第3章铁基块体非晶合金-纳米晶转变的动力学模拟过程3.1 Discover模块
3.1.1 原子力场的分配
在使用Discover模块建立基于力场的计算中，涉及几个步骤。主要有：选择力场、指定原子类型、计算或指定电荷、选择non-bond cutoffs。
在这些步骤中，指定原子类型和计算电荷一般是自动执行的。然而，在某些情形下需要手动指定原子类型。原子定型使用预定义的规则对结构中的每个原子指定原子类型。在为特定的系统确定能量和力时，定型原子使工作者能使用正确的力场参数。通常，原子定型由Discover使用定型引擎的基本规则来自动执行，所以不需要手动原子定型。然而，在特殊情形下，人们不得不手动的定型原子，以确保它们被正确地设置。
图 3-1
1）计算并显示原子类型：点击Edit→Atom Selection，如图3-1所示
图3-2
弹出对话框，如图3-2所示
从右边的…的元素周期表中选择Fe，再点Select，此时所建晶胞中所有Fe 原子都将被选中，原子被红色线圈住即表示原子被选中。再编辑集合，点击Edit →Edit Sets，如图3-3、3-4所示。
图3-3
图3-4
弹出对话框见图3-4，点击New...，给原子集合设定一个名字。这里设置为Fe，则3D视图中会显示“Fe”字样，再分配力场：在工具栏上点击Discover按钮，从下拉列表中选择Setup，显示Discover Setup对话框，选择Typing选项卡，见图3-5。
图3-5
在Forcefield types里选择相应原子力场，再点Assign（分配）按钮进行原子力场分配。注意原子力场中的价态要与Properties Project里的原子价态
（Formalcharge）一致。
3.1.2力场的选择
1）Energy，见图3-6。
图3-6
力场的选择：
力场是经典模拟计算的核心，因为它代表着结构中每种类型的原子与围绕着它的原子是如何相互作用的。对系统中的每个原子，力场类型都被指定了，它描述了原子的局部环境。力场包括描述属性的不同的信息，如平衡键长度和力场类型对之间的电子相互作用。常见力场有COMPASS、CVFF和PCFF。
Select下拉菜单中有三个选项：
①COMPASS 力场：COMPASS 力场是第一个把以往分别处理的有机分子体系的力场与无机分子体系的力场统一的分子力场。COMPASS 力场能够模拟小分子与高分子，一些金属离子、金属氧化物与金属。在处理有机与无机体系时，采用分类别处理的方式，不同的体系采用不同的模型，即使对于两类体系的混合，仍然能够采用合理的模型描述。
②CVFF力场：CVFF 力场全名为一致性价力场(consistant valence force field),最初以生化分子为主，适应于计算氨基酸、水及含各种官能团的分子体系。其后，经过不断的强化，CVFF 力场可适用于计算多肽、蛋白质与大量的有机分子。此力场以计算系统的结构与结合能最为准确，亦可提供合理的构型能与振动频率。
③PCFF力场：PCFF为一致性力场，增加一些金属元素的力参数，可以模拟含有相应原子的分子体系，其参数的确定除大量的实验数据外，还需要大量的量子力学计算结果。
3.1.3 非键的设置
打开Non-bond选项卡，见图3-7。
图3-7
非键作用力包括范德华力和库伦力。这里将两者都选上，为的是后期做minimizer优化原子位置时精确度更高，因为考虑了作用力因素多，即两者都考虑了。
Summation method（模拟方法）：
①Atom Based：atom based基于原子的总量，包括一个原子的截断距离，一个原子的缓冲宽度距离；为直接计算法，即直接计算原子对之间的非键相互作用，当原子对超出一定距离（截断半径cutoff distance）时，即认为原子对之间相互作用为零（注：cutoff distance指范德瓦尔斯作用力和库仑力的范围，比如：设定截断半径为5，则表示已分子或原子中心为圆心，以5为半径作圆，半径以外的作用力都不考虑）。此方法计算量较小，但是可能导致能量和其导数的不连续性。当原子对间距离在Cut Off半径附近变化时，由于前一步考虑了原子对之间的相互作用，而后一步不考虑，由此会导致能量发生跳跃。当然，对于较小的体系，则可以设置足够大的Cutoff半径来保证所有的相互作用都被考虑进来。见图3-8。
图3-8
②Group Based：group based基于电子群的，总量中包括一个原子的截断距离，一个原子的缓冲宽度距离；大多数的分子力场都包括了每个原子之间点电荷的库仑相互作用。甚至在电中性的物种中也存在点电荷，例如水分子。点电荷实际上反映了分子中不同原子的电负性。在模拟中，点电荷一般是通过电荷平衡法（charge equilibrium）评价或者力场定义的电荷来分配的。当评价点电荷时，一定要小心不要在使用Cutoff技术时引入错误的单极项。要了解到这一点，可以参看如下事实：两个单极，当只有1e.u.电荷时，在10A的位置上其相互作用大约为33Kcal；而对于由单位单极分离1A所形成的两个偶极，相同距离其相互作用能不超过0.3Kcal/mol。
很明显，忽略单极-单极相互作用会导致错误的结果，而忽略偶极-偶极相互作用则是适度的近似。然而，如果单极相互作用处理不清的话，仍然会出问题。当non-bond Cutoff使用基于原子-原子基组时，就可能发生，会人为将偶极劈裂为两个“假”的单极（当一个偶极原子在Cutoff内，另一个在其外）。这就不是忽略了相对较小的偶极-偶极相互作用，而是人为引入了作用较大的单极-单极相互作用。为了避免这种人为现象，Materials Studio引入了在Charge Groups之上的Cutoff。
一个“Charge Group”是一个小的原子基团，其原子彼此接近，净电荷为0或者接近于0。在实际应用中，Charge Group一般是常见的化学官能团，例如羰基、甲基或者羧酸基团的净电荷接近于中性Charge Group。Charge Group之间的距离为一个官能团中心到另一个官能团中心的距离R，Cutoff设置与Atom Based 相类似。
③Ewald Summation：Ewald是在周期性系统内计算Non-bond的一种技术。Ewald是计算长程静电相互作用能的一种算法。Ewald加和方法比较合适于结晶固体。原因在于无限的晶格内，Cutoff方法会产生较大的误差。然而，此方法放也可以用于无定形固体和溶液体系。Ewald计算量较大，为o(N^3/2),体系较大时，
会占用较多的内存并花费较长的时间【《分子模拟—从算法到应用》】。
④cell multipole cell based：只能用于基于指定数量层。
一般情况下，基于Atom适合于孤立体系，对于周期性体系计算量较小，但是准确性较差；基于Group适合于周期性和非周期性体系，计算的准确性好一些，计算量最小；Ewald适合于周期性能体系，计算最为准确，但计算量最大。
图3-9
本次模拟选择Atom Based模拟方法，弹出对话框，见图3-9。
Cutoff distance（截断距离）：指的是范德瓦尔斯作用力和库仑力的范围。
Buffer width：缓冲宽度距离。
Setup其他选项保留默认设置即可。
3.1.4 结构优化
在工具栏上点击Discover按钮，然后选择Minimizer。或者从菜单栏选择Modules | Discover | Minimizer，见图3-10。显示Discover Minimizer对话框，可以进行几何结构优化计算。注：优化前（Min），先查看所有原子是否都已分配力场，如果没有，可以手动添加，在Properties Explorer中双击Forcefield type，然后修改力场类型即可。其次在Min之前，需要把晶体结构所有原子重新固定。minimizer只是对结构进行优化，以达到能量最小化。在作动力学（dynamics）之前最好minimizer一下，因为如果不minimizer计算收敛时间会比较长，能量波动会比较大，而且计算有可能出错。
图3-10
优化方法Mathod：最陡下降法（Steepest Descent）、共轭梯度法（Conjugate Gradient）、牛顿方法（Newton）和综合法（Smart Minimizer）。
Convergence level：收敛精度水平。
Maximum iteration：最大迭代数。
Optimize cell选中的话表示优化晶胞参数和原子位置。
MS Discover 结构优化原理
分子的势能一般为键合（键长、键角、二面角、扭转角等）和非键合相互作用（静电作用、范德华作用等）能量项的加和，总势能是各类势能之和，如下式：总势能 = 范德华非键结势能 + 键伸缩势能 + 键角弯曲势能 + 双面角扭曲势能 + 离平面振动势能 + 库伦静电势能 + ...
除了一些简单的分子以外，大多数的势能是分子中一些复杂形势的势能的组合。势能为分子中原子坐标的函数，由原子不同的坐标所得到的势能构成势能面（Potential Energy Surface，PES）。势能越低，构象越稳定，在系统中出现的机率越大；反之，势能越高，构象越不稳定，在系统中出现的机率越小。通常势能面可得到许多极小值的位置，其中对应于最低能量的点称为全局最小值（Global Energy Minimum），相当于分子最稳定的构象。由势能面求最低极小值的过程称为能量最小化（Energy Minimum），其所对应的结构为最优化结构（Optimized Structure），能量最小化过程，亦是结构优化的过程。
通过最小化算法进行结构优化时，应避免陷入局部最小值（local minimum），也就是避免仅得到某一构象附近的相对稳定的构象，而力求得到全局最小值，即实现全局优化。分子力学的最小化算法能较快进行能量优化，但它的局限性在于易陷入局部势阱，求得的往往是局部最小值，而要寻求全局最小值只能采用系统搜寻法或分子动力学法。在Materials Studio的Discover模块中，能量最小化算法有以下四种：
①最陡下降法（Steepest Descent），为一经典的方法，通过迭代求导，对多变量的非线性目标函数极小化，按能量梯度相反的方向对坐标添加位移，即能量函数的负梯度方向是目标函数最陡下降的方向，所以称为最陡下降法。此法计算简单，速度快，但在极小值附近收敛性不够好，造成移动方向正交。最陡下降法适用于优化的最初阶段。
②共轭梯度法（Conjugate Gradient），在求导时，目标函数下降方向不是仅选取最陡下降法所采用的能量函数的负梯度方向，而是选取两个共轭梯度方向，即前次迭代时的能量函数负梯度方向与当前迭代时的能量函数负梯度方向的线性组合。此法收敛性较好，但对分子起始结构要求较高，因此常与最陡下降法联合使用，先用最陡下降法优化，再用共轭梯度法优化至收敛。
③牛顿方法（Newton），以二阶导数方法求得极小值。此法的收敛很迅速，也常与最陡下降法联合使用。
④综合法（Smart Minimizer），该方法可以混合最陡下降法，共轭梯度法和牛顿法进行结构优化，在MS中是可选择的。Smart Minimizer中，牛顿法可以设定最大的原子数，如果体系的原子数大于所设定的值，则计算是会自动地转为前面设定的收敛法（共轭梯度法或最陡下降法），收敛精度会改为共轭梯度法的默认收敛精度值。
点开各种方法后面的More，见图3-11、3-12、3-13、3-14，可设定收敛精度（Convergence），算法（Algorithm）和一维搜索（Line search，指每一次迭代中的精度）等。
图3-11
图3-12
图3-13
图3-14
当Job结束后，结果被返回到Disco Min目录，最小化的结构被命名为3D Atomistic.xsd，并被保存在“3D Atomistic Disco Min”目录。还生成一个名为“3D Atomistic.out”的文本文档，它包含了有关计算的所有能量信息。同时还生成“SimulationEnergies.xcd”，它显示了能量随迭代次数的变化情况。如图3-15所
示。本次模拟得到如图3-16所示的结构，
图3-15
图3-16
3.1.5 高温弛豫
打开discover下的Dynamics，如图3-17所示。
图3-17 Ensemble（系综）：NVE、NVT、NPT、NPH。
Temperature：目标温度。
Pressure：给系统所施加的压力。
Number of steps：整个动力学所运行的总步数。
Time step：每一动力学步骤所花费的时间（单步长时间）。
Dynamics time：Number of steps×Time step（总模拟时间）。
Trajectory Save：Coordinates表示保存坐标；Final Structure表示只保存最终结构；Full表示保存所有。
Frame output every：若输入5000，则表示每5000步输出一帧（即晶体结构）。
此操作表示结构在2000K的温度下进行弛豫，此过程原子通过迁移、运动或者扩散，逐步降低原来的高内能态，向稳定的低内能态转变。运行结束后，可以通过调用Animation观看三维动画，见图3-18、3-19。
图3-18
图3-19
动画工具条可以控制三维窗口中动画文件的显示。它包含以下命令：
Play Backwards：倒映动画文件。
Step Backwards：每次向后放一帧
Stop：停止放映。
Step Forwards：每次一帧加速放映。
Play：放映动画。
Pause：暂停放映，再按一次后继续放映。
Animation Mode：显示动画模式下拉菜单，
3.1.6.1 系综简介
系综（ensemble）是指具有相同条件系统（system）的集合。平衡态的分子动力学模拟，总是在一定的系综下进行。系综是统计力学中非常重要的概念，系统的一切统计特性基本都是以系综为起点推导得到的。实际应用时，要注意选择适当的系综，如（N，T，P）常用于研究材质的相变化等。
①在微正则系综（micrononical ensemble）中，模型体系的粒子数N、体积V及内能（热力学能）E（在热力学通常用U表示内能）。孤立、保守的系统。值得注意的是：体系总能量，即势能和动能的总和，是保持守恒的，常被用来判断积分的精度固定不变。它对应于绝热过程，即体系与环境没有热交换，不存在温度T和压力p的控制因素。由于体系的能量E是守恒的，体系的动能和势能之间互转化。一般说，给定能量的精确初始条件是无法得到的。能量的调整通过对速度的标度进行，这种标度可能使系统失去平衡，迭代弛豫达到平衡。
②NVT系综（正则系综）
正则系综（canonical ensemble）中，体系的粒子数N、体积V及温度T保持不变，且总动量保持不变。因此正则系综动力学有时也被称为恒温动力学。为了控制体系的温度，就需要设置一个“虚拟”的热浴环境，与体系进行能量交换。常用的热浴（bath）包括：Nose-Hoover，Berendsen，Andersen以及“velocity scaling（速度标定）”方法等。
③NPT系综（恒温恒压系综）
恒温恒压系综中，体系的粒子数N、压力p、温度T都是恒定不变的。恒温恒压系综允许体系的“体积”发生变化。这里的体积的变化有两种方式，一种是只变化尺寸而保持形状（比如对于晶体来说，晶格类型维持不变，但是晶胞参数中的a，b，c可以变化），另一种是同时变化形状和尺寸（即晶格类型和晶胞参数都可以变化）。压强P与体积共轭，控压可以通过标度系统的体积来实现。目前有许多调压的方法都是采用的这个原理。
④NPH系综（恒焓恒压系综）
NPH系综中体系的粒子数N、压力p及体系的焓H（H=E+pV）是守恒的，例如节流膨胀就是一恒焓过程。在模拟中较少见。
图3-20
系综的控温：温度调控机制可以使系统的温度维持在给定值，也可以根据外界环境的温度使系统温度发生涨落。一个合理的温控机制能够产生正确的统计系综，即调温后各粒子位形发生的概率可以满足统计力学法则。系综控温机制主要有：Velocity Scale、Nose、Berendsen。
图3-21
图3-21的Thermostat下拉菜单有四个，见图3-22：
①Velocity Scale（直接速度标定法）：系统温度和粒子的速度直接相关，可以通过调整粒子的速度使系统温度维持在目标值。实际分子动力学模拟中，并不需要对每一步的速度都进行标定，而是每隔一定的积分步，对速度进行周期性的标定，从而使系统温度在目标值附近小幅波动。直接速度标定法的优点是原理简单，易于程序编制。缺点是模拟系统无法和任何一个统计力学的系综对应起来；突然的速度标定引起体系能量的突然改变，致使模拟系统和真实结构的平衡态相差较远。
②Nose：该方法可以把任何数量的原子与一个热浴耦合起来，可以消除局域的相关运动，而且可以模拟宏观系统的温度涨落现象。
Andersen:
③Berendsen控温机制:又称Berendsen外部热浴法。其基本思想是假设系统和一个恒温的外部热浴耦合在一起，通过热浴吸收和释放能量来调节系统的温度，使之与恒温热浴保持一致。对速度每一步进行标定，以保持温度的变化率与热浴和系统的温差（T bath-T(t)）成比例。
图3-22
图3-23
图3-23下拉菜单有3项：
①Andersen：假定系统与外界“活塞”耦合，当外部压强不能补偿系统内部压强时，“活塞”运动引起系统均匀地膨胀或收缩，最终使得系统压强等于外部压强。Andersen方法具有重要的意义，后来的各种压力控制方法基本都是基于Andersen 思想发展起来的。
②Berendsen：这种方法是假想把系统与一“压浴”相耦合。
③Parrinello：这种方法允许原胞的形状与体积同时发生变化，以达到与外压平衡。这种方法是对Anderson调压方法的一种扩展，可以实现对原胞施加拉伸剪切以及混合加载情况的模拟，因此在对材料的力学性质的分子动力学模拟中，得到了广泛地应用。
3.2 Forcite模块
3.2.1 Quench（快冷）
在工具栏上点击按钮，选择calculation，弹出对话框，如图3-24所示。
图3-24
选择Quench（快冷，淬火），再点击More…出现如图3-25所示对话框：
图3-25
再点击Dynamics options的more…出现如图3-26、3-27所示：
图3-26
图3-27
Initial velocities：第一次由于设置速度，所以只能选择Random（随即速度），第二次以及以后运行则可选择Current（当前速度）了，此时速度为上一次结束的速度。
图3-28
注意：模拟退火的时候要加力。即Include forces要选上，如图3-28所示。
运行结束后会得到一些文件，有1）3D Atomistic.xtd，这是快冷后得到的结构，见图3-29。2）Status.txt以及3D Atomistic.txt包含了快冷过程的相关参数设置以及结果数据。3）3D Atomistic Temperature.xcd描述了温度与时间的关系，见图3-30。4）3D Atomistic Energies.xcd描述了几种能量（势能、动能、非键能以及总能量）随时间的变化关系（见图3-31）等。
图3-29
图3-30
图3-31
对图3-29所示的结果做径向分布函数分析，得到如图3-32的图像，图像表明快
3.2.2退火（anneal）
选择退火（anneal）如图3-33所示
图3-33
点击more…出现图3-34所示对话框：
图3-34
Annealing cycles：运行一次退火所作的退火循环次数。
Initial temperature：一次退火循环的起始温度也是退火循环的终止温度。
Mid-cycle temperature：一次退火循环包括升温过程和降温过程中的最高温度。
Heating ramps per cycle：一次循环中加热过程的温度梯度步数，冷却过程的温度下降梯度（cooling ramps per cycle）步数与加热过程的温度梯度步数相等。
Dynamics steps per ramp：每一温度梯度的动力学步数。
Total number of steps：Annealing cycles×（Heating ramps per cycle + cooling Heating ramps per cycle）×Dynamics steps per ramp（即上图中的总步数=5×10×500）
设置好数据后，点击More…，出现图3-35所示对话框。
图3-35
目标温度根据快冷得到700K的结构而设定为700K，中间最高温度（Mid-cycle temperature）分别设为900K、880K、860K、850K、840K、835K、830K、825K、820K、810K十组数据。因其晶化温度大致在825K左右【】。
Advanced选项卡中需要注意的是要选上Include forces。见图3-36。
图3-36
再对十组所得结构作X衍射分析，得到10组XRD图。
3.3 Refl ex 模块
如图3-37所示，调出Powder Diffraction工具
从工具栏选择Reflex工具，或者从菜单栏选择Modules | Reflex，然后选择Powder Diffraction，弹出对话框，见图3-38。
图3-37
图3-38
Powder Diffraction对话框由8个不同的选项卡组成，包括你需要的所有设置。
Diffractometer－设置基本的扫描设置，例如2-theta范围和线性变化；
Radiation－设置不同的衍射线类型，可以选择X射线、电子和中子射线；
Profiles－设置粉末衍射图显示的峰形函数并加宽显示衍射图；
Sample－设置样品尺寸；
Temperature Factors－包括控制修正原子热振动对衍射图的影响；
Asymmetry－控制用于修改峰形的任何不对称性修正；
Experimental Data－允许你添加实验数据进行对比；
Display－设置常规的显示属性，这对控制图形数据是很重要的。
本次设置只把2θ角的宽度范围设置改为5°～90°，其余设置不变。再点击Calculate即可得出X衍射图谱。
根据X衍射图谱，再结合谢乐公式计算晶粒尺寸，得出退火温度在在830K 时，晶粒尺寸为8.436nm，835K的晶粒尺寸为15.736nm。两个温度下的所得结果分别见图3-39和3-40。相应的X衍射图见3-41和3-42。（Scherrer公式，德拜-谢乐公式，表达式为D=Kλ/Bcosθ，其中K为Scherrer常数，其值为0.89；D 为晶粒尺寸（nm）；B为积分半高宽度；θ为衍射角；λ为X射线波长，为0.154056 nm）
图3-39 图3-40
图3-41
精品文档 《计算材料学》实验讲义 实验八：介观动力学模拟 一、前言 1、介观模拟简介 长期以来，化学家致力于从分子水平研究物质及其变化，而化学工程工作者主要研究物质在宏观体系的行为，介观层次的化学正是联系微观及宏观的桥梁，是从分子到材料的必由之路，同生命过程也有密切的关联。 由于介观模拟能够模拟的空间尺度（纳米到微米）、时间尺度（纳秒到微秒）更大，应用介观模拟方法可以模拟更加复杂的体系，例如：高分子熔体，高分子稀溶液自组装，表面活性剂溶液自组装，磷脂膜等胶体化学，高分子，生物大分子相关的内容。 目前介观模拟的方法很多，例如耗散颗粒动力学模拟方法(dissipative particle dynamics，DPD)，它是根据Hoogerbrugge和Koelman提出的一种针对柔性(soft)球模型流体动力学的模拟，并通过引入粒子间的谐振动势，来模拟聚合物的性质；元胞动力学方法（CDS），基于重整化群理论，对时间相关的Ginzburg-Landau 方程直接用数值计算的方法在离散空间上进行描述。其中单个元胞的演化通常用双曲正切函数表示；动态密度泛函方法（DDFT或MesoDyn），应用于高分子体系，建立在粗粒化高斯链模型的基础上，实际上是一个动态的自洽场方法，使用了朗之万方程（Langevin's equation）来描述体系演化的动力学。 （1）MS-Mesocite简介 MS Mesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集，模拟的对象大小尺寸在纳米到微米尺度范围，相应地，模拟变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。MS Mesocite的模拟对象遍及多种工业领域，比如复合材料、涂料、化妆品以及药物控缓释等，它可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。MS Mesocite的突出特点是使用完全区别于传统介观模拟技术，转而采用力场(Forcefield)方法—比如MS Martini力场—来描述粗粒度之间的相互作用，从而得到体系的结构、. 精品文档 和动力学特性，分析函数主要有角度分布，密度分布，径向分布函数，二面角分布，均方根位移等。同时，您还可以使用力场编辑工具对MS Mesocite的力场进行编辑，以获得满足特殊要求的力场，从而拓展了MS Mesocite的应用范围。 应用Mesocite进行动力学模拟时，最主要的是得到精确的力场。Martini力场，是由Marrink提出的，可以应用于生物分子体系。Martin力场中包括四种主要的力场类型：极性（polar-P）、非极性（apolar-C）、无极性（nonpolar-N）、带电
目录 中文摘要 (02) 英文摘要 (04) 正文颈内动脉虹吸部影像解剖及血流动力学模 (07) 第一部分颈内动脉虹吸部影像解剖 (07) 材料与方法 (07) 结果 (09) 讨论 (11) 参考文献 (13) 第二部分颈内动脉虹吸部血流动力学模拟 (15) 材料与方法 (15) 结果 (19) 讨论 (26) 参考文献 (35) 致谢 (38) 综述 (39)
颈内动脉虹吸部影像解剖及血流动力学模拟 中文摘要 目的（1）颈内动脉分段及虹吸部正常解剖形态与测量。 （2）颈内动脉虹吸部钙化分布，正常组与钙化组比较。 （3）模拟正常颈内动脉虹吸部血流动力学特点、动脉硬化狭窄后血流动力学改变，二者比较探讨血流动力学因素与虹吸部硬化的关系。 方法（1）选择研究对象的条件：本院2011年1月-2011年12月行头颈CTA检查患者中，查找50岁以上住院病例作为研究对象，包括正常组70例、钙化组70例。在图像工作站上重建虹吸部血管，观察血管的形态，并测量C4、C5段折角及血管直径，对比两组的差异。 （2）基于CTA数据实现颈内动脉有限元建模，用ANSYS13.0 CFX软件模拟虹吸部血流动力学。观察正常血流及血管硬化狭窄后对血流动力学的改变，分析其对动脉粥样硬化的影响。 结果颈内动脉虹吸部解剖形态分四型：以“U”、“V”多见，分别占53%（148/280），30%(84/280)；“C”型、“S”少见，共占17%（48/280）。颈内动脉虹吸部钙化分布：C4段外弯钙化96例（96/352），占总数27%，内弯段钙化58例（58/352），占总数16%。C5段外弯钙化48例（48/352），占总数14%，内弯段钙化67例（67/352），占总数19%。C6段外弯钙化48例（48/352），占总数14%，内弯段钙化35例（35/352），占总数10%。 两组患者年龄统计结果为正常组（70例）年龄59.17±10.27岁，钙化组为（70例）67.39±9.32岁；t 检验结果为：年龄t = 9.32 ，P < 0.05 ，两组有显著差别。血管直径：正常组直径为4.29±0.63mm，钙化组为4.90±0.44mm；t = 1.610 ，P > 0.05 ，两组虹吸部血管大小无明显差别。 C4、C5段折角测量值：正常组（左右两侧，140例）C4折角为87.23±36.66 度，钙化组为（左右两侧，140例）84.30±37.35度；C5折角正常组（左右两侧，140例）为49.21±26.01度，钙化组为（左右两侧，140例）为54.57±24.16度。两组t 检验，其结果为：C4折角t = 0.575 ，P > 0.05 ；C5 t = 24.16，P > 0.05，两者统计学处理无显著性差异。
分子动力学的模拟过程 分子动力学模拟作为一种应用广泛的模拟计算方法有其自身特定的模拟步骤,程序流程也相对固定。本节主要就分子动力学的模拟步骤和计算程序流程做一些简单介绍。 1. 分子动力学模拟步驟 分子动力学模拟是一种在微观尺度上进行的数值模拟方法。这种方法既可以得到一些使用传统方法,热力学分析法等无法获得的微观信息,又能够将实际实验研究中遇到的不利影响因素回避掉,从而达到实验研宄难以实现的控制条件。 分子动力学模拟的步骤为: (1)选取所要研究的系统并建立适当的模拟模型。 (2)设定模拟区域的边界条件,选取粒子间作用势模型。 (3)设定系统所有粒子的初始位置和初始速度。 (4)计算粒子间的相互作用力和势能,以及各个粒子的位置和速度。 (5)待体系达到平衡,统计获得体系的宏观特性。 分子动力学模拟的主要对象就是将实际物理模型抽象后的物理系统模型。因此,物理建模也是分子动力学模拟的一个重要的环节。而对于分子动力学模拟,主要还是势函数的选取,势函数是分子动力学模拟计算的核心。这是因为分子动力学模拟主要是计算分子间作用力,计算粒子的势能、位置及速度都离不开势函数的作用。系统中粒子初始位置的设定最好与实际模拟模型相符,这样可以使系统尽快达到平衡。另外,粒子的初始速度也最好与实际系统中分子的速度相当,这样可以减少计算机的模拟时间。 要想求解粒子的运动状态就必须把运动方程离散化,离散化的方法有经典Verlet算法、蛙跳算法(Leap-frog)、速度Veriet算法、Gear预估-校正法等。这些算法有其各自的优势,选取时可按照计算要求选择最合适的算法。 统计系统各物理量时,便又涉及到系统是选取了什么系综。只有知道了模拟系统采用的系综才能釆用相对应的统计方法更加准确,有效地进行统计计算,减少信息损失。 2. 分子动力学模拟程序流程 具体到分子动力学模拟程序的具体流程,主要包括: (1)设定和模拟相关的参数。 (2)模拟体系初始化。 (3)计算粒子间的作用力。 (4)求解运动方程。 (5)循环计算,待稳定后输出结果。 分子动力学模拟程序流程图如2.3所示。
血流动力学习题 The final edition was revised on December 14th, 2020.
血流动力学监测考卷 一、是非题 1、血流动力学是指血液在心血管系统中流动的力学，主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间的相互关系。（√） 2、体循环起于左心室，止于右心房。（√） 3、肺循环起于右心房，止于左心室。（ X ） 4、压力换能器的体表位置在左心房第四肋间。（ X ） 5、多腔深静脉穿刺管监测CVP时应将压力测压管接在侧管。（ X ） 6、CVP指右心房及上下腔静脉胸腔段的压力。（√） 7、间断测CVP时，深静脉管道可以不输液。（ X ） 8、穿刺侧肢体出现皮肤苍白、发凉、疼痛应怀疑血栓形成。（√） 9、穿刺失败或拔管后应有效压迫止血，压迫止血时间在3分钟以上，并用宽胶布加压覆盖。（×） 10、换能器零点位置高则CVP偏高，低则CVP偏低。（ X ） 11、PAWP此压力可反映左心室压力，对判断心功能、血容量是否充足有重要意义。（×） 12、测压管路不能输入血管活性药物，以免测压时中断或输入过快引起病情变化。（√） 13、随变换体位及时调整换能器位置并较零。（√） 14、监护仪上显示的CVP值的单位为mmHg，如需转换为cmH2O需乘以，如需转换为KPa需乘以。（√） 15、非测量PAWP时需抽尽气囊内气体并锁住气囊注射器。（√）
16、脉律反映了右心室的收缩情况。（×） 17、中心静脉压低提示有效循环血量可能不足。（√） 二、单选题 1、换能器的零点位置是（ B ） A、平腋中线第五肋间 B、平腋中线第四肋间 C、左心房第四肋间 D、腋前线第五肋间 2、CVP正常值（ A ）cmH2O A 、6—12 B、 5 – 9 C、 7—10 D、 8—12 3、加压袋压力应达（ D ）mmHg可有自动冲洗效果。 A、150 B 、200 C、250 D、300 4、进行动脉穿刺是需做ALLEN′S实验（ A ） A、桡动脉 B、肱动脉 C、足背动脉 D 、股动脉 5、临床中首选（ A ）进行穿刺。 A、桡动脉 B、肱动脉 C、足背动脉 D 、股动脉 6、搏动清晰、易于穿刺，但不便管理，保留时间短，有潜在感染的动脉（ D ） A、桡动脉 B、肱动脉 C、足背动脉 D 、股动脉 7、患者有出血倾向，不适宜深静脉穿刺的静脉是（ C ） A、颈内静脉 B、股静脉 C、锁骨下静脉 D、颈外静脉 8、肝素冲洗液的配置（ C ） A、500ml生理盐水+100mg肝素钠 B、500ml生理盐水+50mg肝素钠 C、500ml生理盐水+20mg肝素钠
肝脏是人体内唯一的双重供血器官，正常人肝窦每分钟平均接受来自门静脉和肝动脉的血液为1.5L，其中2/3来自门静脉，1/3来自肝动脉。肝脏的分流指数是肝动脉血流量或门静脉的血流量占总肝血流量的比值。 当肝组织发生病变时，肝血流各成分的变化与肝内不同病理改变密切相关。慢性迁延性肝炎肝动脉血流量增加，门静脉血流量正常或轻度降低，这是因为肝动脉充血、门静脉淤血所致。肝硬化时，由于肝动脉、静脉短路导致肝动脉血流量增加，肝小叶结构破坏，门静脉压升高使血流受阻，导致门静脉血流量降低。肝硬化晚期，肝内血管大部分闭锁，血流量减少，结果肝动脉和门静脉血流量均降低。原发性肝癌时，病变部位动脉血供增加，肝血流各成分亦出现相应的变化，结合其它影像检查有助于对肝内病变的鉴别。许多学者根据门静脉高压症的血液动力学改变选择术式、估计预后，并对术式进行评估和改进，以求增进疗效。有文献报道饮食对门静脉血流量有明显影响［2］。由此可见，对肝血流各成分指数的测定有着十分重要的意义。 对人体器官的放射性核素动态显像可获得器官组织功能性改变的信息，并能定量地分析器官组织的动态活动以及组织的生理生化现象，对正确诊断病变组织的性质具有十分重要的意义。用肝脏的放射性核素动态显像可测定肝脏内部的星状细胞(Kupffer cells)对放射性核素的清除率［4］以及肝动脉与门静脉的分流指数，同时可根据显像对肝内病变的进行鉴别［1］。目前，分流指数的测定方法如下：用
带计算机的γ照相机同时绘出肝、肾、脾以及心脏的时间-放射性曲线。根据肾、脾以及心脏的时间-放射性曲线的峰值确定肝动脉与门静脉血流相的分界点测定分流指数，在数学处理上采用斜率法、面积法、计数法［1，4，5］。本文根据肝脏血供的特殊性以及放射性药物在血管中的输运情况，建立了肝血流的动力学模型，用高斯函数对肝的时间-放射性曲线进行拟合，计算出肝动脉和门静脉的分流指数，结合总肝血流量的测定可得出肝动流和门静脉血流量。 1 研究方法 我们采用首次通过法(first pass)测定分流指数，所谓首次通过法即测定核素首次通过肝脏时肝动脉核素与门静脉核素来计算肝脏的分流指数。 1 临床资料及分组：本研究共检查24例。其中，对照组健康人：4例，男2例，女2例，年龄平均37.5岁，均无肝肾疾病史。原发性肝癌：12例，男8例，女4例，年龄27～62岁，平均42.6岁，其中小肝癌(小于5cm)9例，巨大肝癌患者3例，均经CT及B超检查证实。肝硬变组：8例，均为男性，年龄37～65岁，平均48.2岁。全部受检者均经生化、X线、B超检查，诊断明确。 2 仪器设备：首次通过法要求前几十秒内的显像具有足够统计要求的计数值，因此要求探测仪器具有较高的灵敏度和探测效率。本
《计算材料学》实验讲义 实验八：介观动力学模拟 一、前言 1、介观模拟简介 长期以来，化学家致力于从分子水平研究物质及其变化，而化学工程工作者主要研究物质在宏观体系的行为，介观层次的化学正是联系微观及宏观的桥梁，是从分子到材料的必由之路，同生命过程也有密切的关联。 由于介观模拟能够模拟的空间尺度（纳米到微米）、时间尺度（纳秒到微秒）更大，应用介观模拟方法可以模拟更加复杂的体系，例如：高分子熔体，高分子稀溶液自组装，表面活性剂溶液自组装，磷脂膜等胶体化学，高分子，生物大分子相关的内容。 目前介观模拟的方法很多，例如耗散颗粒动力学模拟方法(dissipative particle dynamics，DPD)，它是根据Hoogerbrugge和Koelman提出的一种针对柔性(soft)球模型流体动力学的模拟，并通过引入粒子间的谐振动势，来模拟聚合物的性质；元胞动力学方法（CDS），基于重整化群理论，对时间相关的Ginzburg-Landau方程直接用数值计算的方法在离散空间上进行描述。其中单个元胞的演化通常用双曲正切函数表示；动态密度泛函方法（DDFT或MesoDyn），应用于高分子体系，建立在粗粒化高斯链模型的基础上，实际上是一个动态的自洽场方法，使用了朗之万方程（Langevin’s equation）来描述体系演化的动力学。 （1）MS-Mesocite简介 MS Mesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集，模拟的对象大小尺寸在纳米到微米尺度范围，相应地，模拟变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。MS Mesocite的模拟对象遍及多种工业领域，比如复合材料、涂料、化妆品以及药物控缓释等，它可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。MS Mesocite 的突出特点是使用完全区别于传统介观模拟技术，转而采用力场(Forcefield)方法—比如MS Martini力场—来描述粗粒度之间的相互作用，从而得到体系的结构、
前期科研训练第三周总结 流体力学理论概述流体力学: 力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。 流体的连续介质模型： 1.流体质点(Fluid Particle )几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有 大量分子的微元体。 2.连续介质(Continuum Medium ):质点连续地充满所占空间的流体和 固体。 3.连续介质模型(Continuum Medium Model ):把流体视为没有间隙地 充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型。 流体的性质 1、流体的惯性 惯性(Fluid In ertia):指流体不受外力作用时，保证其原有运动状态的属性。 惯性和质量有关，质量越大，其惯性就越大。单位体积流体的质量称 为密度(Density )，以表示，单位/ 对于均质流体，设其体积为V，质量为m,则其密度为: (1.1)
对于非均质流体，密度随点而异。若取包含某点在内的体积为^ V， 其中质量为△ m,贝y该点的密度需要用极限的方式表示，即 (1.2) 2、流体的压缩性 压缩性(Compossibility)作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性 (Compressibility)可用体积压缩率k来量度: k= (1.3) 其中:P为外部压强。 在研究流体流动过程中，若考虑到流体的压缩性，则称为可压缩性流动，相应地称流体为可压缩流体，例如高速流动的气体。若不考虑流体的压缩性，则称为不可压缩流动，相应的流体为不可压缩流体，如水、油、血液等。 3、流体的粘性一牛顿流体和非牛顿流体 粘性(Viscosity )指在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性 质。 粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流体流动的内聚力和分子的动量交换所引起的，粘度有动力粘度和运动粘度V之分。 观察如图所示的简单剪切流动：
面向医学应用的血流动力学仿真(I)：典型动脉的血流 动力学仿真1 乔爱科，刘有军 北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京（100022） E-mail：qak@https://www.doczj.com/doc/3c12898717.html, 摘要：针对主动脉弓、S形弯曲动脉、颈动脉、腹主动脉等几种典型动脉的血流动力学仿真研究，提出了一些值得探讨的问题。针对各种几何模型的动脉进行血流动力学仿真，可以帮助人们更好地理解其中各种病变的生物力学机理，从而为心血管疾病的临床防治提供参考。讨论了几个血流动力学评价指标，包括壁面切应力相关参数、粒子滞留时间等，为揭示心血管病变的产生和发展情况提供定量的描述。 关键词：血流动力学，计算流体力学，心血管系统，生物医学工程 学科分类号：Q66 生物体处于力学环境之中，力学因素影响机体整体、器官、组织、细胞和分子各层次的生物学过程。例如，心血管系统就是一个以心脏(机械泵)为中心的力学系统。血液循环过程包含着血液流动、血细胞和血管的变形、血液和血管的相互作用等，其中均蕴藏着丰富的力学规律。血流动力学因素在动脉疾病形成、发展和治疗中的重要意义，对动脉中的血流动力学研究一直是生物力学和生物医学工程研究的热点。生物力学因素被公认为与动脉粥样硬化和动脉瘤等动脉病变的病灶性密切相关。研究表明，血流动力学因素如壁面切应力(wall shear stress, WSS)、壁面切应力梯度(wall shear stress gradient, WSSG)流动分离、二次流等，对动脉血管内皮细胞损伤、动脉内膜加厚、内膜平滑肌细胞增生和内膜结缔组织接合，以及对聚集单核血细胞、血小板和巨噬细胞等，都有着重要影响[1-3]。 随着高速度、大容量、多功能电子计算机硬件以及高性能计算机软件的研发，利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)的仿真方法来研究心血管系统的血流动力学机理，已经越来越受到人们的重视。其原因是，无论是动物实验、还是人体试验，都存在许多困难和风险，成本和花费也很高[4]。实验中所能得到的流动参数是极其常规和有限的，如仅限于速度、压力等，更为复杂的流动参数，如速度矢量、流线、壁面切应力等就不可能得到了[5]。而数值仿真可以较为方便地、有针对性地研究某些特定几何和力学因素对血流动力学的影响。它不仅可以节约成本，提高效率，而且可以完成实验无法实现的事情。血流动力学数值仿真是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法，其主要目的是揭示动脉血流动力学因素与动脉粥样硬化、动脉瘤等动脉疾病之间的关系。特别是当在体或离体实验研究不可行时，数值仿真就成为唯一的可行手段。虽然仅仅依靠血流动力学的数值仿真结果，还不能完全解释有关动脉疾病，但这些仿真结果的确有助于人们更好地理解动脉疾病发生和发展的生理和病理基础。数值仿真在心血管血流动力学研究中的应用日益广泛，关于血流动力学仿真的文献报道不计其数[6,7]。 心血管系统中常见的动脉病变有内膜增生、粥样硬化、动脉瘤和血栓症等。在大量复杂的生理学和生物力学因素中，一些异常和不均匀的血流动力学特征如涡流、长粒子滞留时间、高压、低壁面切应力、振荡的壁面切应力等，被普遍认为是动脉病变重要的原因[8,9]。动脉粥样硬化总是呈现高度的病灶性而无明显的个体差异，即动脉粥样硬化早期的斑状沉积大都会发生于冠状动脉、颈动脉、腹主动脉、股动脉等的复杂流动区域，而其他动脉中则不发生 1本课题得到北京市自然科学基金会项目(3062003)和国家自然科学基金会项目(30470450)的资助。
《计算材料学》实验讲义粗粒度模拟 实验名称：介观动力学模拟 一、前言 1、介观模拟简介 长期以来，化学家致力于从分子水平研究物质及其变化，而化学工程工作者主要研究物质在宏观体系的行为，介观层次的化学正是联系微观及宏观的桥梁，是从分子到材料的必由之路，同生命过程也有密切的关联。 由于介观模拟能够模拟的空间尺度（纳米到微米）、时间尺度（纳秒到微妙）更大，应用介观模拟方法可以模拟更加复杂的体系，例如：高分子熔体，高分子稀溶液自组装，表面活性剂溶液自组装，磷脂膜等胶体化学，高分子，生物大分子相关的内容。 目前介观模拟的方法很多，例如耗散颗粒动力学模拟方法(dissipative particle dynamics，DPD)，它是根据Hoogerbrugge和Koelman提出的一种针对柔性(soft)球模型流体动力学的模拟，并通过引入粒子间的谐振动势，来模拟聚合物的性质；元胞动力学方法（CDS），基于重整化群理论，对时间相关的Ginzburg-Landau方程直接用数值计算的方法在离散空间上进行描述。其中单个元胞的演化通常用双曲正切函数表示；动态密度泛函方法（DDFT或MesoDyn），应用于高分子体系，建立在粗粒化高斯链模型的基础上，实际上是一个动态的自洽场方法，使用了朗之万方程（Langevin’s equation）来描述体系演化的动力学。 （1）MS-Mesocite简介 MS Mesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集，模拟的对象大小尺寸在纳米到微米尺度范围，相应地，模拟变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。MS Mesocite的模拟对象遍及多种工业领域，比如复合材料、涂料、化妆品以及药物控缓释等，它可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。MS Mesocite 的突出特点是使用完全区别于传统介观模拟技术，转而采用力场(Forcefield)方法—比如MS Martini力场—来描述粗粒度之间的相互作用，从而得到体系的结构、和动力学特性，分析函数主要有角度分布，密度分布，径向分布函数，二面角分布，均方根位移等。同时，您还可以使用力场编辑工具对MS Mesocite的力场进
血流动力学 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
是指每分钟跳动的次数，以第一声音为准。 标准心率 1、正常成年人安静时的心率有显着的个体，平均在75次/分左右(60—100次/分之间)。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。初生儿的心率很快，可达130次/分以上。在成年人中，女性的心率一般比男性稍快。同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。经常进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢。近年，国内大样本健康人群调查发现：国人男性的正常范围为50—95次/分，女性为55—95次/分。所以，心率随年龄，性别和健康状况变化而变化。 2、健康成人的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，女性稍快；3岁以下的小儿常在100次/分以上；老年人偏慢。成人每分钟心率超过100次（一般不超过 160次/分）或超过 150次/分者，称为。常见于正常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒和喝浓茶后。也可见于发热、、贫血、甲亢、及应用、、等。如果心率在 160～220次/分，常称为。心率低于60次/分者（一般在40次/分以上），称为。可见于长期从事重体力劳动和；病理性的见于机能低下、、、以及洋地黄、或类药物过量或中毒。如心率低于40次/分，应考虑有。超过160次/分，或低于40次/分，大多见于病人，病人常有心悸、、心前区不适，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。 心率过缓 正常人心跳次数是60～100次/分，小于60就称为。有几种类型，最常见的是。可分为病理性及生理性两种。生理性是正常现象，一般心率及在50～60次 /分，可能会出现40次的心率，不用治疗，常见于正常人睡眠中、较多的人。心率或小于50次多数为病理性，需要治疗，严重者要安装来加快心率。
生物医学工程学杂志 J Biomed Eng 2006;23(4)∶778～780 体外模拟心血管系统血液动力学性能分析 李 洪 钱坤喜△ (江苏大学生物医学工程研究所,镇江 212013) 摘要 为研究人工心脏和心血管系统之间的血液动力学作用机制,根据弹性腔模型建立了一套能反映血液动力学特性的体外血液循环模拟实验装置,测试血液动力学参量与心室后负荷(即外周力R和动脉顺应性C)以及每搏心输出量V s,心动周期T和心室收缩时间间隔T s,前负荷等六个参量之间的相互关系,通过改变六个参量中的某一个参量而固定其余参量,测试这个参量对动脉血压及流量的影响情况。实验结果与生理情况和数学模型分析相符合。压力和流量波呈脉动性,与真实生理波形相似。整个模拟装置能够反映血液动力学特性。 关键词 心血管系统 弹性腔模型 血液动力学 人工心脏 Hemodynamics Study of Cardivoascular System In Vitro Simulation Li Hong Qian Kunxi (Institute of B iomedical En gineering,Jiang s u University,Zhenjiang 212013,China) Abstract In o rder to study the cardiov ascula r hemodynamic char acteristics a nd ev aluate the blo od pum p,we made a series of ca rdiov ascular simulatio n dev ices which co uld r eflect the hemo dy na mics o f blood circula tio n system by the elastic cha mbe r mo del,and tested the relatio ns betw een ca rdiov ascular hemody namic para meters(such as systo le pr essure,diastole pressure,av erag e pressure,pulsa tiv e pr essur e,flo w rate)and v entricula r afte rload(pe-ripher al resistance and va cular co mplia nce)a s w ell as cardiac o utput,dia stolic pe rio d,systole perio d a nd prelo ad. The effect o f the pa ramete rs on the ar terial pr essur e a nd flow ra te was estima ted w hen any o ne o f the para meters w as chang ed.The r esult o f simula ting experiment w as coincided with that deduced fro m ma th ema tical model and ph ysio log ic conditio n.Ther efor e the series o f car diova scula r simula tio n dev ices ca n r eflect the h emo dynamics of blo od circulatio n. Key words Ca rdiov ascular sy stem Elastic chamber s Hemo dy na mics A rtificial h ea rt 1 引 言 由于心血管系统非常复杂,影响血液循环动力学性能的因素很多,并且各种因素是相互关联的,不能具体分析某一因素的作用,这对心血管疾病的动力学分析有不利之处。 假若我们运用数学模型理论思想设计体外循环模拟实验台,不仅可以单独测试某参量的具体影响情况,而且也可通过体外循环模拟装置评测人工心脏的性能特点。模拟实验采用比较直观、简单的W esterhof三元件单弹性腔数学模型,用功能相似的实验器材模拟顺应性元件、惯性元件和阻力元件,建立起与弹性腔模型相似的模拟装置。整个循环装置是无控制的闭环循环系统,考虑脉搏波形仅随时间变化而与空间位置无关。 2 体外模拟的数学模型—Westerhof三元件单弹性腔数学模型[1] 对于单弹性腔模型,将整个主动脉看作一个弹△通讯作者。E-mail:sw yx@https://www.doczj.com/doc/3c12898717.html, 性腔,其顺应性为C,将小动脉与毛细血管看作外周阻力血管,其外周阻力为R。利用血液流动参量与电学量之间的对应比拟关系,建立血液循环等效回路。图1为描述左心室后负荷体动脉系统的Westerhof 三元件单弹性腔模型(Z C-C-R)。其中:Z C为体动脉特性阻抗;p和p a分别为主动脉根部和主动脉的压力;q in和q ou t分别为由左心室流入主动脉的流量和由体动脉流入体静脉的血液流量。由这个三元件弹性腔模型,在左心室的收缩期有: q m=C dp a dt +q o ut(1) p=q in·Z c+p a(2) p a=q out·R(3)在关系式(3)中我们已认为静脉压为零。若动脉顺应性C和外周阻力R是常数,则由上面的三个式子,即得: p=(f··q out +q out)Z c+Rq out(4) q in=f··q out +q out(5)式中:τ=RC称为时间常数。由此可知,如果体动脉流入体静脉的血流量q out已知,那么主动脉根部的压
介观化学体系中的动力学尺度效应 侯中怀 辛厚文1 中国科学技术大学化学物理系 安徽合肥 230026 摘要：以生命和表面催化体系为对象，研究了介观化学体系中，内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。发现内涨落可以诱导随机振荡，其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值，并且在耦合体系中会得到进一步增强，表现为尺度共振效应，尺度选择效应和双重尺度效应，揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。 一 引言 近年来，随着化学研究的对象向生命和纳米体系的深入，介观化学体系动力学规律的研究，已成为受到广泛关注的前沿课题。按照传统的宏观反应动力学理论，体系的状态()i X t 随着时间的演化规律，可以用如下的确定性方程来描述[1,2]： 1()(,...,), (1,...,)i i N dX t f X X i N dt == (1.1) ，其中()i X t 表示第i 种物质在t 时刻的分子数目。但是当体系的尺度V 小到介观尺度时，体系的内涨落显著增长，此时1()((),...,())N t X t X t ≡X 已成为离散的随机变量，宏观确定性方程(1.1)不再有效，体系状态的演化需要用随机动力学方程来描述[3,4]。 化学体系在远离平衡的条件下，由体系中非线性过程的作用,可以形成化学振荡，化学波，化学混沌等多种非线性动力学行为。在生命体系和表面催化等复杂化学体系中，实验上已经发现了大量的非线性动力学行为的例子，如CO 在单晶催化剂表面的反应速率振荡[5]，合成基因网络中的蛋白质浓度振荡[6]，细胞内及细胞间钙离子浓度的振荡[7]，纳米粒子催化剂表面的反应速率振荡等[8]。这些非线性化学现象，对于表面催化和生命体系的实际功能，如基因表达、钙信号的传递、催化活性和选择性等，有着重要的调控作用。传统上，对这些化学振荡行为都是用形如(1.1)的宏观确定性方程来描述。但是如前所述，对于亚细胞水平以及纳米粒子表面进行的化学反应，宏观确定性方程不再适用，而应当代之以介观层次的随机动力学方法。 1 通讯联系人 Email:hxin@https://www.doczj.com/doc/3c12898717.html,
标准心率。分之间)100次/分左右正常成年人安静时的心率有显着的个体差异，平均在75次/(60—1、分以上。在次/心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。初生儿的心率很快，可达130同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情成年人中，女性的心率一般比男性稍快。经常在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。绪激动时心率加快，国人进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢。近年，国内大样本健康人群调查发现：心率随年龄，性别分。所以，95次/——95次/分，女性为55男性静息心率的正常范围为50 和健康状况变化而变化。2、健康成人的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，女性稍快；3岁以下的小儿常在100次/分以上；老年人偏慢。成人每分钟心率超过100次（一般不超过 160次/分）或婴幼儿超过 150次/分者，称为窦性心动过速。常见于正常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒和喝浓茶后。也可见于发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭及应用阿托品、肾上腺素、麻黄素等。如果心率在 160～220次/分，常称为阵发性心动过速。心率低于60次/分者（一般在40次/分以上），称为窦性心动过缓。可见于长期从事重体力劳动和运动员；病理性的见于甲状腺机能低下、颅内压增高、阻塞性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或中毒。如心率低于40次/分，应考虑有房室传导阻滞。心率过快超过160次/分，或低于40次/分，大多见于心脏病病人，病人常有心悸、胸闷、心前区不适，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。心率过缓 正常人心跳次数是60～100次/分，小于60就称为心动过缓。心动过缓有几种类型，最常见的是窦性心动过缓。窦性心动过缓可分为病理性及生理性两种。生理性窦性心动过缓是正常现象，一般心率及脉搏在50～60次 /分，运动员可能会出现40次的心率，不用治疗，常见于正常人睡眠中、体力活动较多的人。心率或脉搏小于50次多数为病理性，需要治疗，严重者要安装心脏起搏器来加快心率。 心率过缓有生理性和病理性,是生理性不需要治疗的,是正常的反应.病理性需要治疗,主要上由于心脏供血不足有很大关系,引起心脏负荷加重而导致的,所以治疗上应该用氧疗和药治疗相结合的方法比较好,最有效的. 正常人，特别是长期参加体育锻炼或强体力劳动者，可有窦性心动过缓。睡眠和害怕也会引起一时性心动过缓。再如一些手法压迫眼球，按压颈动脉窦，呕吐，血管抑制性晕厥等，可引起窦性心动过缓。如果平时心率每分钟70～80次，降到40次以下时，病人自觉心悸、气短、头晕和乏力，严重时伴有呼吸不畅、脑闷，有时心前区有冲击感，更重时可因心排出量不足而突然昏倒。急救方法 心动过缓出现胸闷、心慌，每分钟心率在40次以下者，可服用阿托品～毫克(1-2片），片），每天1毫克（15支）。或口服普鲁本辛(1次，紧急时可肌肉注射阿托品毫克3每天． 次口服。如果因心脑缺血3毫米（1片），每天次。配合服生脉饮2～3支、麻黄素253～4并注意保暖。松开领扣和裤带，指掐人中穴使之苏应让病人取头低足高位静卧，而晕厥者，醒，并立即送医院救治，应及时安装人工心脏起搏器。心率过速生理性心率过速分生理性和病理性两种。次，称为心率过速。成人每分钟心率超过100情绪焦虑、食物消化、体位改变、体力活动、心率过速是很常见的，许多因素都影响心率，如，都可使心率增快。此外，年龄也是一个因妊娠、兴奋、恐惧、激动、饮酒、吸烟、饮茶等病理性心率过速可分为窦性心率过速和阵发性室上性心动过速两种。。素，儿童心率往往较快特点是心率加快和转慢都是逐渐进行，一般每分钟心率不会超过140次，多数无心脏器质性病变，患者一般无明显不适，有时有心慌、气短等症状。如果是持续性心动过速，则一定要查明原因，及早针对病因进行治疗。 引起心率增快的原因有 生理性：如健康人运动,情绪紧张,激动,饮酒,喝浓茶或咖啡,沐浴等 病理性：如感染,发热,贫血,低氧血症,低钾血症,甲状腺功能亢进,休克,心功能不全等
中国科学: 化学 2011年第41卷第3期: 500 ~ 508 SCIENTIA SINICA Chimica https://www.doczj.com/doc/3c12898717.html, https://www.doczj.com/doc/3c12898717.html, 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS 论文 增溶性辅料泊洛沙姆188与胆酸聚集形态的介观模拟 刘南岑①, 史新元②, 乔延江②* ① 首都医科大学中医药学院, 北京 100069 ② 北京中医药大学中药信息工程研究中心, 北京 100102 *通迅作者, E-mail: yjqiao@https://www.doczj.com/doc/3c12898717.html, 收稿日期: 2010-03-05; 接受日期: 2010-04-11; 网络版发布日期: 2010-09-14 doi: 10.1360/032010-160 摘要为了建立符合中药特点的增溶性药用辅料的筛选与评价方法, 本研究以清开灵注射液为研究载体, 采用介观动力学方法(MesoDyn)研究其难溶活性成分胆酸与增溶性辅料泊洛沙姆188之间的相互作用, 探讨了胆酸对泊洛沙姆188临界胶束浓度的影响及泊洛沙姆188浓度、模拟时间、温度对两者聚集体构型的影响, 并采用实验方法验证了部分模拟结果, 为中药注射剂增溶性辅料的科学应用提供一定基础. 结果表明: 在清开灵注射液中活性成分胆酸的存在下, 泊洛沙姆188的临界胶束浓度范围为0.6%~0.7%, 降低了泊洛沙姆188自身的临界胶束浓度, 为使清开灵注射液中的胆酸(3%)全部增溶, 泊洛沙姆188浓度应为1.7%. 关键词 泊洛沙姆188 胆酸 增溶 介观模拟 聚集体 1 引言 在新药研发过程中, 很多体外药理活性很高的药物为难溶性药物[1], 由于其溶解性能较差, 严重限制了其临床应用. 因此, 改善药物溶解性, 提高其生物利用度成为药学领域亟待解决的重点问题之一[2]. 常用的增溶方法是调节pH值、加入潜溶剂或助溶剂、胶束或混合胶束、包合以及乳化等[3]. 其中, 加入嵌段共聚物增溶的方法范围广、结构稳定、粒度分布窄、具有较低的CMC, 基本上克服了低分子表面活性剂增溶效果不理想或毒性较大的缺点, 是一种用于难溶性药物增溶的新型和重要方法[2]. 增溶性辅料的选择对增溶效果、药物的有效性乃至安全性都有较大的影响, 从而影响药物的研发进程及临床应用. 因此, 需对辅料和药物的相互作用机制进行深入探讨. 采用经典的实验方法, 深入研究增溶体系微观结构及其对制剂性能的影响, 难度较大[4]. 近年来, 越来越多的科研小组采用介观模拟方法进行聚集形态的研究, 如聚合物与表面活性剂之间的相互作用[5~9]、嵌段共聚物的相分离过程[10~12]等, 但是针对中药注射液中难溶性活性成分与增溶性辅料的系统研究还未见报道. 介观模拟在处理时间上大大短于热力学驰豫时间, 特别是介观动力学模拟(MesoDyn)[13]和耗散粒子动力学模拟(DPD)[14], 更接近实际情况, 可模拟非理想行为下胶束的介观形貌[15]. 嵌段聚合物的应用性质很大程度上取决于其系统的介观形貌, 而决定介观形貌的因素很多, 如温度、浓度、组成等. 本文采用介观动力学方法, 探讨增溶性辅料泊洛沙姆188和清开灵注射液中活性成分胆酸之间的相互作用, 初步考察了不同浓度、温度及模拟时间, 嵌段共聚物胶束体系形态的变化, 为增溶性药用辅料筛选方法的建立提供介观层次上的信息, 也为后续研究提供一定的基础.
1.HR 心率：是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。 标准心率 1、正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在75次/分左右(60—100次/分之间)。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。初生儿的心率很快，可达130次/分以上。在成年人中，女性的心率一般比男性稍快。同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。经常进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢。近年，国内大样本健康人群调查发现：国人男性静息心率的正常范围为50—95次/分，女性为55—95次/分。所以，心率随年龄，性别和健康状况变化而变化。 2、健康成人的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，女性稍快；3岁以下的小儿常在100次/分以上；老年人偏慢。成人每分钟心率超过100次（一般不超过 160次/分）或婴幼儿超过 150次/分者，称为窦性心动过速。常见于正常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒和喝浓茶后。也可见于发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭及应用阿托品、肾上腺素、麻黄素等。如果心率在 160～220次/分，常称为阵发性心动过速。心率低于60次/分者（一般在40次/分以上），称为窦性心动过缓。可见于长期从事重体力劳动和运动员；病理性的见于甲状腺机能低下、颅内压增高、阻塞性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或中毒。如心率低于40次/分，应考虑有房室传导阻滞。心率过快超过160次/分，或低于40次/分，大多见于心脏病病人，病人常有心悸、胸闷、心前区不适，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。 心率过缓 正常人心跳次数是60～100次/分，小于60就称为心动过缓。心动过缓有几种类型，最常见的是窦性心动过缓。窦性心动过缓可分为病理性及生理性两种。生理性窦性心动过缓是正常现象，一般心率及脉搏在50～60次 /分，运动员可能会出现40次的心率，不用治疗，常见于正常人睡眠中、体力活动较多的人。心率或脉搏小于50次多数为病理性，需要治疗，严重者要安装心脏起搏器来加快心率。 心率过缓有生理性和病理性,是生理性不需要治疗的,是正常的反应.病理性需要治疗,主要上由于心脏供血不足有很大关系,引起心脏负荷加重而导致的,所以治疗上应该用氧疗和药治疗相结合的方法比较好,最有效的. 正常人，特别是长期参加体育锻炼或强体力劳动者，可有窦性心动过缓。睡眠和害怕也会引起一时性心动过缓。再如一些手法压迫眼球，按压颈动脉窦，呕吐，血管抑制性晕厥等，可引起窦性心动过缓。如果平时心率每分钟70～80次，降到40次以下时，病人自觉心悸、气短、头晕和乏力，严重时伴有呼吸不畅、脑闷，有时心前区有冲击感，更重时可因心排出量不足而突然昏倒。 急救方法
血流动力学监测 血流动力学是血液在循环系统中运动的物理学，通过对作用力、流量和容积三方面因素的分析，观察并研究血液在循环系统中的运动情况。血流动力学监测是指依据物理学的定律，结合生理和病理生理学概念，对循环系统中血液运动的规律性进行定量地、动态地、连续地测量和分析，并将这些数据反馈性用于对病情发展的了解和对临床治疗的指导。 血流动力学监测分为无创血流动力学监测及有创血流动力学监测两种。 一．无创血流动力学监测： 无床血流动力学监测是指通过无创的方法，直接或间接的测得如心率、血压、脉搏血氧饱和度、心排量等病人血流动力学参数的方法。其优点是无创，对病人刺激小，比较容易获得，病人耐受程度好，不良反应发生率低，但由于较容易受外界因素干扰，某些参数的获得精确性低。 1.心率监测：常用床旁心电监护仪，利用体表模拟心电图的方法，对病人进行心率的监测。电极片的位置分别位于双上肢，双侧腋前线及心尖部，利用监测到的心电图RR间期算得病人的心率。 优点：实时监测，变化灵敏，病人依从行好。 缺点：不利于病人活动，心电信号易受外界干扰 2.脉率及脉搏血氧饱和度监测：利用微型红外探测器探测到指尖的血流，通过红外光谱分析其中的氧合血红蛋白的浓度、绘制搏动曲线、计算得到血氧饱和度及脉率。 优点：舒适、无创 缺点：当末梢循环不良时灵敏度下降，不能识别氧合血红蛋白与一氧化碳血红蛋白。 3.无创血压（NIBP）监测： 利用袖带法间接测得肱动脉或腘动脉压，危重患者通常设定为5~30分钟测定一次，以间断的反应患者体循环压力状况。 优点：无创。 缺点：监测容易受外界干扰，对于抽搐、躁动的患者测定不够准确；动脉硬化及血管疾病患者测定与实际大动脉压力有较大差异；休克病人测定敏感度下降；间断测定影响患者休息。 4.无创心排量测定（NICCO）：利用体表电极标定病人心电活动，根据心泵血期间心电活动的变化，计算出心排量等一系列参数。 优点：无创，费用低廉，无导管相关性感染风险。 缺点：精确度差。 二．有创血流动力学监测：利用穿刺技术建立血管内通道，置入导管，以直接监测血管内压力、波型等血流动力学参数。可以早期定量测得心血管病理生理变化。常用有中心静脉压测定、动脉压测定、肺漂浮导管测定及脉搏指示连续心排出测定等。 1.中心静脉测定：利用Seldinger穿刺技术建立血管通路，通过颈内静脉、锁骨下静脉、股静脉等深静脉置入导管至上、下腔静脉开口处，以测定上、下腔静脉透壁压。平均压的正常值为6-12cmH2O。临床常用来间接反应全身静脉系统容量状况，指导输液及评估心功能。中心静脉压（CVP）、动脉压改变与输液的关系如下： CVP 动脉压临床判断可采取的措施 低低血容量不足快速补液 低正常血容量轻度不足适当补液