第
51
卷第
5
期
2012
年
9
月
厦门大学学报(自然科学版)
Vo
l.
51
No.5
Sep. 2012
Journal
of Xiamen
University
CNatural Science)
冠状动脉粥样硬化性心脏病冠脉循环
建模与仿真
鞠颖，陈迎潮，黄晓
FEJ'
，刘向荣，冯敏，於猛
(厦门大学信息科学与技术学院，福建厦门
361005)
摘要:冠状动脉粥样硬化性心脏病发病率和死亡率都很高，对其进行建模与仿真有重要的医学意义.在左心循环系统的
血流动力学仿真建模的基础上，结合冠状动脉粥样硬化的病理学特点及临床数据，建立描述心血管冠状循环与系统循环
之间血液动力学关系的模拟电路模型，并运用
Matlab/Simulink
对模型进行仿真，模拟冠状动脉粥样硬化性心脏病病理
状态下的冠脉循环血流情况.模型通过修改参数，能模拟不同个体生理情况特征，仿真不同程度的冠状动脉狭窄的血流
情况.仿真波形与动物实验结果相吻合，通过对血流储备分数
(FFR
myo
)
的计算，也进一步验证仿真结果的正确性.
关键词:冠状动脉粥样硬化性心脏病;冠脉循环
E
仿真
中图分类号
:TP
391
文献标志码
:A
冠状动脉粥样硬化性心脏病
(coronary
heart dis-
ease
,
CHD)
，简称冠心病，是由冠状动脉(以下简称冠
脉)各种病变导致心肌供血不足或中断所引起的心脏
疾病，又称缺血性心脏病
(ischernic
heart disease,
IHDPJ.
由于脂质代谢不正常，血液中的脂质沉着在
原本光滑的动脉内膜上，在动脉内膜一些类似粥样的
脂类物质堆积而成白色斑块，称为动脉粥样硬化病变.
冠脉性心脏病的发生绝大多数是由冠脉粥样硬化引起
的，所以，通常所称的冠心病即指冠脉粥样硬化性心脏
病(为叙述方便，以下用
CHD
表示)
.这种心脏病发病
率和死亡率均很高，已经严重危害人类的健康.在临床
诊断上，一般通过冠脉造影能较明确地揭示冠脉的解
剖畸形及其阻塞性病变的位置、程度与范围，这也是目
前唯一能直接观察冠脉形态的论断方法，医学界号称
其为"金标准"，但是这种检查是一种有创的介入性检
查方法，存在一些禁忌症和并发症的问题，具有一定的
风险.对其进行建模并采用仿真方法进行研究，能够避
免这些问题，有重要的医学意义.本文通过对冠脉循环
与系统循环的血液动力学进行建模与仿真，将冠脉循
环模型作为心血管系统循环一部分，可以观察、分析和
预测冠脉狭窄的病患病发过程中冠脉血压和血流波形
收稿日期
:2012-05-23
基金项目:国家自然科学基金项目
(61102137
，
610711
日，
60971085);
福建省自然科学基金项目
(2011J01366
，
2010J01350)
提通信作者:
xyhuang@xmu.
edu.
cn
文章编号
:0438-0479(2012)05-0859-07
曲线，有助于制定
CHD
诊断标准和治疗方案.
1
模型的建立
根据冠脉循环的生理特征
[IJ
可知，影响冠脉循环
血流量的主要因素有主动脉血压、心肌收缩对冠脉的
挤压力等.因此建立冠脉循环仿真模型首先需要建立
左心循环系统得到主动脉根部的血压，也就是左心室
主动脉瓣输出血压.本文模型主要考虑
CHD
的病理
情况下动脉粥样硬化，冠脉血管严重狭窄的情况，此时
血管血流受阻，冠脉血管容流影响可以忽略.根据主动
脉端的血压和血流量大小影响冠脉循环的输入，心内
肌压力大小影响嵌于心室壁内的冠脉血管血流量川，
因此，对
CHD
冠脉循环建立模型时，主要考虑冠脉血
管狭窄的情况.在建立的左心循环仿真模型基础上，将
冠脉循环系统与整个心血管循环系统相捐合，以主动
脉根部血压作为冠脉循环的输入血压，用
Sirnulink
框
图模型法进行数学建模和数值计算，对左心室血压、冠
脉血流量等进行动态模拟，实现对冠脉循环系统的血
流动力学模拟.
根据心血管动力学原理和流体网络理论，流体传
输和等效网络与电网络中相应的传输方程和等效电路
有相同的数学形式，因此可以建立流体网络与电气网
络各个参数之间的类比关系.自
19
世纪末，
Frank
建
立动脉系统的弹性腔理论，讨论大动脉压力随时间的
近似变化规律以来，弹性腔理论在心血管系统建模中
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