心力衰竭是一种严重危害人体健康的心血管疾病。体外模拟循环系统是体外研究心血管疾病病理特征的重要手段,为心血管患者病理的血流动力学研究、心血管设备的评估提供可靠的体外平台。本文针对当前体外模拟循环系统存在的模拟精度低、模拟耗时长、模拟范围小等问题,开展面向心衰患者的体外模拟循环系统智能控制与试验研究。具体研究内容如下所述:基于人体血液循环系统的生理学基础,设计了自动可控的体外模拟循环系统。首先,简要介绍了人体血液循环系统的生理学知识;然后,根据血液循环系统各部分的主要特征,设计了体外模拟循环系统总体方案;最后,设计了体外模拟循环系统的左心室模拟器、动脉顺应室和储液室,并设计了一种顺应性自动调节方法。为了模拟特定心衰患者的动脉生理特征,提出了一种基于SAC的体外模拟循环系统智能控制方法。首先,简要介绍了SAC算法的基础知识;然后,建立了体外模拟循环系统的数值模型,基于基尔霍夫定律推导了状态方程;其次,在数值模型基础上,设计了基于SAC的智能控制方法的状态空间、动作空间和奖励函数;最后,对智能控制方法进行了数值训练,测试了智能控制方法在数值模型上的模拟范围、模拟精度和抗干扰能力。为了验证提出的智能控制方法模拟特定心衰患者动脉生理特征的能力,开发了体外模拟循环系统并开展了试验研究。首先,开发了体外模拟循环系统的液压系统和控制系统;然后,将在数值模型上训练好的智能控制方法迁移到试验系统进行训练;最后,根据医学资料设计了几种典型心衰患者的生理特征,验证了智能控制方法模拟特定心衰患者动脉特征的能力,大量试验测试了其模拟范围和模拟精度,并测试了智能控制方法的抗干扰能力。试验结果表明,本文提出的基于SAC的体外模拟循环系统智能控制方法可以在10分钟内大范围重现特定心衰患者的动脉压力和平均流量,动脉收缩压的模拟偏差不超过±2mm Hg,动脉舒张压的模拟偏差不超过±2mm Hg,动脉平均流量的模拟偏差不超过±0.2L/min。本文提出的智能控制方法可以快速、高精度、大范围的模拟特定心衰患者动脉压力和平均流量,并具有良好的抗干扰能力,为体外模拟循环系统的研究提供了一种新思路和新方法。