戴红芬，金伟伟，陈 晨

    基于等效电路模型仿真的体外反搏技术研究

    戴红芬1，2，金伟伟2，陈 晨1，2

    体外反搏技术提供了一个模拟人体血液循环系统的数学仿真模型，通过建立此模型可以研究体外反搏对血流动力的作用和效果。此建模主要由心房、心室以及肺部血液循环等部分组成，能够为心血管相关医学的分析提供研究数据。通过计算机数学仿真技术，实现了体外反搏在人体血液循环的模拟应用。本研究结果显示：体外反搏的控制比主动脉内球囊反搏的控制更为困难，前者要求控制其他大量的因素。采用体外反搏可以有效加大主动脉舒张压和冠脉血流量，降低心室负荷。

    体外反搏；数学仿真；心血管系统

    体外反搏技术通过对人体躯干的外表面运用同步施压的方法来对心血管系统产生作用，是一种非侵害性心脏辅助治疗手段，多运用于下肢及腹部。它是一种通过对人体外部搏动施压，促进循环从而辅助衰竭心脏的无创性物理治疗装置[1]。当心室舒张时，在作用的端点处施加压力，从而产生压力性心脏舒张增强，由此产生的效果与其他的反搏方法相同，如主动脉内球囊反搏法(IABP)：通过穿刺股动脉将一球囊导管放置在胸主动脉，球囊在心脏舒张期快速充气，以增加冠状动脉的灌注压，增加冠状动脉血流[2]。在中国，体外反搏技术已经被广泛地应用于由局部贫血导致的心肌衰弱等一系列症状的心脏辅助性治疗过程当中，它在缓解慢性心绞痛病人症状以及在持续增加缺血心肌灌注量治疗等方面发挥重要的作用[3-4]，而且它能增加血流切应力，并通过血管生物学机制发挥血管保护和抗动脉粥样硬化的作用[5-6]。

    而体外反搏用于心血管的仿真研究通常使用的是类似物或者数字模型，很难使用活体进行可控、可重复的试验。此外，由于体外反搏治疗非侵害性的特点，试验时很难直接测量血流动力学相关参数，这些对获得有用的研究数据造成了极大的阻碍。

    目前，模型化仿真已经成为心脏辅助疗法的重要研究工具。它提供了详细的参数分析，并且能够提供辅助治疗的最优量化标准及可实现的过程。相关文献采用了数学建模与电脑仿真的方式来探寻体外反搏机制，把人类的血液循环系统用电路中常用的电阻、电容、电感等进行模拟，将血液表征的物理量如血压等用电路中的电气参数来描述，进而由基尔霍夫定律列出对应的电路方程，通过数学方法解出所需的变量[7]。在之前的基础上，本文采用一种模拟心血管系统的非线性的数字式的计算机模型研究其对体外反搏的影响，该模型拥有充分的精确性能使体外反搏与辅助治疗方法相结合，能允许一系列脉动压力及循环计算误差浮动。研究体外反搏对心血管系统的影响是基于此前模型进行修改所得到的优化模型 ......