心血管系统的电路建模及电磁生物效应研究

论文摘要

随着科学技术的飞速发展,电磁辐射成为危害人们健康的重要隐患。经过国内外学者长时间的研究,发现电磁场对心血管系统会产生影响。所以,就有必要去研究电磁场对心血管系统的影响。本文在对心血管系统的生理知识和心血管系统建模的基本方法论证的基础上,采用建立电路模型与仿真的方法来研究电磁场对心血管系统的影响。分析了心脏、动脉系统的电路模型以及神经调节机制中的颈动脉窦-主动脉弓减压反射的数学模型。从能量角度和血流动力学角度详细阐述了生理上的耦合机制,并根据血液流动的基本参量与电学参量之间的比拟关系对心脏电路模型和动脉系统电路模型进行耦合,进行了MATLAB仿真。针对电磁场对心血管系统的影响主要是神经调节功能,进一步对模型加入神经调节机制的数学模型,进行正常生理情况下的仿真和分析,结果完全符合生理学上的心脏泵血机制,说明本文所建立的心血管系统的电路模型是正确的,与人体正常生理情况相符合。通过分析心血管系统的电磁生物效应的机理以及流行病学调查和动物实验,发现电磁波会引起交感传出频率和迷走传出频率发生变化,据此对模型相应参数进行调整,从外周血管阻力、心肌收缩能力和心动周期三个方面分别对电路模型进行仿真,用数字定量地说明了电磁场对心血管系统确实有影响,而且还会诱发疾病。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 心血管系统建模研究历史回顾
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作和研究意义
• 第二章 心血管系统生理知识
• 2.1 心脏的生理知识
• 2.1.1 心脏的内部结构和血液流动
• 2.1.2 心脏的心动周期
• 2.1.3 心脏的泵血过程
• 2.2 血管的生理知识
• 2.2.1 动脉血压的形成
• 2.2.2 动脉血压的正常值
• 2.3 心血管系统的调节机制
• 2.3.1 神经调节机制的原理
• 2.3.2 神经调节机制的生理意义
• 第三章 心血管系统的建模
• 3.1 心血管系统建模的基本方法
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 数学模型
• 3.2 心脏电路模型
• 3.2.1 左心室电路模型
• 3.2.2 心脏的电路模型
• 3.3 动脉系统的电路模型
• 3.3.1 血管段中血液流动的集中参数
• 3.3.2 血液流动基本参量的电学量比拟
• 3.3.3 血液流动的等效回路
• 3.3.4 弹性腔基本理论
• 3.3.5 双弹性腔模型
• 3.3.6 动脉系统电路模型
• 3.4 神经调节模型
• 3.4.1 传入通路
• 3.4.2 传出通路
• 3.4.3 效应器
• 第四章 心血管系统电路模型及正常情况下的仿真
• 4.1 心血管系统电路模型的耦合
• 4.1.1 心血管系统的电路模型
• 4.1.2 神经调节机制模型和心血管系统电路模型的耦合
• 4.2 正常生理情况下的仿真以及仿真结果分析
• 4.2.1 左心室时变弹性函数的仿真
• 4.2.2 心血管系统电路模型的仿真
• 4.2.3 带有神经调节机制的心血管系统电路模型的仿真
• 第五章 电磁影响下心血管系统电路模型的仿真
• 5.1 电磁生物效应机理
• 5.1.1 热效应概述
• 5.1.2 非热效应机理
• 5.2 电磁场对心血管系统的生物效应
• 5.2.1 流行病学调查
• 5.2.2 动物实验方面
• 5.3 电磁影响下心血管系统电路模型的仿真
• 5.3.1 引起外周血管阻力的变化
• 5.3.2 引起心肌收缩能力的变化
• 5.3.3 引起心动周期的变化
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.2.1 关于模型的展望
• 6.2.2 关于仿真方法的展望
• 6.2.3 关于模型在电磁作用下的影响的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 攻读硕士学位期间发表的论文