生物力学概论07-9.ppt

模拟装置的基本元件结构 心脏 分布参数模型：弹性圆管(直管或几何相似的弯管） 集中参数模型：阻力器、液容器和液感器三元件组合 血管 阻力器 液容器 液感元件： 这是通过集中液容之间的连接管流动来实现的，不必作专门的元件，但须适当设计管道长度和截面积。 我室研制的全循环系统装置 满足必威体育精装版ISO 标准的人工机械心瓣 体外测试循环系统. 弹性动脉 主动脉及由它始发的大动脉，包括髂动脉在内，被认为是“弹性动脉”。这是因为这类血管的中层平滑肌成分很少，而弹性纤维含量最多，故管壁弹性较大 肌性动脉 除上述动脉外，大多数动脉属肌性动脉。其中层也由少量结缔组织隔开的多重环层组成。但环层中的弹性纤维含量大大低于弹性动脉，而平滑肌含量愈来愈多 小动脉 直径一般小于300μm。中层只有一两层平滑肌细胞，而弹性纤维含量减少到极低程度 附，动脉就成了“小动脉”。 毛细血管 直径通常约10 μ m或更小，管壁仅有一层内皮细胞。 静脉血管 静脉壁的结构也分内膜、中层和外层三层。内膜和中层均很薄，外膜较厚，含有丰富的胶原纤维和细小的弹性纤维。中等粗细的静脉中有静脉瓣，作用是防止静脉血倒流。 软骨 骨胳的连接面覆有一层软骨 (cartilage)，其主要成分为胶原蛋白 (collagen)。单独的胶原纤维具有高强度(50~100 MPa)及弹性模量(~1 GPa)。胶原蛋白为硬组织与软组织的主要构成材料。 弹性蛋白 (elastin)的弹性模量约0.6 MPa，赋予皮肤及结缔 (connective)组织的弹性。 软骨为关节的承接表面，为多孔性，由于在受力时液体的进出，使软骨具有特殊的力学性质。 关节 (articular)软骨具高度粘弹性，受压时其松弛时间约为1~5 s，最大压缩应力约5 MPa。 软骨具有各向异性 (anisotropic)，在周期性受力时有滞后现象 (hysteresis)。 韧带 (ligament)将骨胳结合起来，腱带 (tendon)则结合了肌肉与骨胳，两者均为传导张力，其组成主要为平行的胶原纤维束。 腱带的最大应力为50~100 MPa，具有非线性应力－应变关系。其中间范围较接近线性，其弹性模数约为1 GPa。 两者均具滞后现象、粘弹性蠕变、应力松弛。 在重复施力后，组织结构改变，致使其力学性质改变。 韧带，腱带 第四章 肌肉力学基础 骨骼肌，心肌和平滑肌 构造要素相同 收缩的生化机理也大致一样 结构、功能以及力学性质等有很大差异。 肌节的显微照片 肌节的结构示意图 肌肉是由肌动蛋白 (actin)与肌凝蛋白 (myosin)肌纤之间形成交联键结 (crossbridge bond)而产生力量。 分布肌肉模式：肌节 (sarcomere)系由粗细肌纤以交联键结重叠而成，交联键结之模式为多个Kelvin组件之并联，而肌纤之模式则为质块 (mass)。交联键结系在激发时形成，在松弛时断裂。 力量的产生，是因交联键结的形成及其在肌纤间的拉伸。键结数的多寡取决于粗细肌纤之重叠程度，且由电及化学激发速率所控制。 肌纤的小动作，系因键结的不同步形成、半肌节间键结数不相等、肌肉收缩等所造成的。由于必须考虑肌纤质块，这些动作的形式为具各种频率的阻尼振动。 在松弛时，键结中的应力消失，键结亦随之断裂。 Hill方程 ：张力T ，挛缩张力T0 ，缩短速度v 双元素模型 三元素模型 第五章 血液流变学导论 血浆的粘度 牛顿流体，粘度约为1.2cPa。 影响血浆粘度的因素主要是温度和血浆的组分，尤其是血浆里蛋白质含量 血液是非牛顿流体 正常血液τy约等于0.05dyn／cm2， Casson模型 （适合低切变率） 心血管系统建模与仿真 截面上压力与流量之比，表征血管系统对流动的反抗程度。 动脉的阻抗 轴向阻抗：压力梯度和流量之比 横向阻抗：压力和流量梯度之比 特征阻抗：压力与流量之比 弹性圆管振荡流： 血管段轴向和横向阻抗的表达式： R。、L。反映了血液的物性；粘性与惯性； G。、C。反映了管壁 的物性：渗漏性与顺应性。 假定四参数沿管段轴向均匀分布，管截面积为S 由弹性圆管脉动流方程可知： 特征阻抗： 动脉血管段的分布参数模型及其模拟电路网络 在振荡流中，令单位长度上的轴向阻抗Zx0和横向阻抗Zr0 R。、L。：分布液阻（粘性），分布液感（惯性） G。、C。：分布液导（渗漏性），分布液容（顺应性） 分布参数模型 动脉血管段的集中参数模型及其模拟电路网络 假定管壁无渗漏，并考虑到脉搏波长远大于动脉管长，那么，同一时刻管内流量和压力对时间的变化率可以近似认为不沿管轴变化。 对分布参数模型沿管轴积分： 集中参数模型 R、L：集中液阻（粘性），集中液感（惯性