 反射系数的计算 163
8.3.4 心率和动脉黏弹性对波反射的影响结果 163
8.3.5 心率和动脉黏弹性对波反射的影响的讨论 169
8.4 本章小结 170
参考文献 170
致谢 175
第1章 绪论 1
1.1 心血管系统动力学研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 心血管系统研究简史 2
1.2.2 心血管系统模型的国内外研究现状 6
1.2.3 心血管系统动力学模型应用的研究现状 10
1.3 心血管系统建模存在的问题 12
1.4 本书的主要内容 13
参考文献 13
第2章 心血管系统的解剖结构和血流动力学原理 21
2.1 心血管系统的解剖结构 21
2.1.1 心脏 22
2.1.2 血管 23
2.1.3 血液 26
2.2 血压和脉搏波的传播 27
2.2.1 血压和脉搏波传播的特点 27
2.2.2 压力波的一维波动方程及其解 30
2.2.3 血液流动时波的传播 33
2.2.4 波在血管分支处的传播和反射 33
2.3 血流动力学 35
2.3.1 血流特性 35
2.3.2 不同位置的血流特性 36
参考文献 38
第3章 心血管系统的集总参数模型的建立与仿真 39
3.1 集总参数模型的提出 39
3.2 动脉段的集总参数及其与电学量的类比关系 40
3.2.1 电流与血液体积流量的类比关系 40
3.2.2 电压与血液压力差的类比关系 41
3.2.3 电阻与黏性阻力的类比关系 41
3.2.4 电容与动脉顺应性的类比关系 42
3.2.5 电感与血液流动惯量的类比关系 43
3.2.6 电阻抗与血液阻抗的类比关系 44
3.3 动脉集总参数模型分类 45
3.3.1 高度集总参数电网络模型 47
3.3.2 精细集总参数电网络模型 50
3.3.3 闭环集总参数电网络模型 52
3.4 上肢动脉的集总参数电网模型仿真 58
3.4.1 上肢动脉的三段式电网络模型的建立 58
3.4.2 模型的状态空间分析法求解 59
3.4.3 基于Simulink/SimPowerSystems的模型求解与仿真 60
3.4.4 分析与讨论 61
3.5 本章小结 64
参考文献 65
第4章 人体动脉树的传输线模型的建立与仿真 66
4.1 人体动脉树的55段简化模型 66
4.2 55段简化模型的电网络传输线模型 69
4.2.1 模型I 69
4.2.2 模型II 71
4.3 模型的输入阻抗递归计算及参数分析 73
4.3.1 输入阻抗的递归算法 73
4.3.2 正常情况下动脉树的输入阻抗 74
4.3.3 动脉顺应性和外周阻力对动脉树输入阻抗的影响 75
4.3.4 动脉几何参数对输入阻抗的影响 76
4.3.5 分析与讨论 77
4.4 模型中脉搏波传播的求解与仿真 78
4.4.1 模型的输入 78
4.4.2 正常动脉树中各点血压和血流量波形的计算 79
4.4.3 身高对脉搏波的影响 80
4.4.4 心率对脉搏波的影响 80
4.4.5 每搏输出量对脉搏波的影响 81
4.4.6 动脉内径对脉搏波的影响 81
4.4.7 动脉壁厚对脉搏波的影响 82
4.4.8 分析与讨论 83
4.5 本章小结 83
参考文献 83
第5章 基于“T-tube”模型的中心动脉脉搏波无创双通道盲辨识 85
5.1 引言 85
5.2 多通道盲辨识算法 86
5.3 双通道FIR模型的建立 87
5.3.1 心血管系统“T-tube”模型 87
5.3.2 脉搏波传导的FIR特性 89
5.4 MBSI算法设计与仿真数据验证 93
5.5 结论 96
参考文献 96
第6章 基于Simulink的闭环心血管系统的集总参数模型仿真 98
6.1 集总参数模型的建模原理 98
6.1.1 动脉血管网络的电参数模型 98
6.1.2 心脏的电参数建模 99
6.2 电参数模型的描述 101
6.2.1 基于SimscapeTM的时变电容C(t)仿真模型 101
6.2.2 基于SimscapeTM的人体全身心血管系统的电参数模型 105
6.3 仿真结果和讨论 109
6.3.1 心室及躯干主要动脉血管的血压研究 109
6.3.2 动脉狭窄对心血管系统的影响 110
参考文献 112
第7章 基于传输线模型的动脉硬化与狭窄诊断研究 114
7.1 动脉硬化参数的计算与仿真分析 114
7.1.1 动脉硬化指数 114
7.1.2 脉搏波传播波速 115
7.1.3 大动脉顺应性和小动脉顺应性 116
7.1.4 动脉硬化的仿真分析 119
7.2 动脉狭窄参数的计算与仿真分析 122
7.2.1 踝臂指数的计算 122
7.2.2 动脉狭窄的仿真分析 123
7.3 基于输入阻抗和支持向量机的动脉狭窄预测 131
7.3.1 仿真数据库的建立 131
7.3.2 支持向量机的分类原理 131
7.3.3 N次交叉验证方法 132
7.3.4 预测准确率的评价方法 132
7.3.5 计算结果 133
7.3.6 讨论 135
7.4 基于传递函数和支持向量机的动脉狭窄预测 135
7.4.1 传递函数的计算 135
7.4.2 动脉狭窄对传递函数的影响 136
7.4.3 仿真数据库的建立及预测方法 141
7.4.4 结果及讨论 141
7.5 基于传递函数和支持向量机的动脉狭窄分段定位研究 144
7.5.1 仿真数据库的建立 144
7.5.2 分段定位方法 144
7.5.3 结果与讨论 145
7.6 本章小结 146
参考文献 147
第8章 心率对心血管系统的影响及其血流动力学仿真研究 149
8.1 心率及其临床价值与意义 149
8.2 心率对脉搏波速的影响的仿真研究 150
8.2.1 研究背景及意义 150
8.2.2 分形黏弹性动脉模型 151
8.2.3 模型的输入 153
8.2.4 脉搏波速的计算方法 154
8.2.5 仿真结果与讨论 155
8.2.6 讨论 158
8.2.7 结论 161
8.3 心率对反射系数的影响仿真研究 161
8.3.1 研究背景及意义 161
8.3.2 RM和RI的计算 162
8.3.3 反射系数的计算 163
8.3.4 心率和动脉黏弹性对波反射的影响结果 163
8.3.5 心率和动脉黏弹性对波反射的影响的讨论 169
8.4 本章小结 170
参考文献 170
致谢 175
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