【技术实现步骤摘要】
基于人体组织电导率精细化建模设计的胸腔电阻抗仿真方法
本专利技术属于医用检测
,涉及基于人体组织电导率精细化建模设计的胸腔电阻抗仿真方法。
技术介绍
现有技术中,常见肺功能检测方案主要有两种方式:第一种是容量测定型,仪器通过测量与检测者呼吸道相连的浮筒或者活塞腔体的气体体积变化,从而实现对肺部气体体积变化规律的检测;第二种是流量测定型,仪器通过测定流过截面积一定的气体流量,再对时间积分得到呼吸气体体积,从而实现对肺部气体体积变化的检测。上述两种检测方法都存在着一些不可忽视的问题:1)使用容量测定型检测仪进行检测时,其浮筒的惯性与活塞运动时的摩擦力会导致测量结果失真严重。再者,浮筒与活塞的储气腔体与呼吸管道在使用中会被重复利用,交叉感染风险极大。2)流量测定型检测仪较容量测定型检测仪准确度更高,仪器价格与耗材比较昂贵;测试过程中部分气道仍会被重复利用,仍有一定的交叉感染风险。由于这两种常见的肺功能检测仪都需要将呼吸气道与仪器测量气道相连,不可避免的都存在交叉感染的隐患。患者在测量中还会产生不适感,导致检测时依从性较差。且不能进行实时在线监护,无法满足准确、安全和便捷的要求。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种基于人体组织电导率精细化建模设计的胸腔电阻抗仿真方法,针对现有肺功能检测技术所存在的检测成本高、交叉感染风险大以及单一模式化测量等问题,分区构建胸腔电阻抗电路模型,确定胸腔的电学特性与肺部空气量之间存在的关系,在建立检测方法的基础上对胸腔进行分区搭 ...
【技术保护点】
1.一种基于人体组织电导率精细化建模设计的胸腔电阻抗仿真方法,其特征在于,该方法根据生物组织细胞组成、构成成分及导电能力进行分类建模,分区构建胸腔数学物理模型,通过有限元仿真方法实现胸腔仿真模型的建立,在此基础上进行仿真实验、测试各项参数,具体包括以下步骤:/nS1:根据胸腔各组织的细胞组成、构成成分以及电学特性对其进行分类,构建等效电路模型实现精细化建模;/n将胸腔组织依照其细胞组成、构成成分以及导电能力分为四类,具体为:/n第一类:全部由一般细胞组成,含水量为75%-85%,电导率为0.138-0.613S/m,导电能力良好的器官组织类;/n第二类:由表皮死细胞、一般细胞和脂肪细胞组成,含水量为15%-35%,脂肪含量约占人体全部脂肪含量的65%-70%,电导率为0.031S/m,导电能力中等的皮肤组织类;/n第三类:由无核细胞、血浆组成,含水量为90%,电导率为0.734S/m,导电能力优秀的血液类;/n第四类:由一般细胞和无机盐组成,含水量为15%-25%,钙质成分为65%-75%,电导率为0.0032S/m,导电能力差的骨骼类;/nS2:根据肺组织体积V
【技术特征摘要】
1.一种基于人体组织电导率精细化建模设计的胸腔电阻抗仿真方法,其特征在于,该方法根据生物组织细胞组成、构成成分及导电能力进行分类建模,分区构建胸腔数学物理模型,通过有限元仿真方法实现胸腔仿真模型的建立,在此基础上进行仿真实验、测试各项参数,具体包括以下步骤:
S1:根据胸腔各组织的细胞组成、构成成分以及电学特性对其进行分类,构建等效电路模型实现精细化建模;
将胸腔组织依照其细胞组成、构成成分以及导电能力分为四类,具体为:
第一类:全部由一般细胞组成,含水量为75%-85%,电导率为0.138-0.613S/m,导电能力良好的器官组织类;
第二类:由表皮死细胞、一般细胞和脂肪细胞组成,含水量为15%-35%,脂肪含量约占人体全部脂肪含量的65%-70%,电导率为0.031S/m,导电能力中等的皮肤组织类;
第三类:由无核细胞、血浆组成,含水量为90%,电导率为0.734S/m,导电能力优秀的血液类;
第四类:由一般细胞和无机盐组成,含水量为15%-25%,钙质成分为65%-75%,电导率为0.0032S/m,导电能力差的骨骼类;
S2:根据肺组织体积Vf、空气体积Vk和肺组织中各类物质体积Vz关系,确定呼吸过程中肺部空气量参数与肺组织电导率的变化关系;
S3:确定仿真激励电流的参数量以及各区域的电磁场约束条件、求解域方程以及边界条件,分区构建胸腔数学物理模型;
S4:基于有限元仿真方法,设置胸腔各部分求解域的仿真参数,实现胸腔仿真模型的构建;进行仿真实验分析和各项参数测试,确定肺部空气参数与胸腔电阻抗仿真值的变化关系。
2.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗仿真方法,其特征在于,步骤S1中,所述器官组织类包括:肌肉、心脏和肺脏;器官组织类等效电路模型通过生物组织等效模型描述,等效集中参数总阻抗为:
其中,Zc表示含大量细胞的组织器官的等效阻抗,Ri表示器官的等效内电阻,Re表示器官的等效外电阻,Cm表示器官的等效膜电容,ω表示角速度。
3.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗仿真方法,其特征在于,步骤S1中,所述皮肤组织类包括:皮肤、皮下组织与脂肪组织;皮肤组织类用含皮肤接触电阻的生物组织简化等效电路模型表示,等效集中参数总阻抗为:
其中,Zs表示含皮肤接触电阻的生物组织等效阻抗,R′i表示生物组织的等效内电阻,R′e表示生物组织的等效外电阻,C′m表示生物组织的等效膜电容,Rc表示电极与皮肤之间接触的等效电阻,Cc表示电极与皮肤之间接触的等效电容,Cf表示脂肪组织的等效电容,ω表示角速度。
4.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗仿真方法,其特征在于,步骤S1中,所述血液类用电阻电容并联的电路模型表示,等效集中参数总阻抗为:
其中,Zb为等效电阻,Rb代表血液的等效电阻,Cb代表血液的等效电容,ω表示角速度。
5.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗仿真方法,其特征在于,步骤S2中,假设肺组织体积Vf由空气体积Vk和肺组织中各类物质体积Vz构...
【专利技术属性】
技术研发人员:汪金刚,闫阳天,张一鸣,
申请(专利权)人:重庆大学,
类型:发明
国别省市:重庆;50
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