生理系统的建模与仪器设计.pptVIP

第1页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.1系统模型及其分类2.1.1物理模型物理模型：简化的、类似于实际系统的某些突出特征而设想的一种物理系统。1.静态物理模型：模型的属性与时间无关，反映系统处于相对静止状态时的情况。比例模型：模型与原型的物理量及比例大小不同，现象的物理本质不变。例如，地球仪、苯分子的环状结构模型、DNA的双螺旋结构模型第2页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.动态物理模型（类比模型）：物理本质不同，而变量关系类似的物理系统时，常用该模型。2.1系统模型及其分类2.1.1物理模型作用：可帮助我们把比较了解和熟悉的系统，推广到还不甚了解和生疏的系统中去，劝两种系统进行类比分析。人体肌肉的类比模型：施加一外力使肌肉拉伸，此时肌肉呈现弹性机械的特点；不受力时，其作用类似于无源机械；肌肉组织的伸缩运动常常伴随着热量的产生和温度的增高，这些效应表现在肌肉组织内有某种类似于摩擦机构的作用，使得肌肉运动时一部分机械能做功，另一·部分变为热能。第3页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.1系统模型及其分类2.1.1物理模型(a)肌肉在受外力作用时被拉伸(b)肌肉的力学类比模型(c)肌肉的电路类比模型第4页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.1系统模型及其分类2.1.2数学模型分类：1.静态数学模型：一实体处于平衡状态时的取值。数学模型：用数学语言描述的模型。可以定量地描述事物的内在联系和变化规律。2.动态数学模型：实体活动引起的系统状态在时间轴上的变化。其数学式通常是一个或一组代数方程。如线性统计模型：Y=AX+E其数学式通常是一组微分或差分方程。第5页，共37页，星期日，2025年，2月5日求解方法：1.解析方法：直接用现有的数学定律去推导和演绎数学方程(模型)的解。2.1系统模型及其分类2.1.2数学模型2.数值方法（数值分析）：用递推的方法，把方程中的变量，以表格的形式推导为数字量、从而得到随时间(或空间)变化的—系列数字解。例如：二阶线性常微分力程就可用解析法求得通解。但对高阶、非线性、时变的微分和差分方程，就很难用解析求解。应用数值方法求解的动态数学模型，即为计算机仿真模型。第6页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.1系统模型及其分类2.1.3描述模型描述模型：一种抽象的、不能用数学方程表达、只能用语言描述的系统模型。描述模型源于人工智能。在处理复杂系统时，描述模型是目前惟一可行的途径。当前．人工智能中发展最快的领域是所谓“专家系统“；专家系统的主要问题就是建立具有专家知识和经验的“知识模型”，即描述模型。第7页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.2建模的基本过程实验观察概念的形成与修正构建（或修正）生理模型根据模型进行新的实验图2.3系统建模的一般过程第8页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.3构建生理模型的常用方法与实例2.3.1理论分析法建模理论分析：指应用自然科学中已被证明是正确的理论、原理和定律，对被研究系统的有关要素进行分析、演绎、归纳，从而建立系统的数学模型。实例1：血氧饱和度(SO2)的无创检测，援引物理光学定律——朗伯(J.H.Lambert)—比尔(Beer)定律进行建模。血氧饱和度：被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部血红蛋白的容量的百分比，表示血液中血氧的浓度。传统的作法是基于有创测量的仪器分析。无创的测量，可利用光学的方法。第9页，共37页，星期日，2025年，2月5日1.实验观察2.3构建生理模型的常用方法与实例2.3.1理论分析法建模进一步的实验发现氧合皿红蛋白与还原血红蛋白对红光与红外光的吸收不一样：说明用光学的方法可能实现对血氧饱和度的无创检测。图2.4手指对红外光的吸收观察光电管波峰波谷收缩舒张第10页，共37页，星期日，2025年，2月5日2.理论分析2.3构建生理模型的常用方法与实例2.3.1