基于MATLAB的3D-Windkessel动脉血流动力学仿真系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现了三元素Windkessel模型的动脉血流动力学仿真，通过建立动脉系统的电学类比模型（包含外周阻力、动脉顺应性和特征阻抗），将输入的血压时间序列转换为血流动力学参数，为心血管研究提供数值模拟工具。

详 情 说 明

基于3D-Windkessel模型的动脉血流动力学仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的3D-Windkessel模型仿真系统，通过建立动脉系统的电学类比模型（包含外周阻力、动脉顺应性和特征阻抗），将输入的血压时间序列进行血流动力学计算。系统采用微分方程数值求解技术，能够准确模拟动脉系统中的血流动力学特性，输出对应的血流时间序列。该系统支持参数调节和可视化分析，为心血管疾病的辅助诊断和血流动力学研究提供有效的工具支持。

功能特性

• 三元素Windkessel模型：包含外周阻力(R)、动脉顺应性(C)和特征阻抗(Z)的完整电学类比模型
• 微分方程数值求解：采用高效的数值算法求解血流随时间变化的微分方程
• 多格式数据支持：支持.mat和.csv格式的血压时间序列数据输入
• 参数灵活配置：可调节模型参数和采样频率设置
• 结果可视化：生成血流-血压关系曲线图，直观展示动力学特性
• 定量分析评估：提供模型拟合优度指标（RMSE、R²）和血流动力学参数统计分析

使用方法

数据输入准备

1. 准备血压时间序列数据文件（.mat或.csv格式），包含两列数据：时间点（单位：秒）和对应的血压值（单位：mmHg）
2. 设置模型参数：外周阻力R（mmHg·s/mL）、动脉顺应性C（mL/mmHg）、特征阻抗Z（mmHg·s/mL）
3. 配置采样频率（Hz）

运行仿真

执行主程序文件开始仿真计算，系统将自动：

• 读取输入的血压数据
• 基于设定的模型参数进行血流动力学计算
• 生成血流时间序列结果

结果输出

仿真完成后，系统将输出：

• 血流时间序列数据文件（.mat/.csv格式，单位：mL/s）
• 血流-血压关系曲线图
• 模型拟合优度指标（RMSE、R²）
• 血流动力学参数分析报告（峰值血流、平均血流等统计指标）

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存要求：至少4GB RAM
• 存储空间：至少500MB可用空间

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括数据读取与预处理、Windkessel模型参数初始化、微分方程求解器的实现、血流动力学计算算法、结果数据输出生成以及可视化分析功能。该文件提供了完整的仿真流程控制，能够处理用户输入的血压数据，通过数值方法求解血流微分方程，并生成相应的血流时间序列和分析结果。