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第1章 绪论 1

1.1 生理系统仿真的意义与作用 1

1.2 建立循环系统模型的基本方法 4

1.2.1 基本概念 4

1.2.2 物理模型 6

1.2.2.1 几何相拟模型 6

1.2.2.2 力学相似模型 6

1.2.2.3 生理特性相似模型 6

1.2.2.4 等效电路模型 6

1.2.3 数学模型 7

1.2.3.1 黑箱方法 8

1.2.3.2 参数模型 10

1.2.3.3 房室模型 11

1.3 循环系统仿真的基本方法 12

1.3.1 连续系统仿真分类 13

1.3.2 数学模型的程序化 14

1.3.3 仿真实验技术 15

1.4 循环系统仿真的主要应用与发展 16

1.4.1 在生理机理研究中的应用 16

1.4.2 在病理及治疗方法中的应用 17

1.4.3 对超常环境下循环状况的预测 18

第2章 血液循环系统的生理机理 19

2.1 循环系统的组成 20

2.2.1 心脏的构造 22

2.2 心脏的生理 22

2.2.2 心脏的传导系统 23

2.2.3 心肌的结构和功能 24

2.2.4 心脏的动力学活动 25

2.3 冠脉循环 28

2.3.1 冠状动脉 28

2.3.2 心脏的静脉 29

2.4 体循环 30

2.4.1 大循环 31

2.4.2 微循环 33

2.5 肺循环 34

2.6 脑循环 36

2.7 生理反馈调节机制 37

第3章 加速力的生理影响及防护 41

3.1 概述 41

3.2 加速力的概念 42

3.3 载荷的生理影响 44

3.3.1 +Gz的生理影响 44

3.3.1.1 总体性反应 45

3.3.1.2 心血管系统反应 47

3.3.1.3 呼吸系统反应 51

3.3.1.4 +Gz载荷耐力 54

3.3.2 -GZ的生理影响 55

3.3.2.3 呼吸系统的反应 56

3.3.2.2 心血管系统反应 56

3.3.2.1 总体性反应 56

3.3.2.4 -GZ载荷耐力 57

3.3.3 ±GX的生理影响 57

3.3.3.1 ±GX的生理影响 57

3.3.3.2 -GX的生理影响 58

3.4 座椅角度对+GZ耐力的影响 59

3.4.1 俯卧式 59

3.4.2 仰卧式 60

3.4.2.1 靠背后倾角与载荷耐力的关系 61

3.4.2.2 PALE座椅的防护效果 63

3.5 抗荷服 64

3.5.1 几种实用抗荷服的构造 65

3.5.2 抗荷服的作用 68

3.5.3 抗荷服的效果 69

3.6 M-1和L-1防护法 69

3.6.1 M-1动作 70

3.6.2 L-1动作 71

3.7 加压呼吸防护法 72

3.8 综合防护及训练方法 75

3.8.1 综合抗荷措施 75

3.8.2 载人离心机 78

3.8.3 飞行员抗载荷地面训练 80

3.9 结语 81

3.8.4 过载耐力评价及检测 81

第4章 循环障碍的病理及辅助装置 83

4.1 概述 83

4.2 心肌缺血性心脏病 84

4.3 其他器官缺血性疾患 87

4.3.1 缺血性脑血管病 88

4.3.2 缺血性五官疾病 89

4.3.3 内脏缺血性疾病 89

4.3.4 肢体缺血性疾病 89

4.4 主动脉内气囊反搏 89

4.4.1 发展历史 90

4.4.2 基本原理 92

4.4.3 临床应用 95

4.4.4 IABP技术的进一步发展 96

4.5 体外反搏 97

4.5.1 发展历史 97

4.5.2 基本原理 99

4.5.2.1 序贯式反搏原理 101

4.5.2.2 臀部气囊的作用 102

4.5.3 临床应用 103

4.5.4 体外反搏与主动脉内气囊反搏之比较 104

4.5.5 体外反搏技术的进一步发展 106

4.6 心室辅助装置 107

4.6.1 基本构造 108

4.6.2 临床应用 112

4.6.3 心室辅助装置的进一步发展 113

4.7 人工心脏 114

4.7.1 人工心脏的发展历史 114

4.7.2 基本构造和原理 117

4.7.2.1 电能机械式 117

4.7.2.2 电能液压式 119

4.7.2.3 气动式 120

4.7.3 人工心脏的控制策略 123

4.7.4 临床应用 124

4.7.5 人工心脏的进一步发展 124

4.8 胸腹腔加压辅助方法 126

4.8.1 咳嗽的复苏机制 127

4.8.2 压胸式辅助 129

4.8.3 胸腹交替加压式辅助 130

4.9 结语 132

第5章 循环系统仿真模型 134

5.1 概述 134

5.2 血管中血流的流体动力学模型 135

5.3 心脏模型 143

5.3.1 液压模型 144

5.3.2 泵模型 145

5.3.3 几何形体模型 148

5.4 生理调节和控制机制 150

5.5 循环系统动态模型 154

5.5.1 物理模型 154

5.5.2 数学模型 157

5.6 心衰的仿真 160

5.6.1 全局性心衰的仿真 162

5.6.2 局部性心衰的仿真 164

5.7 脉搏波的仿真 167

5.7.1 中医脉诊中的概念 168

5.7.2 用于脉搏波分析的数学模型 172

5.7.3 仿真实验 174

5.8 冠脉模型 175

5.9 结语 178

第6章 循环辅助装置的优化 180

6.1 概述 180

6.2 主动脉内气囊反搏的优化 181

6.2.1 用于IABP研究的犬模型 182

6.2.2 IABP模型 184

6.2.3 影响IABP疗效的因素 185

6.2.4 充排气时相的仿真优化 187

6.2.5 气囊构造的仿真优化 190

6.2.5.1 双囊充排气时相控制的优化 191

6.2.5.2 多囊的体积分配优化 192

6.2.5.3 多囊的直径优化 194

6.2.5.4 单囊与多囊结构的比较 195

6.2.6 IABP模拟实验台 196

6.2.7 动物实验验证 198

6.3.1 体外反搏模型 201

6.3 体外反搏的优化 201

6.3.2 体外反搏参数的优化 204

6.3.2.1 加压起始时间的影响 204

6.3.2.2 加压关闭时间的影响 205

6.3.2.3 最大压力值的影响 205

6.3.3 体外反搏的模式优化 206

6.3.3.1 序贯与非序贯效果比较 207

6.3.3.2 三级序贯式反搏的仿真 208

6.3.4 体外反搏的多功能优化 211

6.3.4.1 用于治疗心脏缺血的参数优化 211

6.3.4.2 用于治疗肾缺血等腹部脏器的缺血性病症 212

6.3.4.4 用于治疗下肢动脉阻塞性疾病 213

6.3.4.3 用于治疗头部缺血的参数优化 213

6.3.5 从能量角度研究体外反搏的优化 214

6.4 胸腹腔内压作用的仿真 218

6.4.1 心肺交互作用的仿真模型 218

6.4.2 常态自主呼吸时的血液动力学仿真 219

6.4.3 呼吸深度与频率变化的影响 222

6.4.3.1 呼吸深度对血液动力学参量的影响 222

6.4.3.2 呼吸频率对血液动力学参量的影响 223

6.4.3.3 呼吸节律与深度的综合效应 224

6.4.4 阶跃式呼吸的血液动力学效应 224

6.5 心室辅助装置的优化 228

6.5.1 含有左室辅助装置的心血管模型 228

6.5.2 模型的验证 230

6.5.3 左心辅助装置泵血时相的优化 233

6.5.4 人工心室驱动压的优化 235

6.5.5 心功能康复及解除LVAD的仿真 236

6.6 结语 237

第7章 过载防护方法的优化 238

7.1 概述 238

7.2 过载的仿真 239

7.2.1 过载仿真模型的设计思想 239

7.2.2 过载时血压的响应 241

7.2.3 过载时的血流响应 242

7.2.4 眼部收缩压峰值与G模式的关系 243

7.2.4.1 载荷耐力与G增长率的关系 244

7.2.4.2 载荷耐力与G值的关系 245

7.2.4.3 眼部收缩压与G值和时间的关系 246

7.3 抗荷服的仿真优化 247

7.3.1 标准抗荷服的仿真 248

7.3.2 脉冲式抗荷服的仿真 249

7.4 抗荷动作仿真及模拟训练 252

7.4.1 抗荷动作仿真 253

7.4.2 综合防护仿真 254

7.4.3 地面模拟训练台 256

7.5 结语 260

参考文献 261

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