第四章人体血液循环系统体外模拟实验.PDFVIP

江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 第四章 人体血液循环系统体外模拟实验 4.1体外模拟实验台组成 利用弹性腔模型设计体外循环系统模拟试验装置，血泵模拟自然心脏，动 脉弹性腔模拟人体主动脉与大动脉，阻尼器模拟外周阻力，储箱模拟心房及静脉 储血功能。模拟装置采用无控制闭环式循环系统。模拟实验结构图见图4-1。本 实验台采用江苏大学生物医学工程研究所研制的具有滚动轴承和洗测系统的 YXB-1型叶轮血泵、驱动器、方波发生器、专用电源、流量调节器.动脉弹性 腔为气密良好的圆柱型有机玻璃体，弹性腔的上方为空气腔。储箱(模拟前负荷) 为开口型圆柱型有机玻璃体，储箱中的液面高度可调。在模拟循环系统的相应位 置装上流量计探头，由TransonicT110型超声波流量计实时显示流量。压力传感 器置于血泵入口和出口处，通过惠普M1205A八道生理记录仪可动态观察出入口 压力变化。血泵转速、电机参数、控制器输入波形和占空比、心动周期等参数由 美国产数字荧光示波器(TektronixTDS3014B)实时显示。动脉弹性腔的压力由血 压表显示。管道为内径10二的硅胶管，流量调节器可以调节血泵进出口的压力 和流量，方波发生器可以通过调节收缩压、舒张压的电压来改变收缩压、舒张压 大小，同时，调节方波发生器的频率来改变心动周期，调节占空比(即收缩期、 舒张期占心动周期的比例)改变收缩期、舒张期的持续时间。 图4-l体外模拟循环实验台结构示意图 大 学 硕 士 学 位 论 文 c十R白1q-}(t) 图4一 三元件Westerhof模型 4.2 模拟实验的目的 体外血液循环模拟实验是利用集中参数模型建立起一套体外模拟循环装 置，重点研究运用集中参数模型理论模拟心血管系统的生理情况和验证数学模型 的结论。用心脏泵模拟自然心脏，用弹性腔模型模拟主动脉与大动脉系统，测试 收缩压P,、舒张压Pd、平均压P，和脉压ep随心室后负荷 (即R、Z,和C)、 每搏心输出量V,、心动周期T、前负荷和心室收缩时间间隔T,之间相互关系，研 究心脏泵与主动脉弹性腔组合实验之间的关系，以便评价人工心脏的性能和指导 人工心脏动物试验与临床应用。 4.3 体外循环模拟的数学方程 要确定收缩压P.、舒张压Pd、平均压P和脉压AP随心室后负荷(即R、Z, 和C)、每搏心输出量K、心动周期T和心室收缩时间间隔T,对主动脉根部的压 力和流量影响情况先得求出压力和流量的基本方程。具体推导过程如下。 对于确定的心室后负荷，在给定心室收缩期时间间隔T,、心动周期T以及 每搏心输出量V,的前提下，我们对左心室一体动脉系统的祸合施加一定的约束限 制，就有可能确定主动脉根部的压力和流量波形。现在假设作为左心室后负荷的 体动脉系统用Westerhof}03三元件模型(Z,-C-R)来模拟(实验图如图4-1 所示，电网络图如图4-2所示)。其中R是外周阻力，C是顺应性，Z,是体动脉 特性阻抗，P和P。分别表示主动脉根部和主动脉中的压力，4，和9‘分别表示 由左心室流入主动脉的流量和由体动脉流入体静脉的血液流量。由这个三元件的 弹性腔模型，在心室的收缩期有 4U=c4p,+9- (4-1) ar P=9.Z,+Pa (4-2)