1、关系参数变量明确目标获取数据建立数学模型仿真模型模型模拟模型验证呼吸肌气管平滑肌调节控制系统气管支气管肺多级分支10万条末端3亿肺泡70-100平米肺通气的原动力：大气与肺泡气之间存在压力差 肺内压（intrapulmonary pressure）肺泡内压力平静吸气：肺容积增加肺内压下降气体克服呼吸道阻力进入肺部 肺容积缩小肺内压升高肺内的气体排除体外呼吸运动组织肺泡体内气体交换的动力气体的分压组织液中氧分压40mmHg动脉血中氧分压100mmHg肺泡气中氧分压102mmHg静脉血中氧分压40mmHg肺总量 ：肺所能容纳的最大气量肺活量：从肺内所能呼出的最大气量残气量：最大呼气末尚存留于肺中不
2、能再呼出的气量潮气量：平静呼吸时每次吸入或呼出的气体量每分通气量=潮气量呼吸频率（次/min）每分肺泡通气量=（潮气量无效腔气量）呼吸频率（次/min ）相互抑制轮流振荡吸气肺扩张牵张呼吸中枢停止吸气呼气肺松弛无牵张呼吸道开放压力、胸腔内压肺的弹性压力、阻抗所致压力、惯性压力21 反作用力=弹性力+阻力+惯性力p1p2=+211EEPPPEVRVIVPVRI压力， 容量， 弹性系数，顺应性气流阻力系数， 惯性阻力fKXRXMXfXXXKRM力， 位移， 运动速度， 加速度线性弹性系数， 线性摩擦阻力系数，质量(惯性阻力系数)1EqRqIqCEqCRI电压， 电量， 电容， 电阻， 电感呼吸力学
3、机械模型二输入方框图/BpllllllppM VRVVC对肺大气压胸腔内压惯性阻力系数气流阻力系数顺应性肺容积/rpBrrrrrrpppM VRVVC对胸廓胸壁肌压胸廓容积腹腔容积/apBaaaaaapppM VR VVC对腹腔腹壁肌压/pllllrprrrrapaaaaparlppppRVVCppRVVCppR VVCVVVVpE V不是从解剖学入手，而是从呼吸过程入手提出有关呼吸系统运动状态的模型21VPPPRVIVC分别从静力学和动力学静力学弹性，肺和胸廓的总弹性相当于肺和胸廓的弹性加和动力学惯性力作用可忽略，仅剩电阻，用层流poiseuille近似描述阻抗111CCC肺胸廓48RlrV
4、PRCIVV参数R，E可以通过测得P和V变化量后估计得到V()()lungbloodlungairlunglungdCQ CCV CCdtV呼出气体总量去除呼出肺泡气体体积得到死去体积()()lungbloodlungairlunglungdCQ CCV CCdtV未考虑死区影响模型改进( )( )aaMC t V tM肺泡内二氧化碳的量Ca肺泡内二氧化碳浓度Va肺泡内气体体积aaaadVdCdMCVdtdtdt肺泡中气体的质量交换有2种途径 -与血液进行交换 -与死区交换C1 肺血管 C2肺泡死区12()aDdVdMQ CCCdtdtC1流入肺泡的二氧化碳浓度C2流出肺泡的二氧化碳浓度Q血流
5、速率CD死区内二氧化碳浓度12()()0aaaDadVdCCCVQ CCdtdt12()()0aaaDadVdCCCVQ CCdtdt1969年 T.Urphy利用这个模型对肺泡中氧分压和肺泡中二氧化碳分压进行了模拟计算sinadVAtdt假设呼吸为正弦型( )0(0)0,(0)0,(0)aaaDaaaDaairaaDdVC tdtdVCCVVVdtdVCVVVdt得到氧分压随时间变化曲线得到二氧化碳分压随时间变化曲线通过对曲线的分析发现了心因振荡二氧化碳浓度偏离正常值体内化学感受器检测信号信息发至中枢控制和呼吸有关的肌肉改变换气频率及呼吸深度血中二氧化碳浓度回归正常当血中CO2浓度CO2B偏
6、离正常值CO2n时，两者的差引起换气率的变化，假设换气率变化和浓度变化成正比，则有：2222enBaasdeCOCOCOVVk CO 血中实际的二氧化碳浓度变化由两个因素决定： 代谢产生二氧化碳 呼吸排出二氧化碳假定控制器的动态过程比受控对象要快得多，根据二氧化碳的平衡关系2222BBCOaBBCOdVCOIV COdtVI-血液容量-二氧化碳代谢率（l/h）假设换气率变化较小，可近似看做常量将非线性系统变为线性系统221( )BCOBaCOISV sV（s）输出输入模型可以描述二氧化碳的代谢率发生阶跃性变化时，血中二氧化碳的浓度将发生怎样的变化2220BeaBCOCOVCO Lorenzo
7、Chiari, Guido Avanzolini, Mauro Ursino. A comprehensive simulator of the human respiratory system:Validation with experimental and simulated dataJ. Annals of biomedical engineering, 1997(25):985-9990()AFRCVT ttVVTIAdVVTdtTI0()FRCAVVTVT ttVTEAdVVTdtTE 34(2.08)TIppVTVT 升5(6)7(2.08)TIp VTppVT升21(2)aCOV
8、Tp PpTI298(2)10aCOpTEpTIPppVTVTTITITTTITE160(min )fTTdVf VTdtComputers in Biology and Medicine.31(1) 59-72Dynamic simulation process under hypoxia was performed.正常状况pm作为输入动力源QL作为输出PL作为中间结果模拟病变：情况B呼吸肌衰竭pm减为50%Vt 降为50%MV降为50%呼吸频率不变模拟病变：情况A阻塞性通气障碍R增加1倍C减少50%Vt 降为50%MV降为50%呼吸频率不变压力控制辅助病变情况A阻塞性通气障碍R增加1倍C
9、减少50%给出辅助通气量Q进入肺的气流可恢复为正常状态，肺内压力明显提高57QKKRu212max3cccVVkR)999. 0ln(1maxcccVVabPVCRVVAKABRssssexplllelBVAKAPexpcwFRCcwcwCVVP/ )(5Parameters for normal adult012340500mL肺内容量01234-6-4-202cmH2O时间，s肺内压和胸膜腔内压肺内压，PA胸膜腔压内，Ppl0123400.10.20.30.40.5时间，s容量,L容量分布 肺陷闭气道012340.20.40.60.81时间，s气阻,cmH2O各级气道阻力 RuRcRs34
10、562.72.82.933.13.23.3Pl(Pldyn)，cmH2OVA,L肺P-V曲线 2460.10.110.120.130.14Pc，cmH2OVc,L陷闭气道P-V曲线PlPldyn呼气吸气6001234-4-2024压力，cmH2O肺内压PA 健康ARDSCOPD01234-1.5-1-0.500.51流量，L/s大气道流量Q时间，s 健康ARDSCOPD0123400.10.20.30.40.5容量，L肺内容量时间，s 健康ARDSCOPD620123400.10.20.30.40.5顺应性，L/cmH2O肺顺应性Cl 健康ARDSCOPD00.20.40.6-1.5-1-0.500.51肺容量，L流量Q，L/s流量-容量环 健康COPD01234-10-8-6-4-20压力，cmH2O胸膜腔内压Ppl时间，s 健康ARDSCOPD65压力控制容量控制0123456246810121416压力，cmH2O时间，s机械通气压力源,Pdrive0123456-202流量，L/s大气道流量 QQvt012345600.51容量，L肺内容量时间，s 气道分级模型VT Plus测量Bilevel 模式SNR(dB)此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！
