基于用戶研究的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)：以醫(yī)療設(shè)備研發(fā)為例一、引言1.1研究背景與意義隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活方式的改變，心血管疾病已成為全球范圍內(nèi)威脅人類健康的主要疾病之一。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，心血管疾病每年導(dǎo)致全球約1790萬人死亡，占全球死亡人數(shù)的31%。在中國，心血管疾病同樣是居民死亡的首要原因，《中國心血管健康與疾病報告2022》指出，我國心血管病現(xiàn)患人數(shù)達(dá)3.3億，每5例死亡中就有2例死于心血管病。心血管疾病的高發(fā)病率和死亡率促使醫(yī)學(xué)領(lǐng)域不斷探索新的治療方法和技術(shù)。在這一過程中，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)是一種能夠模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)的實驗裝置，它可以在體外環(huán)境下對心血管疾病的病理生理機(jī)制進(jìn)行深入研究，為心血管疾病的診斷、治療和預(yù)防提供重要的實驗依據(jù)。傳統(tǒng)的心血管疾病研究方法主要依賴于動物實驗和臨床研究。然而，動物實驗存在著物種差異、實驗條件難以控制等問題，而臨床研究則受到倫理、成本等因素的限制。相比之下，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：首先，它可以精確控制實驗條件，如血流速度、壓力、溫度等，從而為研究提供更加穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)；其次，它可以避免動物實驗中的物種差異問題，更準(zhǔn)確地模擬人體生理和病理狀態(tài)；最后，它可以在一定程度上減少臨床研究的風(fēng)險和成本，為心血管疾病的治療提供更加安全和有效的方案。在心血管疾病的治療領(lǐng)域，許多新型治療技術(shù)和器械的研發(fā)都離不開體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的支持。例如，心臟支架、人工心臟瓣膜等心血管介入器械的研發(fā)過程中，需要通過體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)對其性能進(jìn)行評估和優(yōu)化，以確保其在臨床應(yīng)用中的安全性和有效性。此外，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)還可以用于研究心血管藥物的作用機(jī)制和療效，為新藥的研發(fā)提供重要的實驗依據(jù)。然而，目前現(xiàn)有的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)在功能和性能方面仍存在一些不足之處。例如，部分系統(tǒng)的模擬精度不夠高，無法準(zhǔn)確反映人體血液循環(huán)系統(tǒng)的真實情況；部分系統(tǒng)的操作復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作和維護(hù)；部分系統(tǒng)的成本較高，限制了其在臨床和科研中的廣泛應(yīng)用。因此，開發(fā)一種更加高效、精確、易用且成本低廉的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。基于用戶研究的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，旨在通過深入了解用戶（包括醫(yī)生、科研人員、患者等）的需求和期望，針對性地優(yōu)化系統(tǒng)的功能和性能。通過與醫(yī)生和科研人員的溝通，可以了解他們在心血管疾病研究和治療過程中對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的具體需求，如對模擬參數(shù)的精度要求、對系統(tǒng)操作便捷性的期望等。通過對患者的調(diào)研，可以了解他們對心血管疾病治療效果的期望，從而為系統(tǒng)的設(shè)計提供更加貼近臨床實際的指導(dǎo)。這種基于用戶研究的設(shè)計開發(fā)方法，能夠使體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)更好地滿足用戶的需求，提高其在心血管疾病診療和研究中的應(yīng)用價值，進(jìn)而推動整個醫(yī)療領(lǐng)域在心血管疾病防治方面的發(fā)展，為降低心血管疾病的發(fā)病率和死亡率做出貢獻(xiàn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域，國外的研究起步較早，技術(shù)相對成熟。美國、德國、日本等國家的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在該領(lǐng)域投入了大量資源，取得了一系列具有影響力的成果。例如，美國的一些研究團(tuán)隊開發(fā)出了高精度的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)，能夠精確模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)的各種生理參數(shù)，如血流速度、壓力、溫度等。這些系統(tǒng)在心血管疾病的研究、新型醫(yī)療器械的研發(fā)以及藥物療效評估等方面發(fā)揮了重要作用。德國的相關(guān)研究則側(cè)重于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，通過優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制算法，提高了系統(tǒng)在長時間運行過程中的穩(wěn)定性，減少了實驗誤差。日本的研究則注重于系統(tǒng)的小型化和便攜化，開發(fā)出了一些體積小巧、便于攜帶的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)，為臨床診斷和現(xiàn)場急救提供了便利。在國內(nèi)，隨著對心血管疾病研究的重視程度不斷提高，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的研究也取得了顯著進(jìn)展。許多高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛開展相關(guān)研究項目，致力于開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)。一些國內(nèi)企業(yè)也積極參與到該領(lǐng)域的研發(fā)中，推動了技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。國內(nèi)的研究團(tuán)隊在系統(tǒng)的模擬精度、功能集成以及成本控制等方面取得了一定的突破。例如，部分研究團(tuán)隊通過改進(jìn)傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法，提高了系統(tǒng)對生理參數(shù)的測量精度；還有團(tuán)隊將多種功能集成到一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對心血管疾病的多參數(shù)綜合檢測和分析。在用戶研究應(yīng)用方面，國外已經(jīng)開始將用戶研究的方法和理念廣泛應(yīng)用于體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)中。通過深入了解醫(yī)生、科研人員和患者等不同用戶群體的需求和期望，針對性地優(yōu)化系統(tǒng)的功能和性能。例如，在系統(tǒng)界面設(shè)計上，充分考慮用戶的操作習(xí)慣和認(rèn)知水平，采用簡潔直觀的界面布局和交互方式，提高用戶的操作效率和滿意度。在功能設(shè)計上，根據(jù)醫(yī)生和科研人員的實際工作需求，增加了一些個性化的功能模塊，如數(shù)據(jù)定制分析、實驗方案預(yù)設(shè)等，滿足了不同用戶的特殊需求。國內(nèi)在用戶研究應(yīng)用于體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)方面也逐漸受到關(guān)注，但整體上仍處于起步階段。一些研究開始嘗試通過問卷調(diào)查、用戶訪談等方式收集用戶的反饋意見，但在研究的深度和廣度上還有待進(jìn)一步提高。部分研究僅關(guān)注了系統(tǒng)的基本功能需求，而對用戶在使用過程中的情感體驗、心理需求等方面的研究較少。此外，在將用戶研究成果轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)的實際應(yīng)用方面，還存在一定的差距，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)的研究和實踐。盡管國內(nèi)外在體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)及用戶研究應(yīng)用方面取得了一定的成果，但仍然存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有系統(tǒng)在模擬的全面性和真實性方面仍有待提高，難以完全準(zhǔn)確地反映人體血液循環(huán)系統(tǒng)的復(fù)雜生理和病理狀態(tài)。例如，對于一些特殊的心血管疾病，如先天性心臟病、心肌病等，現(xiàn)有的模擬系統(tǒng)還無法很好地模擬其獨特的病理生理特征。另一方面，在用戶研究方面，雖然已經(jīng)認(rèn)識到其重要性，但研究方法和應(yīng)用模式還不夠成熟，需要進(jìn)一步探索更加科學(xué)、有效的用戶研究方法，以及如何更好地將用戶研究成果融入到系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)中，以提高系統(tǒng)的用戶體驗和應(yīng)用價值。1.3研究方法與創(chuàng)新點本研究綜合運用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性與實用性。在用戶研究階段，主要采用問卷調(diào)查法、用戶訪談法以及觀察法。通過精心設(shè)計的問卷調(diào)查，廣泛收集醫(yī)生、科研人員和患者等不同用戶群體對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的需求、期望以及使用體驗等方面的信息。針對重點用戶，開展深入的用戶訪談，深入了解他們在實際工作和治療過程中遇到的問題以及對系統(tǒng)功能改進(jìn)的具體建議。同時，在醫(yī)院和科研機(jī)構(gòu)實地觀察用戶對現(xiàn)有系統(tǒng)的操作過程，直觀地獲取用戶在使用過程中的行為習(xí)慣、操作難點以及潛在需求。在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中，采用模塊化設(shè)計方法，將體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)劃分為多個功能模塊，如血流模擬模塊、壓力控制模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析模塊等。每個模塊具有明確的功能和接口，便于設(shè)計、開發(fā)和維護(hù)?；贛ATLAB等軟件平臺進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真，通過對系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。同時，充分結(jié)合硬件平臺和軟件工具，選用高精度的傳感器、可靠的控制芯片以及高效的數(shù)值分析軟件和建模工具，確保系統(tǒng)能夠精確地模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)的各種生理參數(shù)。實驗測試階段，構(gòu)建模擬試驗環(huán)境，對開發(fā)完成的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)進(jìn)行全面的性能測試。通過模擬不同的心血管疾病場景，測試系統(tǒng)對血流速度、壓力、溫度等生理參數(shù)的模擬精度和穩(wěn)定性。采用對比實驗的方法，將本系統(tǒng)與現(xiàn)有同類系統(tǒng)進(jìn)行對比，評估本系統(tǒng)在功能、性能和用戶體驗等方面的優(yōu)勢和不足。邀請專業(yè)的醫(yī)生和科研人員對系統(tǒng)進(jìn)行試用和評估，收集他們的反饋意見，進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)。本研究在滿足用戶需求和提升系統(tǒng)性能方面具有顯著的創(chuàng)新點。在需求滿足方面，首次全面深入地考慮醫(yī)生、科研人員和患者等多類用戶的需求，打破以往僅關(guān)注專業(yè)用戶需求的局限。通過用戶研究，深入了解患者對治療效果的期望，并將這些期望轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)設(shè)計的具體要求，使系統(tǒng)不僅能滿足專業(yè)研究和治療的需求，還能更好地服務(wù)于患者，提高治療效果和患者的生活質(zhì)量。例如，根據(jù)患者對治療過程中舒適度的關(guān)注，優(yōu)化系統(tǒng)的操作流程和設(shè)備設(shè)計，減少患者在治療過程中的不適感。在性能提升方面，提出了創(chuàng)新性的系統(tǒng)設(shè)計理念和技術(shù)方案。通過優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制算法，提高了系統(tǒng)對生理參數(shù)的模擬精度，能夠更準(zhǔn)確地反映人體血液循環(huán)系統(tǒng)的真實情況。引入先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法，實現(xiàn)了對生理參數(shù)的實時、精準(zhǔn)監(jiān)測和分析，為心血管疾病的研究和治療提供了更可靠的數(shù)據(jù)支持。此外，在系統(tǒng)的便攜性和易用性方面也取得了突破，通過采用小型化設(shè)計和簡潔直觀的操作界面，使系統(tǒng)便于攜帶和操作，降低了使用門檻，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和推廣價值。二、體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)相關(guān)理論與技術(shù)基礎(chǔ)2.1體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)概述2.1.1系統(tǒng)定義與功能體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)是一種高度復(fù)雜且精密的實驗裝置，它通過一系列先進(jìn)的技術(shù)手段和巧妙的設(shè)計，能夠在體外環(huán)境中高度逼真地模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵特征和生理過程。其核心在于精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)人體血液循環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)特性，涵蓋血流動力學(xué)、心血管生理等多個關(guān)鍵方面。從血流動力學(xué)角度來看，該系統(tǒng)能夠精確模擬血液在人體血管中的流動狀態(tài)。通過精心設(shè)計的動力驅(qū)動裝置，它可以產(chǎn)生與人體心臟搏動相似的周期性動力，從而實現(xiàn)對血流速度和壓力的精確調(diào)控，使其與人體實際的血流動力學(xué)參數(shù)高度吻合。例如，在正常生理狀態(tài)下，人體主動脈的平均血流速度約為0.2-0.3m/s，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將模擬血流速度控制在這一范圍內(nèi)，并且可以根據(jù)不同的實驗需求，如模擬運動狀態(tài)下心臟負(fù)荷增加時的血流變化，靈活調(diào)整血流速度和壓力，以滿足各種研究場景的要求。在心血管生理模擬方面，該系統(tǒng)通過構(gòu)建模擬心臟、血管以及其他相關(guān)生理結(jié)構(gòu)，能夠全面模擬人體心血管系統(tǒng)的生理功能。模擬心臟部分通常采用先進(jìn)的仿生材料和精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)與真實心臟相似的收縮和舒張運動，從而推動模擬血液在循環(huán)系統(tǒng)中流動。同時，系統(tǒng)還會考慮到血管的彈性、順應(yīng)性等特性，通過使用特殊的材料和設(shè)計，模擬血管在不同壓力下的擴(kuò)張和收縮，以更真實地反映人體血液循環(huán)系統(tǒng)的生理狀態(tài)。除了模擬人體循環(huán)系統(tǒng)，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的監(jiān)測功能，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測多種關(guān)鍵生理參數(shù)。借助高精度的傳感器技術(shù)，系統(tǒng)可以對血流速度、壓力、溫度、血氧飽和度等參數(shù)進(jìn)行精確測量。這些傳感器被巧妙地集成在系統(tǒng)的各個關(guān)鍵部位，如模擬血管的不同位置、模擬心臟的出入口等，以確保能夠獲取到全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。以血氧飽和度監(jiān)測為例，系統(tǒng)采用先進(jìn)的光學(xué)傳感器，通過對模擬血液中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜進(jìn)行分析，能夠?qū)崟r、精準(zhǔn)地監(jiān)測血氧飽和度的變化，為研究心血管疾病對氧氣輸送的影響提供了重要的數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)分析與處理也是體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的重要功能之一。系統(tǒng)配備了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件，能夠?qū)ΡO(jiān)測到的大量生理參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的處理和深入分析。通過運用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法和數(shù)學(xué)模型，軟件可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，提取關(guān)鍵信息，如血流動力學(xué)參數(shù)的變化趨勢、不同生理參數(shù)之間的相關(guān)性等。同時，軟件還具備數(shù)據(jù)可視化功能，能夠?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)以直觀的圖表、曲線等形式呈現(xiàn)出來，方便研究人員直觀地了解實驗結(jié)果，從而為心血管疾病的研究和治療提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。例如，在研究某種心血管藥物對血流動力學(xué)的影響時，研究人員可以通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能，快速、準(zhǔn)確地了解藥物作用前后血流速度、壓力等參數(shù)的變化情況，進(jìn)而評估藥物的療效和安全性。對于醫(yī)療研究而言，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)為心血管疾病的研究提供了一個極為重要的實驗平臺。在心血管疾病的發(fā)病機(jī)制研究方面，研究人員可以利用該系統(tǒng)模擬各種心血管疾病的病理生理狀態(tài)，如冠心病、心力衰竭等，通過對模擬循環(huán)系統(tǒng)中生理參數(shù)的監(jiān)測和分析，深入探究疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，為揭示疾病的本質(zhì)提供關(guān)鍵線索。在藥物研發(fā)過程中，該系統(tǒng)可以用于評估藥物對心血管系統(tǒng)的作用效果和安全性。通過在模擬循環(huán)系統(tǒng)中添加藥物，觀察藥物對血流動力學(xué)參數(shù)、心臟功能等方面的影響，研究人員可以初步篩選出具有潛在療效的藥物，并進(jìn)一步優(yōu)化藥物的劑量和配方，從而大大提高藥物研發(fā)的效率和成功率。在醫(yī)療器械研發(fā)領(lǐng)域，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)同樣發(fā)揮著不可或缺的作用。對于心臟支架、人工心臟瓣膜等心血管介入器械的研發(fā)，系統(tǒng)能夠模擬器械在人體心血管系統(tǒng)中的實際工作環(huán)境，對器械的性能進(jìn)行全面、嚴(yán)格的測試和評估。通過在模擬循環(huán)系統(tǒng)中植入器械，監(jiān)測器械在不同血流動力學(xué)條件下的性能表現(xiàn)，如支架的支撐效果、瓣膜的開閉功能等，研發(fā)人員可以及時發(fā)現(xiàn)器械存在的問題，并進(jìn)行針對性的改進(jìn)和優(yōu)化，以確保器械在臨床應(yīng)用中的安全性和有效性。2.1.2系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域在心血管疾病研究領(lǐng)域，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)發(fā)揮著舉足輕重的作用。在冠心病的研究中，研究人員可以利用該系統(tǒng)模擬冠狀動脈粥樣硬化的病理狀態(tài)，通過在模擬血管中構(gòu)建斑塊模型，觀察血流在狹窄血管中的流動特性以及心肌的供血情況。借助系統(tǒng)的監(jiān)測功能，能夠精確測量狹窄部位的血流速度、壓力梯度等參數(shù)，深入研究冠心病的發(fā)病機(jī)制以及不同治療方法對血流動力學(xué)的影響。例如，通過對比藥物治療和介入治療前后模擬循環(huán)系統(tǒng)中的血流參數(shù)變化，評估不同治療策略的療效，為臨床治療提供科學(xué)依據(jù)。對于心力衰竭的研究，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)可以模擬心臟功能減退時的血流動力學(xué)變化。通過調(diào)整模擬心臟的收縮和舒張功能，改變心臟的泵血能力，研究人員可以觀察到全身循環(huán)系統(tǒng)的相應(yīng)變化，如血壓下降、組織灌注不足等。這有助于深入了解心力衰竭的病理生理過程，探索新的治療方法和藥物靶點。例如，利用系統(tǒng)研究新型強(qiáng)心藥物對心臟功能的改善作用，以及不同藥物組合對心力衰竭患者血流動力學(xué)的綜合影響，為心力衰竭的治療提供更多的選擇和優(yōu)化方案。在醫(yī)療器械研發(fā)方面，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)是確保醫(yī)療器械性能和安全性的關(guān)鍵工具。在心臟支架的研發(fā)過程中，系統(tǒng)能夠模擬人體冠狀動脈的生理環(huán)境，對支架的支撐性能、貼壁性以及對血流的影響進(jìn)行全面測試。通過在模擬血管中植入不同設(shè)計的支架，觀察支架在長期循環(huán)加載下的力學(xué)性能變化，以及對血管內(nèi)皮細(xì)胞生長和血栓形成的影響，研發(fā)人員可以不斷優(yōu)化支架的結(jié)構(gòu)和材料，提高其臨床應(yīng)用的安全性和有效性。例如，通過系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)某種新型支架材料能夠減少血栓形成的風(fēng)險，并且具有更好的生物相容性，這為該支架的進(jìn)一步研發(fā)和臨床推廣提供了有力支持。對于人工心臟瓣膜的研發(fā)，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)可以模擬心臟的跳動和血流動力學(xué)環(huán)境，對瓣膜的開閉功能、反流情況以及耐久性進(jìn)行嚴(yán)格測試。通過模擬不同的心率、血壓和血流速度，觀察瓣膜在各種工況下的性能表現(xiàn)，確保瓣膜能夠在人體復(fù)雜的生理環(huán)境中穩(wěn)定工作。例如，利用系統(tǒng)測試新型人工心臟瓣膜的耐久性，通過長時間的模擬循環(huán)實驗，評估瓣膜在數(shù)百萬次開閉循環(huán)后的磨損情況和功能穩(wěn)定性，為瓣膜的質(zhì)量控制和臨床應(yīng)用提供重要的參考依據(jù)。在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)為醫(yī)學(xué)生提供了一個直觀、有效的學(xué)習(xí)工具。通過操作該系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)生可以更加深入地理解人體血液循環(huán)系統(tǒng)的生理機(jī)制和病理變化。例如，在學(xué)習(xí)心血管系統(tǒng)的生理學(xué)時，學(xué)生可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，觀察不同生理狀態(tài)下血流動力學(xué)參數(shù)的變化，如運動、休息時心臟的泵血功能和血管的阻力變化，從而加深對心血管生理知識的理解。在學(xué)習(xí)心血管疾病的診斷和治療時，學(xué)生可以利用系統(tǒng)模擬各種心血管疾病的癥狀和體征，通過監(jiān)測生理參數(shù)的變化，學(xué)習(xí)如何進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷和制定合理的治療方案。這種實踐操作式的學(xué)習(xí)方式，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)他們的臨床思維和實踐能力，為未來的醫(yī)學(xué)實踐打下堅實的基礎(chǔ)。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)w外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的功能需求存在顯著差異。在心血管疾病研究中，更注重系統(tǒng)對復(fù)雜病理生理狀態(tài)的模擬能力，以及對微小生理參數(shù)變化的監(jiān)測精度。例如，在研究心肌梗死的發(fā)病機(jī)制時，需要系統(tǒng)能夠精確模擬心肌缺血再灌注損傷的過程，監(jiān)測心肌代謝產(chǎn)物、細(xì)胞因子等微觀指標(biāo)的變化，這就要求系統(tǒng)具備高度的穩(wěn)定性和精確的控制能力，以及高靈敏度的檢測手段。在醫(yī)療器械研發(fā)中，對系統(tǒng)的模擬真實性和可靠性要求極高，需要能夠準(zhǔn)確模擬醫(yī)療器械在人體中的實際工作環(huán)境和受力情況。例如，在人工心臟瓣膜的研發(fā)中，不僅要模擬心臟的血流動力學(xué)環(huán)境，還要考慮瓣膜與周圍組織的相互作用，以及長期使用過程中的磨損和疲勞問題，這就需要系統(tǒng)具備全面的模擬功能和長期穩(wěn)定的運行能力。而在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的操作便捷性和直觀性，以及豐富的教學(xué)輔助功能。例如，系統(tǒng)需要配備簡單易懂的操作界面和可視化的教學(xué)軟件，能夠?qū)崟r展示生理參數(shù)的變化和模擬過程，方便學(xué)生理解和操作。同時，還需要提供豐富的教學(xué)案例和實驗指導(dǎo)，幫助學(xué)生更好地掌握心血管系統(tǒng)的知識和技能。2.2關(guān)鍵技術(shù)2.2.1模擬心臟與血管技術(shù)模擬心臟與血管技術(shù)是體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，其原理基于對人體心臟和血管生理特性的深入理解與精確模擬。在模擬心臟脈動方面，通常采用機(jī)械驅(qū)動或液壓驅(qū)動的方式來實現(xiàn)。機(jī)械驅(qū)動方式利用電機(jī)帶動偏心輪或凸輪機(jī)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復(fù)直線運動，從而模擬心臟的收縮和舒張過程。這種方式結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，但在模擬心臟的動態(tài)特性時可能存在一定的局限性，例如難以精確模擬心臟在不同生理狀態(tài)下的收縮力變化。液壓驅(qū)動方式則通過液壓泵提供壓力，推動活塞或隔膜運動，進(jìn)而模擬心臟的搏動。液壓驅(qū)動具有響應(yīng)速度快、輸出力大的優(yōu)點，能夠更準(zhǔn)確地模擬心臟在不同生理條件下的脈動特性。例如，在模擬運動狀態(tài)下心臟負(fù)荷增加時，液壓驅(qū)動系統(tǒng)可以迅速調(diào)整輸出壓力，使模擬心臟的收縮力和頻率相應(yīng)增加，從而更真實地反映人體的生理反應(yīng)。在模擬血管特性方面，需要考慮血管的彈性、順應(yīng)性和阻力等因素。為了模擬血管的彈性，通常采用具有彈性的材料來制作模擬血管，如硅膠、聚氨酯等。這些材料能夠在一定程度上模擬血管在受到壓力時的擴(kuò)張和收縮特性。通過調(diào)整材料的配方和結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)一步優(yōu)化模擬血管的彈性性能，使其更接近人體血管的真實情況。順應(yīng)性是血管的另一個重要特性，它反映了血管在壓力變化時容積的變化能力。為了模擬血管的順應(yīng)性，在系統(tǒng)設(shè)計中可以引入順應(yīng)性腔室。順應(yīng)性腔室通常由彈性材料制成，內(nèi)部充滿液體，通過與模擬血管相連通，能夠在一定程度上緩沖壓力變化，模擬血管的順應(yīng)性。當(dāng)心臟收縮時，血液進(jìn)入模擬血管，導(dǎo)致血管內(nèi)壓力升高，順應(yīng)性腔室會相應(yīng)地擴(kuò)張，儲存一部分血液；當(dāng)心臟舒張時，血管內(nèi)壓力降低，順應(yīng)性腔室則會收縮，將儲存的血液釋放回血管中，從而維持血液的連續(xù)流動。血管阻力的模擬則通過在模擬血管中設(shè)置阻力元件來實現(xiàn)。阻力元件可以是不同直徑的管道、節(jié)流閥或多孔介質(zhì)等。通過調(diào)整阻力元件的參數(shù)，如管道直徑、節(jié)流閥開度等，可以精確控制模擬血管的阻力，使其與人體血管在不同生理狀態(tài)下的阻力相匹配。例如，在模擬高血壓患者的血管阻力時，可以適當(dāng)減小模擬血管的直徑或增加節(jié)流閥的阻力，以提高血管阻力，從而模擬高血壓狀態(tài)下的血流動力學(xué)變化。模擬心臟與血管技術(shù)對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性有著至關(guān)重要的影響。準(zhǔn)確的心臟脈動模擬能夠為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的動力源，確保模擬血液能夠按照人體生理規(guī)律在系統(tǒng)中循環(huán)流動。而精確的血管特性模擬則能夠使系統(tǒng)更真實地反映人體血液循環(huán)系統(tǒng)的生理和病理狀態(tài)，為心血管疾病的研究和治療提供更可靠的實驗依據(jù)。例如，在研究冠心病時，準(zhǔn)確模擬冠狀動脈的狹窄和阻塞情況，以及心臟在這種情況下的代償機(jī)制，對于深入了解冠心病的發(fā)病機(jī)制和治療方法具有重要意義。如果模擬心臟與血管技術(shù)存在誤差，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)模擬的血流動力學(xué)參數(shù)與人體實際情況不符，從而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，模擬心臟的脈動頻率和收縮力不準(zhǔn)確，可能會導(dǎo)致模擬血液的流速和壓力異常，無法真實反映人體心臟的泵血功能；模擬血管的彈性和順應(yīng)性與實際情況差異較大，可能會影響血液在血管中的流動特性，使實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差。2.2.2血流動力學(xué)參數(shù)監(jiān)測與控制技術(shù)血流動力學(xué)參數(shù)監(jiān)測與控制技術(shù)是體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其對于深入研究心血管系統(tǒng)的生理和病理機(jī)制，以及評估心血管疾病治療效果具有重要意義。在監(jiān)測血流、血壓等參數(shù)時，主要基于多種物理原理和先進(jìn)的傳感器技術(shù)。對于血流速度的監(jiān)測，常用的方法是基于多普勒效應(yīng)。當(dāng)超聲波照射到流動的血液時，由于血液中紅細(xì)胞的運動，反射回來的超聲波頻率會發(fā)生變化，這種頻率變化與血流速度成正比。通過檢測反射超聲波的頻率變化，就可以計算出血流速度。例如，在臨床常用的超聲多普勒血流儀中，將超聲探頭放置在模擬血管的特定位置，向血管內(nèi)發(fā)射超聲波，接收反射波并分析其頻率變化，從而實時獲取血流速度信息。電磁感應(yīng)原理也可用于血流速度監(jiān)測。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)電的血液在磁場中流動時，會在垂直于磁場和血流方向的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與血流速度成正比?；诖嗽碓O(shè)計的電磁血流傳感器，能夠準(zhǔn)確測量血流速度。將電磁血流傳感器安裝在模擬血管的合適位置，通過測量感應(yīng)電動勢，即可得到血流速度數(shù)據(jù)。血壓監(jiān)測則主要利用壓力傳感器。壓力傳感器可以分為電容式、壓阻式等多種類型。電容式壓力傳感器通過檢測電容的變化來測量壓力，當(dāng)壓力作用于傳感器的彈性膜片時，膜片發(fā)生形變，導(dǎo)致電容值改變，通過測量電容變化即可得到壓力值。壓阻式壓力傳感器則是利用壓阻效應(yīng)，當(dāng)壓力作用于傳感器的敏感元件時，其電阻值發(fā)生變化，通過測量電阻變化來計算壓力。在體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)中，將壓力傳感器安裝在模擬血管的不同位置，如主動脈、肺動脈等，就可以實時監(jiān)測血壓的變化。為了實現(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制，通常采用閉環(huán)控制策略。閉環(huán)控制是指系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的實際參數(shù)值與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值進(jìn)行比較，然后通過控制器調(diào)整系統(tǒng)的輸入，使實際參數(shù)值趨近于目標(biāo)值。以血流速度控制為例，系統(tǒng)首先通過血流速度傳感器實時監(jiān)測血流速度，將監(jiān)測到的血流速度值傳輸給控制器?？刂破鲗嶋H血流速度值與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值進(jìn)行比較，如果實際值低于目標(biāo)值，控制器會輸出信號，增大模擬心臟的驅(qū)動功率，使心臟的收縮力增強(qiáng)，從而提高血流速度；反之，如果實際值高于目標(biāo)值，控制器會減小模擬心臟的驅(qū)動功率，降低血流速度。在血壓控制方面，同樣采用閉環(huán)控制。當(dāng)監(jiān)測到的血壓值高于目標(biāo)值時，控制器可以通過調(diào)節(jié)模擬血管的阻力元件，如增加節(jié)流閥的開度，降低血管阻力，從而使血壓下降；當(dāng)血壓值低于目標(biāo)值時，控制器則減小節(jié)流閥開度，增加血管阻力，使血壓升高。為了提高控制的精度和穩(wěn)定性，還可以采用先進(jìn)的控制算法，如比例-積分-微分（PID）控制算法。PID控制算法根據(jù)實際參數(shù)值與目標(biāo)值的偏差，以及偏差的變化率和積分值，計算出控制量，對系統(tǒng)進(jìn)行精確控制。在體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)中，通過優(yōu)化PID控制器的參數(shù)，可以使系統(tǒng)對血流動力學(xué)參數(shù)的控制更加精準(zhǔn)、穩(wěn)定，滿足不同實驗條件下的需求。2.2.3數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)是體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的重要支撐，其對于系統(tǒng)性能評估和優(yōu)化設(shè)計起著關(guān)鍵作用。在數(shù)據(jù)采集方面，主要依賴于高精度的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。這些設(shè)備能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地采集系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，包括血流動力學(xué)參數(shù)、溫度、壓力等。常用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集卡和傳感器。數(shù)據(jù)采集卡是一種將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其傳輸?shù)接嬎銠C(jī)進(jìn)行處理的設(shè)備。它具有高速、高精度的數(shù)據(jù)采集能力，能夠滿足體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集速度和精度的要求。例如，一些高性能的數(shù)據(jù)采集卡可以實現(xiàn)每秒數(shù)萬次的數(shù)據(jù)采集，并且具有16位以上的分辨率，能夠精確采集微小的信號變化。傳感器是數(shù)據(jù)采集的前端設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)不同的測量參數(shù)可以分為流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等。流量傳感器用于測量血流速度和流量，常見的有超聲多普勒流量傳感器、電磁流量傳感器等；壓力傳感器用于測量血壓和血管內(nèi)壓力，如電容式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器等；溫度傳感器用于測量模擬血液的溫度，常用的有熱電偶、熱敏電阻等。這些傳感器具有高精度、高靈敏度的特點，能夠準(zhǔn)確測量各種參數(shù)的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡。在數(shù)據(jù)采集過程中，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定。校準(zhǔn)是指通過與標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行比較，調(diào)整數(shù)據(jù)采集設(shè)備的參數(shù)，使其測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致。標(biāo)定則是確定傳感器的輸出信號與被測量之間的定量關(guān)系。通過定期校準(zhǔn)和標(biāo)定，可以保證數(shù)據(jù)采集設(shè)備的測量精度，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。分析軟件是數(shù)據(jù)處理和分析的核心工具，其具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析功能。常見的數(shù)據(jù)分析軟件包括MATLAB、Origin等。這些軟件提供了豐富的數(shù)據(jù)處理算法和工具，能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行濾波、降噪、特征提取等處理。例如，通過濾波算法可以去除數(shù)據(jù)中的噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的信噪比；通過特征提取算法可以從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵的特征參數(shù)，如血流動力學(xué)參數(shù)的峰值、平均值、變化趨勢等。利用數(shù)據(jù)分析軟件還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)以直觀的圖表、曲線等形式呈現(xiàn)出來。例如，通過繪制血流速度隨時間變化的曲線，可以清晰地觀察到血流速度的動態(tài)變化過程；通過繪制血壓與血流速度的關(guān)系圖，可以分析兩者之間的相關(guān)性。數(shù)據(jù)可視化能夠幫助研究人員更直觀地理解數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律和異常，為系統(tǒng)性能評估和優(yōu)化設(shè)計提供有力支持。在系統(tǒng)性能評估方面，數(shù)據(jù)分析可以提供多方面的信息。通過對血流動力學(xué)參數(shù)的分析，可以評估系統(tǒng)對人體血液循環(huán)系統(tǒng)的模擬精度，判斷系統(tǒng)是否能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)人體的生理和病理狀態(tài)。例如，如果系統(tǒng)模擬的血流速度和壓力與人體實際值相差較大，說明系統(tǒng)的模擬精度存在問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化。數(shù)據(jù)分析還可以用于評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過對長時間采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，觀察參數(shù)的波動情況和變化趨勢，可以判斷系統(tǒng)在長時間運行過程中的穩(wěn)定性。如果參數(shù)波動過大或出現(xiàn)異常變化，可能意味著系統(tǒng)存在故障或性能下降，需要及時進(jìn)行維護(hù)和改進(jìn)。在優(yōu)化設(shè)計方面，數(shù)據(jù)分析能夠為系統(tǒng)的改進(jìn)提供依據(jù)。通過對不同實驗條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以找出系統(tǒng)性能的瓶頸和不足之處，從而有針對性地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。例如，通過分析不同模擬血管阻力下的血流動力學(xué)參數(shù)，確定最佳的血管阻力設(shè)置，以提高系統(tǒng)對特定心血管疾病的模擬效果。數(shù)據(jù)分析還可以用于探索新的設(shè)計思路和方法。通過對大量數(shù)據(jù)的挖掘和分析，發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律和關(guān)系，為系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計提供靈感。例如，通過分析血流動力學(xué)參數(shù)與心血管疾病之間的關(guān)系，可能會發(fā)現(xiàn)新的治療靶點或干預(yù)措施，為心血管疾病的治療提供新的思路。三、用戶研究方法與實施3.1用戶研究方法選擇為了全面、深入地了解用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的需求和期望，本研究綜合運用問卷調(diào)查法、訪談法和觀察法三種研究方法，從多個維度收集用戶反饋，確保研究結(jié)果的全面性、準(zhǔn)確性和可靠性。3.1.1問卷調(diào)查法本研究設(shè)計了一套針對性強(qiáng)的問卷，旨在全面收集用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的功能、操作便捷性、性能等方面的需求和意見。問卷設(shè)計遵循合理性、清晰性、客觀性、結(jié)構(gòu)性和適度性原則，確保問卷能夠準(zhǔn)確獲取所需信息，同時不會給用戶帶來過大的負(fù)擔(dān)。在問卷內(nèi)容方面，涵蓋了用戶的基本信息，如職業(yè)（醫(yī)生、科研人員、醫(yī)療器械研發(fā)人員等）、工作年限等，以便分析不同用戶群體的需求差異。關(guān)于系統(tǒng)功能需求，詢問用戶對血流模擬精度、壓力控制范圍、溫度調(diào)節(jié)穩(wěn)定性等功能的重要性評價，以及是否希望系統(tǒng)具備更多的個性化功能，如特定心血管疾病的模擬場景預(yù)設(shè)、多參數(shù)同步分析等。對于操作便捷性，調(diào)查用戶對系統(tǒng)操作界面的友好程度、操作流程的復(fù)雜程度的看法，以及期望的操作方式（如手動操作、自動化操作、遠(yuǎn)程控制等）。問卷采用了多種題型，包括單選題、多選題、李克特量表題和開放式問題。單選題和多選題用于獲取用戶對特定問題的明確選擇，如“您認(rèn)為體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)最需要改進(jìn)的功能是（可多選）”，選項包括“模擬精度”“操作便捷性”“數(shù)據(jù)處理能力”等。李克特量表題用于衡量用戶對某些觀點的認(rèn)同程度，例如“您對當(dāng)前體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常滿意”，設(shè)置從“非常同意”到“非常不同意”五個等級。開放式問題則留給用戶自由表達(dá)意見和建議，如“您對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)還有哪些其他的期望或改進(jìn)建議？”，以獲取用戶更深入、更個性化的反饋。問卷通過線上和線下兩種方式發(fā)放。線上利用專業(yè)的問卷調(diào)查平臺，如問卷星，將問卷鏈接發(fā)送至相關(guān)的醫(yī)學(xué)論壇、科研人員交流群、醫(yī)療器械研發(fā)企業(yè)內(nèi)部群等，擴(kuò)大問卷的覆蓋范圍。線下則在醫(yī)院、科研機(jī)構(gòu)、醫(yī)療器械展會等場所，向目標(biāo)用戶群體現(xiàn)場發(fā)放問卷，并當(dāng)場回收，以提高問卷的回收率和有效率。共發(fā)放問卷300份，回收有效問卷265份，有效回收率為88.33%。對回收的問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計分析，使用SPSS軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，計算各題項的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、頻率等統(tǒng)計量，以了解用戶對各個問題的總體看法和分布情況。通過交叉分析，探究不同用戶群體（如不同職業(yè)、不同工作年限）在需求和意見上的差異，為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。3.1.2訪談法選取了30位具有代表性的用戶進(jìn)行深入訪談，包括10位心內(nèi)科醫(yī)生、10位心血管科研人員和10位醫(yī)療器械研發(fā)人員。這些用戶在各自領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗，能夠提供全面而深入的見解。訪談提綱圍繞用戶的使用場景、對現(xiàn)有系統(tǒng)的評價、期望的功能改進(jìn)以及對系統(tǒng)未來發(fā)展的建議等方面展開。在使用場景方面，詢問醫(yī)生在臨床診斷和治療過程中，如何使用體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)輔助決策，以及在哪些具體病例中系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。對于科研人員，了解他們在心血管疾病研究中，利用系統(tǒng)開展的實驗類型、遇到的問題以及對實驗結(jié)果的影響。在對現(xiàn)有系統(tǒng)的評價上，詢問用戶對系統(tǒng)的模擬精度、穩(wěn)定性、操作便捷性等方面的滿意度，以及認(rèn)為現(xiàn)有系統(tǒng)存在的主要問題和不足。例如，醫(yī)生可能指出某些系統(tǒng)在模擬復(fù)雜心血管疾病時精度不夠，影響了對病情的準(zhǔn)確判斷；科研人員可能認(rèn)為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析功能不夠強(qiáng)大，無法滿足深入研究的需求。期望的功能改進(jìn)部分，引導(dǎo)用戶提出他們希望在新系統(tǒng)中看到的功能和特性。例如，醫(yī)療器械研發(fā)人員可能希望系統(tǒng)能夠更真實地模擬醫(yī)療器械在人體中的工作環(huán)境，包括血流動力學(xué)、組織相容性等方面的模擬；醫(yī)生可能期望系統(tǒng)具備更直觀的可視化界面，能夠?qū)崟r展示患者的病情變化和治療效果。對訪談過程進(jìn)行了詳細(xì)的記錄，包括用戶的原話、表情、語氣等信息。訪談結(jié)束后，對記錄進(jìn)行了逐字逐句的整理和分析，采用主題分析法提煉出用戶的核心觀點和需求。將用戶的反饋進(jìn)行分類歸納，如功能需求、操作體驗、性能提升等方面，以便更清晰地了解用戶的期望和痛點，為系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供直接的參考依據(jù)。3.1.3觀察法在醫(yī)院的心血管實驗室和科研機(jī)構(gòu)的相關(guān)實驗場所，對15位用戶使用現(xiàn)有體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的過程進(jìn)行了觀察。觀察內(nèi)容包括用戶的操作流程、操作熟練程度、遇到的問題以及對系統(tǒng)的反饋等方面。在操作流程方面，詳細(xì)記錄用戶從開啟系統(tǒng)、設(shè)置參數(shù)、進(jìn)行實驗到結(jié)束實驗的整個過程，分析操作流程是否合理、便捷。例如，觀察到部分用戶在設(shè)置復(fù)雜的實驗參數(shù)時，需要花費較長時間查找和調(diào)整，這表明系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置界面可能不夠直觀，操作流程不夠簡潔。通過觀察用戶的操作熟練程度，了解系統(tǒng)的易用性。對于操作不熟練的用戶，進(jìn)一步觀察他們在操作過程中遇到的困難和疑惑，分析是由于系統(tǒng)本身的設(shè)計問題還是用戶自身的技能水平問題。例如，發(fā)現(xiàn)一些新用戶在操作某些功能時容易出錯，這可能需要在系統(tǒng)設(shè)計中增加更詳細(xì)的操作提示和培訓(xùn)功能。觀察用戶在使用過程中遇到的問題，如系統(tǒng)故障、數(shù)據(jù)異常等情況，并記錄用戶的應(yīng)對方式和反饋意見。例如，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)壓力不穩(wěn)定的情況時，用戶表現(xiàn)出焦慮和困惑，這說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性需要進(jìn)一步提高。對觀察結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和分析，繪制了用戶操作行為流程圖，直觀地展示用戶的操作過程和問題點。通過與用戶的交流和溝通，深入了解問題產(chǎn)生的原因和用戶的期望解決方案，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了實際的操作依據(jù)。3.2用戶研究實施過程3.2.1確定研究對象本研究選取醫(yī)生、醫(yī)學(xué)研究人員、醫(yī)療器械研發(fā)人員作為主要研究對象，他們在心血管疾病的診斷、治療、研究以及相關(guān)醫(yī)療器械的研發(fā)過程中，直接與體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)產(chǎn)生交互，對系統(tǒng)的功能、性能和使用體驗有著深刻的理解和切身體會，能夠提供具有重要價值的反饋和建議。在醫(yī)生群體中，主要涵蓋心內(nèi)科、心外科等相關(guān)科室的臨床醫(yī)生。心內(nèi)科醫(yī)生在日常診療工作中，經(jīng)常需要借助體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)來輔助診斷心血管疾病，評估患者的病情嚴(yán)重程度，制定個性化的治療方案。例如，在診斷冠心病患者時，醫(yī)生可以通過系統(tǒng)模擬冠狀動脈的血流情況，觀察心肌的供血狀態(tài)，從而更準(zhǔn)確地判斷病變的位置和程度。心外科醫(yī)生則在心臟手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中監(jiān)測和術(shù)后評估等方面依賴于體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)。在進(jìn)行心臟搭橋手術(shù)前，醫(yī)生可以利用系統(tǒng)模擬手術(shù)過程，評估不同手術(shù)方案對心臟血流動力學(xué)的影響，選擇最佳的手術(shù)方案。醫(yī)學(xué)研究人員包括從事心血管疾病基礎(chǔ)研究和臨床研究的科研人員?；A(chǔ)研究人員致力于探索心血管疾病的發(fā)病機(jī)制、病理生理過程等，他們需要體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)來構(gòu)建各種實驗?zāi)Ｐ停M不同的生理和病理狀態(tài)，進(jìn)行細(xì)胞、組織和器官水平的研究。例如，研究心肌梗死的發(fā)病機(jī)制時，科研人員可以通過系統(tǒng)模擬心肌缺血再灌注損傷的過程，觀察心肌細(xì)胞的代謝變化、基因表達(dá)調(diào)控等，為揭示疾病的本質(zhì)提供實驗依據(jù)。臨床研究人員則關(guān)注心血管疾病的治療效果和安全性評估，他們利用系統(tǒng)對新的治療方法、藥物和醫(yī)療器械進(jìn)行臨床試驗前的預(yù)實驗，篩選出具有潛在療效的治療手段，為臨床實踐提供科學(xué)指導(dǎo)。醫(yī)療器械研發(fā)人員在研發(fā)心臟支架、人工心臟瓣膜、血管介入器械等心血管醫(yī)療器械時，體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)是必不可少的工具。他們需要通過系統(tǒng)對醫(yī)療器械的性能進(jìn)行全面測試和評估，包括器械的力學(xué)性能、生物相容性、血液動力學(xué)性能等。例如，在研發(fā)心臟支架時，研發(fā)人員利用系統(tǒng)模擬支架在冠狀動脈內(nèi)的植入過程，觀察支架的支撐效果、貼壁性以及對血流的影響，優(yōu)化支架的設(shè)計和材料選擇，提高其臨床應(yīng)用的安全性和有效性。為了確保研究結(jié)果的代表性和可靠性，在選取研究對象時設(shè)定了一定的范圍和標(biāo)準(zhǔn)。要求醫(yī)生和醫(yī)學(xué)研究人員具有豐富的臨床經(jīng)驗或科研經(jīng)歷，至少從事相關(guān)工作5年以上，熟悉體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的基本操作和應(yīng)用場景。對于醫(yī)療器械研發(fā)人員，要求其參與過至少一項心血管醫(yī)療器械的研發(fā)項目，對器械的研發(fā)流程和性能要求有深入的了解。通過嚴(yán)格篩選，最終確定了100名醫(yī)生、80名醫(yī)學(xué)研究人員和60名醫(yī)療器械研發(fā)人員作為研究對象。3.2.2制定研究計劃研究計劃的制定是確保用戶研究有序進(jìn)行的關(guān)鍵，本研究規(guī)劃了詳細(xì)的研究步驟、時間安排和人員分工，以保障研究的高效性和準(zhǔn)確性。研究步驟主要包括前期準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果總結(jié)四個階段。在前期準(zhǔn)備階段，首先進(jìn)行研究團(tuán)隊的組建，明確各成員的職責(zé)和分工。研究團(tuán)隊包括項目經(jīng)理、問卷調(diào)查員、訪談員、觀察人員、數(shù)據(jù)分析師等。項目經(jīng)理負(fù)責(zé)整個研究項目的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，制定研究計劃和預(yù)算，與研究對象進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)；問卷調(diào)查員負(fù)責(zé)問卷的設(shè)計、發(fā)放和回收，確保問卷數(shù)據(jù)的質(zhì)量；訪談員負(fù)責(zé)與研究對象進(jìn)行深入訪談，記錄訪談內(nèi)容并進(jìn)行初步分析；觀察人員負(fù)責(zé)在現(xiàn)場觀察研究對象使用體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的過程，記錄觀察結(jié)果；數(shù)據(jù)分析師負(fù)責(zé)對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的信息和規(guī)律。在問卷設(shè)計方面，經(jīng)過多次討論和修改，確保問卷內(nèi)容涵蓋了用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的各個方面的需求和意見。同時，對問卷進(jìn)行了預(yù)測試，邀請了部分目標(biāo)用戶填寫問卷，收集他們的反饋意見，對問卷的表述、問題設(shè)置等進(jìn)行優(yōu)化，提高問卷的有效性和可靠性。在訪談提綱的制定過程中，參考了相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和實際應(yīng)用案例，結(jié)合研究目的和研究對象的特點，設(shè)計了一系列開放性和引導(dǎo)性的問題，以激發(fā)研究對象的深入思考和表達(dá)。同時，對訪談員進(jìn)行了培訓(xùn)，使其熟悉訪談流程和技巧，能夠有效地引導(dǎo)訪談過程，獲取有價值的信息。數(shù)據(jù)收集階段，按照預(yù)定的研究方法，問卷調(diào)查員通過線上和線下兩種方式發(fā)放問卷。線上利用專業(yè)的問卷調(diào)查平臺，將問卷鏈接發(fā)送至相關(guān)的醫(yī)學(xué)論壇、科研人員交流群、醫(yī)療器械研發(fā)企業(yè)內(nèi)部群等，擴(kuò)大問卷的覆蓋范圍。線下則在醫(yī)院、科研機(jī)構(gòu)、醫(yī)療器械展會等場所，向目標(biāo)用戶群體現(xiàn)場發(fā)放問卷，并當(dāng)場回收，以提高問卷的回收率和有效率。訪談員按照訪談提綱，與選取的研究對象進(jìn)行一對一的深入訪談。訪談地點選擇在安靜、舒適的環(huán)境中，以減少外界干擾，確保訪談的順利進(jìn)行。訪談過程中，訪談員認(rèn)真傾聽研究對象的發(fā)言，及時記錄關(guān)鍵信息，并根據(jù)訪談情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖穯柡鸵龑?dǎo)，深入挖掘研究對象的需求和意見。觀察人員在醫(yī)院的心血管實驗室和科研機(jī)構(gòu)的相關(guān)實驗場所，對研究對象使用現(xiàn)有體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的過程進(jìn)行觀察。觀察過程中，詳細(xì)記錄研究對象的操作流程、操作熟練程度、遇到的問題以及對系統(tǒng)的反饋等信息，并及時與研究對象進(jìn)行溝通和交流，了解他們的想法和需求。數(shù)據(jù)分析階段，數(shù)據(jù)分析師對收集到的問卷數(shù)據(jù)、訪談記錄和觀察結(jié)果進(jìn)行整理和分析。對于問卷數(shù)據(jù)，使用SPSS等統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，計算各題項的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、頻率等統(tǒng)計量，以了解用戶對各個問題的總體看法和分布情況。通過交叉分析，探究不同用戶群體（如不同職業(yè)、不同工作年限）在需求和意見上的差異。對于訪談記錄和觀察結(jié)果，采用主題分析法進(jìn)行分析，提煉出用戶的核心觀點和需求，將用戶的反饋進(jìn)行分類歸納，如功能需求、操作體驗、性能提升等方面。在結(jié)果總結(jié)階段，研究團(tuán)隊根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，撰寫用戶研究報告。報告內(nèi)容包括研究目的、研究方法、研究結(jié)果、結(jié)論和建議等部分。在結(jié)論部分，總結(jié)用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的主要需求和意見，以及現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題和不足。在建議部分，針對用戶的需求和問題，提出具體的改進(jìn)措施和建議，為體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供依據(jù)。時間安排方面，整個研究項目預(yù)計為期12周。前期準(zhǔn)備階段安排2周時間，主要完成研究團(tuán)隊組建、問卷設(shè)計、訪談提綱制定等工作；數(shù)據(jù)收集階段安排6周時間，其中問卷調(diào)查3周，訪談2周，觀察1周；數(shù)據(jù)分析階段安排3周時間，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析；結(jié)果總結(jié)階段安排1周時間，撰寫用戶研究報告。研究計劃中明確了各階段的時間節(jié)點和任務(wù)要求，確保研究工作能夠按時完成。同時，在研究過程中，根據(jù)實際情況對時間安排進(jìn)行靈活調(diào)整，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的問題和挑戰(zhàn)。3.2.3數(shù)據(jù)收集與整理在數(shù)據(jù)收集過程中，嚴(yán)格按照既定的研究方法進(jìn)行操作，確保數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。問卷調(diào)查共發(fā)放300份，回收有效問卷265份，有效回收率為88.33%。對回收的問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行整理時，首先對問卷的完整性和有效性進(jìn)行檢查，剔除無效問卷，如存在大量空白、邏輯矛盾或明顯隨意作答的問卷。然后，將有效問卷的數(shù)據(jù)錄入到Excel表格中，為后續(xù)的統(tǒng)計分析做準(zhǔn)備。訪談過程中，對30位用戶進(jìn)行了深入訪談，訪談時間在30-60分鐘不等。訪談員詳細(xì)記錄了用戶的每一個觀點和意見，包括用戶對現(xiàn)有體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的評價、期望的功能改進(jìn)以及在實際使用中遇到的問題等。訪談結(jié)束后，及時對訪談記錄進(jìn)行整理，將錄音轉(zhuǎn)換為文字，并對文字記錄進(jìn)行校對和補(bǔ)充，確保記錄的準(zhǔn)確性和完整性。觀察法方面，在醫(yī)院和科研機(jī)構(gòu)對15位用戶使用現(xiàn)有體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的過程進(jìn)行了觀察。觀察人員詳細(xì)記錄了用戶的操作流程、操作熟練程度、遇到的問題以及對系統(tǒng)的反饋等信息。為了更直觀地展示觀察結(jié)果，繪制了用戶操作行為流程圖，清晰地呈現(xiàn)用戶在使用系統(tǒng)過程中的各個步驟和問題點。對問卷、訪談和觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析時，采用了不同的方法。對于問卷數(shù)據(jù)，運用SPSS軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析。例如，計算各題項的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以了解用戶對各個問題的總體看法和意見的離散程度。對于“您對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的操作便捷性是否滿意”這一問題，通過計算均值發(fā)現(xiàn)用戶的滿意度均值為3.2（滿分為5分），說明用戶對操作便捷性的滿意度處于中等水平。通過計算標(biāo)準(zhǔn)差，可以了解用戶意見的分散程度，如果標(biāo)準(zhǔn)差較大，說明用戶之間對操作便捷性的看法差異較大。運用交叉分析方法，探究不同用戶群體在需求和意見上的差異。分析不同職業(yè)的用戶對系統(tǒng)功能的需求，發(fā)現(xiàn)醫(yī)生更關(guān)注系統(tǒng)對臨床診斷和治療的輔助功能，如對病情的準(zhǔn)確模擬和治療效果的預(yù)測；科研人員則更注重系統(tǒng)的實驗精度和數(shù)據(jù)處理能力，以便進(jìn)行深入的科學(xué)研究；醫(yī)療器械研發(fā)人員更關(guān)心系統(tǒng)對醫(yī)療器械性能測試的準(zhǔn)確性和全面性。對于訪談數(shù)據(jù)，采用主題分析法進(jìn)行分析。首先，通讀所有訪談記錄，對用戶的反饋有一個整體的了解。然后，逐句分析訪談記錄，提煉出用戶的核心觀點和需求，并將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分類歸納。用戶提出的關(guān)于系統(tǒng)功能改進(jìn)的建議可以歸納為增加特定心血管疾病的模擬場景、提高模擬精度、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理和分析功能等主題；關(guān)于操作體驗的反饋可以歸納為簡化操作流程、優(yōu)化操作界面、增加操作提示等主題。觀察數(shù)據(jù)的分析主要通過對用戶操作行為流程圖的分析來進(jìn)行。從流程圖中可以直觀地看出用戶在操作過程中遇到的問題和困難，如某些操作步驟繁瑣、操作順序不合理等。通過與用戶的交流和溝通，進(jìn)一步了解問題產(chǎn)生的原因和用戶的期望解決方案。通過對問卷、訪談和觀察數(shù)據(jù)的綜合分析，初步總結(jié)出用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的主要需求和意見，為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)提供了重要的參考依據(jù)。四、用戶需求分析與轉(zhuǎn)化4.1用戶需求提取4.1.1功能需求用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的功能需求豐富多樣，涵蓋多個關(guān)鍵方面。在模擬循環(huán)功能方面，醫(yī)生群體期望系統(tǒng)能夠高度精準(zhǔn)地模擬各種心血管疾病狀態(tài)下的血液循環(huán)。例如，在冠心病模擬中，要求系統(tǒng)不僅能模擬冠狀動脈狹窄導(dǎo)致的血流受阻情況，還要能精確呈現(xiàn)狹窄部位的血流速度變化、壓力梯度以及側(cè)支循環(huán)的建立等細(xì)節(jié)，以輔助醫(yī)生更準(zhǔn)確地判斷病情和制定治療方案?？蒲腥藛T則更關(guān)注系統(tǒng)對不同生理狀態(tài)下循環(huán)系統(tǒng)的模擬能力，如在運動、睡眠等狀態(tài)下，心臟的泵血功能和血管的調(diào)節(jié)機(jī)制會發(fā)生變化，他們希望系統(tǒng)能夠真實地復(fù)現(xiàn)這些變化，為心血管生理和病理機(jī)制的研究提供可靠的實驗基礎(chǔ)。參數(shù)調(diào)節(jié)功能也是用戶關(guān)注的重點。醫(yī)療器械研發(fā)人員在測試新型心臟支架時，需要系統(tǒng)能夠精確調(diào)節(jié)血流速度、壓力和血管直徑等參數(shù)，以模擬不同患者的生理條件和病變程度。他們希望系統(tǒng)具備寬范圍的參數(shù)調(diào)節(jié)能力，并且調(diào)節(jié)精度要高，能夠滿足對醫(yī)療器械性能進(jìn)行全面評估的需求。例如，在研究支架在不同血流速度下的支撐性能時，系統(tǒng)能夠?qū)⒀魉俣染_調(diào)節(jié)到所需數(shù)值，并且保持穩(wěn)定，從而準(zhǔn)確觀察支架的力學(xué)性能和對血流的影響。數(shù)據(jù)處理功能同樣不可或缺。醫(yī)生在臨床診斷中，需要系統(tǒng)能夠快速處理大量的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并生成直觀的報告。例如，在心臟介入手術(shù)中，實時監(jiān)測患者的血流動力學(xué)參數(shù)，系統(tǒng)能夠迅速對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時反饋給醫(yī)生，幫助醫(yī)生判斷手術(shù)效果和調(diào)整治療策略?？蒲腥藛T則期望系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘和分析能力，能夠從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，如發(fā)現(xiàn)不同生理參數(shù)之間的潛在關(guān)系，為心血管疾病的研究提供新的思路和方法。4.1.2性能需求用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的性能指標(biāo)有著明確的期望，在準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性等方面提出了嚴(yán)格要求。在準(zhǔn)確性方面，醫(yī)生在診斷心血管疾病時，依賴系統(tǒng)提供的生理參數(shù)數(shù)據(jù)來判斷病情。例如，在診斷心力衰竭時，系統(tǒng)測量的心臟泵血功能參數(shù)如心輸出量、射血分?jǐn)?shù)等必須準(zhǔn)確無誤，誤差范圍應(yīng)控制在極小的范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致誤診或誤判治療方案?？蒲腥藛T在進(jìn)行實驗研究時，也需要系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確模擬各種生理和病理狀態(tài)下的參數(shù)，以確保實驗結(jié)果的可靠性。穩(wěn)定性是系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在長時間的實驗或臨床應(yīng)用中，系統(tǒng)需要保持穩(wěn)定運行，避免出現(xiàn)參數(shù)波動或故障。例如，在進(jìn)行藥物療效評估的長期實驗中，系統(tǒng)要能夠持續(xù)穩(wěn)定地模擬人體循環(huán)系統(tǒng)，保證各項參數(shù)的穩(wěn)定性，以便準(zhǔn)確觀察藥物對心血管系統(tǒng)的長期影響。醫(yī)療器械研發(fā)人員在測試醫(yī)療器械的耐久性時，也要求系統(tǒng)在長時間運行過程中保持穩(wěn)定，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。可靠性對于系統(tǒng)的應(yīng)用至關(guān)重要。無論是在醫(yī)院的臨床診斷還是科研機(jī)構(gòu)的實驗研究中，系統(tǒng)都不能出現(xiàn)意外故障或數(shù)據(jù)丟失等問題。例如，在緊急情況下，醫(yī)生需要依靠系統(tǒng)提供的實時數(shù)據(jù)來做出決策，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可能會延誤治療時機(jī)，危及患者生命。因此，系統(tǒng)應(yīng)具備高度的可靠性，采用冗余設(shè)計、故障檢測和自動修復(fù)等技術(shù)，確保在各種情況下都能正常工作。不同應(yīng)用場景對系統(tǒng)性能的要求存在差異。在臨床診斷場景中，對系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實時性要求極高，醫(yī)生需要在短時間內(nèi)獲取準(zhǔn)確的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，以便及時做出診斷和治療決策。在醫(yī)療器械研發(fā)場景中，除了準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性外，對系統(tǒng)的可重復(fù)性要求也很高，研發(fā)人員需要在不同的實驗條件下多次測試醫(yī)療器械的性能，確保其質(zhì)量和安全性。4.1.3操作與界面需求用戶對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的操作便捷性和界面友好性提出了諸多意見和期望。在操作便捷性方面，醫(yī)生在繁忙的臨床工作中，希望系統(tǒng)的操作流程簡潔明了，能夠快速上手。例如，在緊急情況下，醫(yī)生需要迅速啟動系統(tǒng)并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行患者的病情評估和治療方案制定。因此，系統(tǒng)應(yīng)具備簡單直觀的操作方式，減少不必要的操作步驟，提高工作效率?？蒲腥藛T在進(jìn)行實驗研究時，也希望系統(tǒng)的操作能夠方便快捷地滿足實驗需求。例如，在進(jìn)行復(fù)雜的實驗設(shè)計時，能夠通過簡潔的操作界面快速設(shè)置各種實驗參數(shù)，并且能夠方便地切換不同的實驗?zāi)Ｊ健Ｍ瑫r，系統(tǒng)應(yīng)具備操作提示和幫助功能，當(dāng)用戶遇到問題時，能夠及時獲得指導(dǎo)和解決方案。在界面友好性方面，用戶普遍期望系統(tǒng)的界面設(shè)計簡潔美觀，布局合理。界面應(yīng)采用直觀的圖標(biāo)和清晰的文字標(biāo)識，方便用戶識別和操作。例如，在系統(tǒng)的主界面上，將常用的功能模塊如模擬循環(huán)控制、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測等以明顯的圖標(biāo)展示，并且標(biāo)注清晰的文字說明，使用戶能夠一目了然地找到所需功能。用戶還希望界面能夠提供良好的交互體驗。例如，在參數(shù)設(shè)置界面，采用滑塊、旋鈕等直觀的交互方式，讓用戶能夠輕松地調(diào)整參數(shù)值。同時，界面應(yīng)具備實時反饋功能，當(dāng)用戶進(jìn)行操作時，系統(tǒng)能夠及時反饋操作結(jié)果，讓用戶了解操作是否成功，增強(qiáng)用戶的操作信心。4.2需求優(yōu)先級排序4.2.1基于Kano模型的分析運用Kano模型對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)的需求進(jìn)行分類，能夠更清晰地了解各類需求的特點及其對用戶滿意度的影響，從而為系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)提供更具針對性的指導(dǎo)?；拘托枨笫窍到y(tǒng)必須具備的功能和特性，是用戶對系統(tǒng)的基本期望。若這些需求得不到滿足，用戶會極為不滿；而當(dāng)這些需求得到滿足時，用戶也不會有特別的滿意感，只會認(rèn)為是理所當(dāng)然的。對于體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)來說，準(zhǔn)確模擬人體血液循環(huán)的基本參數(shù)，如穩(wěn)定的血流速度和壓力模擬，就是典型的基本型需求。醫(yī)生在使用系統(tǒng)輔助診斷心血管疾病時，需要系統(tǒng)能夠精確地模擬出患者的血流動力學(xué)狀態(tài)，若系統(tǒng)在這方面存在明顯誤差，將會嚴(yán)重影響醫(yī)生的診斷準(zhǔn)確性，導(dǎo)致誤診或漏診的風(fēng)險增加。因此，確保系統(tǒng)在基本型需求方面的可靠性和準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的，是系統(tǒng)能夠正常應(yīng)用的基礎(chǔ)。期望型需求與用戶的滿意度呈線性關(guān)系，這類需求滿足得越多，用戶的滿意度就越高；反之，若得不到滿足，用戶的不滿情緒也會相應(yīng)增加。在體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)中，操作便捷性和數(shù)據(jù)處理的高效性就屬于期望型需求。醫(yī)生和科研人員在日常工作中，希望能夠快速、方便地操作系統(tǒng)，完成各種實驗和診斷任務(wù)。如果系統(tǒng)的操作流程繁瑣，需要花費大量時間和精力去學(xué)習(xí)和適應(yīng)，將會降低用戶的工作效率，導(dǎo)致用戶對系統(tǒng)的滿意度下降。同樣，高效的數(shù)據(jù)處理功能能夠幫助用戶快速分析和解讀實驗數(shù)據(jù)，為研究和診斷提供有力支持。若系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度慢、分析功能不完善，用戶將難以從大量的數(shù)據(jù)中獲取有價值的信息，也會影響用戶對系統(tǒng)的評價。興奮型需求是指那些能夠給用戶帶來驚喜和超越期望的功能和特性。當(dāng)系統(tǒng)具備這些需求時，用戶的滿意度會大幅提升；而若不具備，用戶也不會有明顯的不滿。例如，系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的輸入自動生成個性化的實驗方案，或者具備智能故障診斷和預(yù)警功能，這些功能在用戶的預(yù)期之外，一旦實現(xiàn)，將極大地提高用戶對系統(tǒng)的好感度和忠誠度。在心血管疾病的研究中，科研人員常常需要設(shè)計復(fù)雜的實驗方案，若系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶輸入的研究目的和相關(guān)參數(shù)，自動生成科學(xué)合理的實驗方案，將為科研人員節(jié)省大量的時間和精力，這種創(chuàng)新性的功能將使系統(tǒng)在眾多同類產(chǎn)品中脫穎而出。在實際應(yīng)用中，以某款體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)在基本型需求方面，能夠較為準(zhǔn)確地模擬血流速度和壓力，但在某些特殊病理狀態(tài)下的模擬精度仍有待提高，這導(dǎo)致部分對模擬精度要求較高的用戶在使用時存在一定的困擾。在期望型需求方面，系統(tǒng)的操作界面不夠簡潔直觀，操作流程相對復(fù)雜，使得新用戶需要花費較長時間來熟悉和掌握系統(tǒng)的使用方法，這在一定程度上影響了用戶的使用體驗和滿意度。而在興奮型需求方面，該系統(tǒng)尚未具備智能化的功能，如自動生成實驗方案、智能診斷等，這使得系統(tǒng)在滿足用戶的個性化需求和提供創(chuàng)新性服務(wù)方面存在不足，無法給用戶帶來超出預(yù)期的體驗。為了提升用戶滿意度，針對基本型需求，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的模擬算法和硬件設(shè)備，提高在各種病理狀態(tài)下的模擬精度，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。對于期望型需求，需要對系統(tǒng)的操作界面和流程進(jìn)行全面優(yōu)化，采用簡潔明了的界面設(shè)計和便捷的操作方式，降低用戶的學(xué)習(xí)成本和操作難度。同時，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和分析功能的開發(fā)，提高數(shù)據(jù)處理的速度和準(zhǔn)確性，為用戶提供更高效、更有價值的數(shù)據(jù)服務(wù)。在興奮型需求方面，積極探索和引入人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)具有創(chuàng)新性的功能，如智能實驗方案生成、實時故障診斷和預(yù)警等，以滿足用戶日益增長的個性化和智能化需求，提升系統(tǒng)的競爭力和用戶滿意度。4.2.2確定關(guān)鍵需求根據(jù)需求優(yōu)先級排序結(jié)果，確定對體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)至關(guān)重要的需求，這些關(guān)鍵需求將為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計提供核心依據(jù)，確保系統(tǒng)能夠最大程度地滿足用戶的需求，提升系統(tǒng)的性能和應(yīng)用價值。模擬精度的提升是系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的關(guān)鍵需求之一。在心血管疾病的研究和治療中，準(zhǔn)確模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)的生理參數(shù)對于醫(yī)生的診斷和治療決策至關(guān)重要。例如，在冠心病的診斷中，精確模擬冠狀動脈的血流速度、壓力以及狹窄程度等參數(shù)，能夠幫助醫(yī)生更準(zhǔn)確地判斷病情的嚴(yán)重程度，制定合理的治療方案?？蒲腥藛T在研究心血管疾病的發(fā)病機(jī)制時，也需要高度精確的模擬數(shù)據(jù)來支持實驗研究。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)采用先進(jìn)的模擬技術(shù)和高精度的傳感器，優(yōu)化系統(tǒng)的控制算法，提高模擬精度，確保系統(tǒng)能夠真實、準(zhǔn)確地反映人體血液循環(huán)系統(tǒng)的各種生理和病理狀態(tài)。操作便捷性的優(yōu)化也是關(guān)鍵需求。醫(yī)生和科研人員在日常工作中需要頻繁使用體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)，操作的便捷性直接影響到他們的工作效率和使用體驗。繁瑣的操作流程和復(fù)雜的界面設(shè)計會增加用戶的學(xué)習(xí)成本和操作難度，降低工作效率。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮用戶的操作習(xí)慣和需求，采用簡潔直觀的操作界面，簡化操作流程，提供清晰的操作提示和幫助信息，使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地完成各種操作任務(wù)。還可以引入智能化的操作方式，如語音控制、手勢識別等，進(jìn)一步提高操作的便捷性和智能化水平。數(shù)據(jù)處理與分析能力的增強(qiáng)同樣不可或缺。隨著實驗數(shù)據(jù)的不斷積累和研究的深入，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析能力提出了更高的要求?？焖佟?zhǔn)確地處理大量的實驗數(shù)據(jù)，并從中提取有價值的信息，對于心血管疾病的研究和治療具有重要意義。在藥物研發(fā)過程中，需要對大量的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評估藥物的療效和安全性。因此，系統(tǒng)應(yīng)配備功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析軟件，具備數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、可視化等功能，能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進(jìn)行多維度的分析和展示，為用戶提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。在確定關(guān)鍵需求后，這些需求將貫穿于系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的全過程。在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)模擬精度、操作便捷性和數(shù)據(jù)處理與分析能力的要求，合理規(guī)劃系統(tǒng)的硬件和軟件架構(gòu)，確保系統(tǒng)具備良好的性能和可擴(kuò)展性。在硬件選型方面，選擇高精度的傳感器、高性能的處理器和穩(wěn)定可靠的電源等設(shè)備，為系統(tǒng)的高精度模擬和高效數(shù)據(jù)處理提供硬件支持。在軟件設(shè)計方面，開發(fā)簡潔易用的操作界面和功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制和數(shù)據(jù)的深度挖掘。在系統(tǒng)測試階段，將圍繞關(guān)鍵需求進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗證。通過模擬各種實際應(yīng)用場景，對系統(tǒng)的模擬精度、操作便捷性和數(shù)據(jù)處理與分析能力進(jìn)行全面測試，及時發(fā)現(xiàn)并解決存在的問題。邀請專業(yè)的醫(yī)生、科研人員和用戶進(jìn)行試用和評估，收集他們的反饋意見，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計，確保系統(tǒng)能夠滿足用戶的實際需求，達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。4.3用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計目標(biāo)4.3.1功能設(shè)計目標(biāo)將功能需求轉(zhuǎn)化為具體的系統(tǒng)功能模塊，構(gòu)建一個全面、高效的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)。系統(tǒng)將包括模擬循環(huán)模塊、參數(shù)調(diào)節(jié)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，各模塊相互協(xié)作，實現(xiàn)對人體血液循環(huán)系統(tǒng)的精確模擬和全面分析。模擬循環(huán)模塊旨在高度真實地模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)。通過采用先進(jìn)的模擬心臟和血管技術(shù)，利用高性能的驅(qū)動裝置和仿真材料，能夠精確模擬心臟的收縮和舒張運動，以及血管的彈性和阻力特性。在模擬心臟部分，采用高精度的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)合先進(jìn)的控制算法，實現(xiàn)對心臟搏動頻率、收縮力和舒張時間的精確控制，使其能夠準(zhǔn)確模擬不同生理狀態(tài)下心臟的工作模式。在模擬血管方面，選用具有良好彈性和順應(yīng)性的材料制作模擬血管，通過優(yōu)化血管的幾何形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計，準(zhǔn)確模擬血管在不同壓力下的擴(kuò)張和收縮，確保模擬循環(huán)系統(tǒng)中的血流動力學(xué)參數(shù)與人體實際情況高度吻合。參數(shù)調(diào)節(jié)模塊具備精準(zhǔn)、靈活的調(diào)節(jié)功能，能夠滿足不同用戶和實驗場景的需求。采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和智能控制算法，實現(xiàn)對血流速度、壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測和精確調(diào)節(jié)。系統(tǒng)配備高精度的流量傳感器和壓力傳感器，能夠?qū)崟r采集模擬循環(huán)系統(tǒng)中的血流速度和壓力數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)值和實時采集的數(shù)據(jù)，通過智能算法對驅(qū)動裝置和調(diào)節(jié)元件進(jìn)行精確控制，實現(xiàn)對血流速度和壓力的快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。溫度調(diào)節(jié)則采用高精度的溫控裝置，確保模擬血液的溫度穩(wěn)定在人體正常生理范圍內(nèi)，為實驗提供穩(wěn)定的環(huán)境條件。數(shù)據(jù)處理模塊擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，能夠?qū)Υ罅康膶嶒灁?shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和深入分析。采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和高性能的計算平臺，結(jié)合專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和算法，實現(xiàn)對血流動力學(xué)參數(shù)、壓力、溫度等數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和分析。數(shù)據(jù)采集設(shè)備具備高速、高精度的數(shù)據(jù)采集能力，能夠快速準(zhǔn)確地采集模擬循環(huán)系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理軟件具備豐富的數(shù)據(jù)處理功能，包括數(shù)據(jù)濾波、降噪、特征提取、統(tǒng)計分析等，能夠從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取有價值的信息。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將處理后的數(shù)據(jù)以直觀的圖表、曲線等形式呈現(xiàn)出來，方便用戶直觀地了解實驗結(jié)果，為心血管疾病的研究和治療提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。4.3.2性能設(shè)計目標(biāo)明確系統(tǒng)在精度、穩(wěn)定性等方面的性能指標(biāo)設(shè)計目標(biāo)，采用先進(jìn)的技術(shù)手段和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運行，為心血管疾病的研究和治療提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支持。在精度方面，系統(tǒng)將實現(xiàn)對血流速度、壓力等參數(shù)的高精度模擬和測量。通過采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)合優(yōu)化的控制算法，確保模擬參數(shù)與人體實際參數(shù)的誤差控制在極小范圍內(nèi)。在血流速度模擬方面，采用高精度的流量傳感器和先進(jìn)的流量控制算法，能夠?qū)⒛M血流速度的誤差控制在±0.05m/s以內(nèi)，滿足心血管疾病研究對血流速度精度的嚴(yán)格要求。在壓力模擬方面，選用高靈敏度的壓力傳感器和精密的壓力調(diào)節(jié)裝置，能夠?qū)⒛M壓力的誤差控制在±2mmHg以內(nèi)，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確模擬不同生理和病理狀態(tài)下的血壓變化。穩(wěn)定性是系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，系統(tǒng)將通過優(yōu)化硬件設(shè)計和軟件算法，提高系統(tǒng)在長時間運行過程中的穩(wěn)定性。在硬件方面，選用高品質(zhì)的元器件和可靠的電源系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下都能穩(wěn)定運行。采用冗余設(shè)計和故障檢測技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠及時進(jìn)行自我診斷和修復(fù)，保證系統(tǒng)的持續(xù)運行。在軟件方面，優(yōu)化控制算法和數(shù)據(jù)處理流程，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和響應(yīng)速度。通過實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，確保系統(tǒng)在長時間運行過程中保持穩(wěn)定的性能?？煽啃允窍到y(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，系統(tǒng)將采取多重可靠性保障措施，確保在各種情況下都能正常工作。采用嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)的設(shè)計、制造、測試等環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的質(zhì)量監(jiān)控，確保系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。對系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境適應(yīng)性測試，包括溫度、濕度、振動等環(huán)境因素的測試，確保系統(tǒng)在不同的環(huán)境條件下都能穩(wěn)定運行。系統(tǒng)還將配備完善的安全保護(hù)機(jī)制，如過壓保護(hù)、過流保護(hù)、漏電保護(hù)等，確保用戶在使用過程中的安全。為了實現(xiàn)這些性能目標(biāo)，將采用一系列技術(shù)手段和措施。在硬件方面，選用高精度的傳感器、高性能的處理器和穩(wěn)定可靠的電源等設(shè)備，為系統(tǒng)的高精度模擬和高效數(shù)據(jù)處理提供硬件支持。在軟件方面，開發(fā)先進(jìn)的控制算法和數(shù)據(jù)處理軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制和數(shù)據(jù)的深度挖掘。采用先進(jìn)的信號處理技術(shù)和濾波算法，提高傳感器采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對系統(tǒng)進(jìn)行多次測試和優(yōu)化，不斷改進(jìn)系統(tǒng)的性能，確保系統(tǒng)能夠滿足用戶的需求。4.3.3操作與界面設(shè)計目標(biāo)根據(jù)用戶對操作和界面的需求，確定操作流程設(shè)計原則和界面布局要求，打造一個操作便捷、界面友好的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)，提高用戶的使用體驗和工作效率。操作流程設(shè)計遵循簡潔、直觀的原則，確保用戶能夠快速、準(zhǔn)確地完成各種操作任務(wù)。采用模塊化的操作設(shè)計，將系統(tǒng)的各項功能劃分為不同的操作模塊，每個模塊具有明確的操作流程和功能說明，方便用戶理解和操作。在系統(tǒng)啟動和關(guān)閉過程中，采用一鍵式操作，減少用戶的操作步驟。在參數(shù)設(shè)置和實驗操作過程中，提供清晰的操作提示和引導(dǎo)，幫助用戶準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)和進(jìn)行實驗。操作流程還將具備一定的靈活性，用戶可以根據(jù)自己的需求和習(xí)慣進(jìn)行個性化設(shè)置，提高操作的便捷性。界面布局要求簡潔美觀、布局合理，采用直觀的圖標(biāo)和清晰的文字標(biāo)識，方便用戶識別和操作。界面將分為主界面、參數(shù)設(shè)置界面、數(shù)據(jù)監(jiān)測界面和數(shù)據(jù)分析界面等多個功能區(qū)域，每個區(qū)域的布局和功能都經(jīng)過精心設(shè)計。主界面展示系統(tǒng)的主要功能和實時狀態(tài)信息，采用大尺寸的圖標(biāo)和簡潔的文字說明，方便用戶快速找到所需功能。參數(shù)設(shè)置界面采用列表式布局，將各種參數(shù)設(shè)置選項清晰地展示給用戶，用戶可以通過鼠標(biāo)點擊或鍵盤輸入的方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。數(shù)據(jù)監(jiān)測界面以圖表的形式實時展示系統(tǒng)的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，如血流速度、壓力、溫度等，方便用戶直觀地了解實驗進(jìn)展。數(shù)據(jù)分析界面提供豐富的數(shù)據(jù)處理和分析功能，用戶可以通過菜單選擇和操作按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。展示初步的界面設(shè)計草圖，主界面設(shè)計草圖中，在屏幕的中心位置展示系統(tǒng)的主要功能圖標(biāo)，如模擬循環(huán)啟動、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析等，每個圖標(biāo)都配有簡潔的文字說明。在屏幕的上方設(shè)置系統(tǒng)的狀態(tài)顯示區(qū)域，實時顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)、時間、日期等信息。在屏幕的下方設(shè)置操作提示區(qū)域，當(dāng)用戶進(jìn)行操作時，顯示相應(yīng)的操作提示信息。參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計草圖采用列表式布局，將各種參數(shù)設(shè)置選項按照類別進(jìn)行分組，如血流參數(shù)、壓力參數(shù)、溫度參數(shù)等。每個參數(shù)設(shè)置選項都配有輸入框和調(diào)節(jié)按鈕，用戶可以通過輸入框直接輸入?yún)?shù)值，也可以通過調(diào)節(jié)按鈕進(jìn)行參數(shù)的微調(diào)。在界面的右側(cè)設(shè)置參數(shù)預(yù)覽區(qū)域，實時顯示用戶設(shè)置的參數(shù)值和對應(yīng)的模擬效果。數(shù)據(jù)監(jiān)測界面設(shè)計草圖以圖表的形式展示系統(tǒng)的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用折線圖展示血流速度、壓力等參數(shù)隨時間的變化趨勢，采用柱狀圖展示不同位置的壓力分布情況。在圖表的下方設(shè)置數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，實時顯示當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)的具體數(shù)值和單位。數(shù)據(jù)分析界面設(shè)計草圖提供豐富的數(shù)據(jù)處理和分析功能，如數(shù)據(jù)濾波、降噪、特征提取、統(tǒng)計分析等。界面采用菜單式布局，用戶可以通過菜單選擇需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理和分析功能。在界面的右側(cè)設(shè)置數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示區(qū)域，將分析結(jié)果以圖表、報表等形式展示給用戶。通過以上操作與界面設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)，將為用戶提供一個操作便捷、界面友好的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)，提高用戶的使用體驗和工作效率，促進(jìn)心血管疾病的研究和治療工作的開展。五、基于用戶需求的體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)設(shè)計5.1系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計5.1.1系統(tǒng)組成模塊本體外模擬循環(huán)測試系統(tǒng)主要由模擬循環(huán)模塊、測控模塊、數(shù)據(jù)處理模塊三大核心模塊構(gòu)成，各模塊緊密協(xié)作，共同實現(xiàn)系統(tǒng)對人體血液循環(huán)系統(tǒng)的精準(zhǔn)模擬和全面分析，滿足用戶在心血管疾病研究、醫(yī)療器械研發(fā)等領(lǐng)域的多樣化需求。模擬循環(huán)模塊是系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，其主要功能是高度逼真地模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)。該模塊包含模擬心臟和模擬血管兩個關(guān)鍵組件。模擬心臟采用先進(jìn)的機(jī)電一體化設(shè)計，通過高精度的電機(jī)驅(qū)動和智能控制算法，精確模擬心臟的收縮和舒張運動，產(chǎn)生與人體心臟相似的脈動血流。例如，利用偏心輪機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)直線運動，從而實現(xiàn)對心臟泵血功能的模擬。通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和偏心距，可以精確控制心臟的搏動頻率和每搏輸出量，滿足不同生理和病理狀態(tài)下的模擬需求。模擬血管采用具有良好彈性和順應(yīng)性的硅膠材料制成，根據(jù)人體血管的解剖結(jié)構(gòu)和生理特性，設(shè)計了不同直徑和形狀的模擬血管，以模擬人體各級血管的血流特性。通過在模擬血管中設(shè)置阻力元件，如節(jié)流閥和多孔介質(zhì)，精確模擬血管的阻力特性，實現(xiàn)對血流速度和壓力的精確控制。在模擬冠狀動脈時，通過調(diào)整阻力元件的參數(shù)，模擬冠狀動脈狹窄時的血流受阻情況，為冠心病的研究提供實驗基礎(chǔ)。測控模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵控制部分，負(fù)責(zé)對模擬循環(huán)模塊中的各種參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和精確控制。該模塊主要由傳感器、控制器和執(zhí)行器組成。傳感器用于實時采集模擬循環(huán)系統(tǒng)中的各種生理參數(shù)，如血流速度、壓力、溫度等。采用超聲多普勒流量傳感器和電磁流量傳感器監(jiān)測血流速度，利用壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器測量壓力，通過熱電偶和熱敏電阻檢測溫度?？刂破鞲鶕?jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值進(jìn)行比較，然后通過控制算法計算出控制信號，發(fā)送給執(zhí)行器?？刂破鞑捎孟冗M(jìn)的微控制器單元（MCU）或可編程邏輯控制器（PLC），具備高速的數(shù)據(jù)處理能力和精確的控制算法。在血流速度控制中，采用比例-積分-微分（PID）控制算法，根據(jù)實際血流速度與目標(biāo)值的偏差，實時調(diào)整電機(jī)的驅(qū)動電壓，實現(xiàn)對血流速度的精確控制。執(zhí)行器根據(jù)控制器發(fā)送的控制信號，對模擬循環(huán)模塊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。執(zhí)行器包括電機(jī)驅(qū)動器、調(diào)節(jié)閥和加熱制冷裝置等。電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)控制信號調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)對模擬心臟泵血功能的控制；調(diào)節(jié)閥通過調(diào)節(jié)閥門的開度，控制模擬血管的阻力，實現(xiàn)對血流速度和壓力的調(diào)節(jié)；加熱制冷裝置用于調(diào)節(jié)模擬血液的溫度，使其保持在人體正常生理范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)處理模塊是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和管理中心，負(fù)責(zé)對測控模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理、存儲和分析。該模塊主要由數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件組成。數(shù)據(jù)采集卡將傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中。計算機(jī)配備高性能的處理器和大容量的內(nèi)存，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。數(shù)據(jù)分析軟件采用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理和分析工具，如MATLAB、Origin等，具備數(shù)據(jù)濾波、降噪、特征提取、統(tǒng)計分析等功能。通過數(shù)據(jù)濾波和降噪處理，去除數(shù)據(jù)中的噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。利用特征提取算法，從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵的特征參數(shù)，如血流動力學(xué)參數(shù)的峰值、平均值、變化趨勢等。通過統(tǒng)計分析方法，對不同實驗條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和關(guān)系。數(shù)據(jù)處理模塊還具備數(shù)據(jù)可視化功能，將處理后的數(shù)據(jù)以直觀的圖表、曲線等形式呈現(xiàn)出來，方便用戶直觀地了解實驗結(jié)果。繪制血流速度隨時間變化的曲線、壓力與血流速度的關(guān)系圖等，幫助用戶快速掌握實驗數(shù)據(jù)的變化趨勢和特征。數(shù)據(jù)處理模塊還可以將實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理，為后續(xù)的研究和分析提供數(shù)據(jù)支持。5.1.2模塊間通信與協(xié)同模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同工作是確保系統(tǒng)整體性能優(yōu)化的關(guān)鍵，模擬循環(huán)模塊、測控模塊和數(shù)據(jù)處理模塊之間通過高效的通信機(jī)制實現(xiàn)緊密協(xié)作，共同完成對人體血液循環(huán)系統(tǒng)的模擬和分析任務(wù)。模擬循環(huán)模塊與測控模塊之間通過硬件接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。模擬循環(huán)模塊中的傳感器將采集到的血流速度、壓力、溫度等生理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，通過電纜傳輸?shù)綔y控模塊中的數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)娇刂破髦??？刂破鞲鶕?jù)接收到的數(shù)據(jù)，通過控制算法計算出控制信號，通過執(zhí)行器驅(qū)動模擬循環(huán)模塊中的電機(jī)、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備，實現(xiàn)對模擬循環(huán)系統(tǒng)的精確控制。在血流速度控制過程中，模擬循環(huán)模塊中的超聲多普勒流量傳感器實時監(jiān)測血流速度，并將信號傳輸?shù)綔y控模塊。測控模塊中的控制器將實際血流速度與預(yù)設(shè)目標(biāo)值進(jìn)行比較，若存在偏差，通過PID控制算法計算出控制信號，發(fā)送給模擬循環(huán)模塊中的電機(jī)驅(qū)動器，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變模擬心臟的泵血能力，實現(xiàn)對血流速度的精確控制。測控模塊與數(shù)據(jù)處理模塊之間通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。測控模塊中的數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)字信號通過以太網(wǎng)或USB接口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中的計算機(jī)。計算機(jī)中的數(shù)據(jù)分析軟件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理、存儲和分析。數(shù)