CN113808748B - 一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，从单肺泡毛细血管的血流动力学出发，从肺泡到肺腺泡单元再到肺腺泡的小尺度肺循环系统逐级建模，并耦合气体交换模型，建立小尺度(肺腺泡)循环功能‑气体交换功能耦合的模型，以顺应性为模型输入，以血液氧含量和氧气交换量为输出，实现肺顺应性变化情况下的气体交换功能建模仿真。现有的肺腺泡循环系统模型不具备气体交换功能，更重要的是不具备顺应性调控机制。本发明基于肺泡、肺腺泡单元、肺腺泡的逐级建模方法实现了具有顺应性调控机制的耦合气体交换功能的肺腺泡循环系统建模仿真，有利于医生对患者的精准诊疗。

Description

一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法

技术领域

本发明涉及肺腺泡建模仿真领域，尤其涉及一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法。

背景技术

呼吸系统疾病严重危害人类健康。类似新冠肺炎这样的呼吸系统疾病会造成患者肺损伤，呼吸困难，进而引起呼吸窘迫综合征(ARDS)。其治病机理之一就是肺顺应性下降。研究肺顺应性改变如何影响呼吸至关重要。现有的研究方法基于传统的分步吸气或呼气法测量肺顺应性，然后研究其与呼吸功能，如功能残气量(FRC)，第一秒用力呼气容量(FEV1),用力肺活量(FVC)以及血液氧分压的关系。其主要基于临床实验，需要耗费大量的人力、物力，还涉及伦理问题，不能对各种极限情况进行研究。

基于生理上的数学建模的研究方法可以实现对人体器官的仿真研究，解决上述问题。本发明主要关心肺的血气交换功能。肺进行气体交换时，肺泡气体中的氧气进入氧分压相对较低的血液，而血液中的二氧化碳则离开血液进入肺泡腔中的气体，直到肺泡气体中的气体分压与血液中的相应的气体分压达到平衡，这一过程需要通过血气交换模型来描述。

但现有的对肺腺泡循环系统模型建模技术不具备气体交换功能，更重要的是不具备顺应性调控机制，并不能观察肺内小尺度组织如肺泡、肺腺泡在顺应性变化下的气体交换功能和其毛细血管氧含量变化。这不利于清晰展现肺功能在肺组织中的分布，影响医生精准诊疗决策。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，通过建立肺内小尺度组织(如肺泡、肺腺泡)的血气交换模型，解决现有建模仿真方法不能观察肺内小尺度组织在顺应性变化情况下的气体交换功能变化情况。实现肺腺泡一级的气体交换功能仿真，为医生精准诊疗提供决策。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，从单肺泡毛细血管的血流动力学出发，从肺泡到肺腺泡单元再到肺腺泡的小尺度肺循环系统逐级建模，并耦合气体交换模型，建立肺腺泡循环功能-气体交换功能耦合的模型，以顺应性为模型输入，以血液氧含量和氧气交换量为输出，实现肺顺应性变化情况下的气体交换功能建模仿真。该方法包括以下步骤：

(1)建立单肺泡循环系统功能模型：以肺泡顺应性作为循环系统功能模型的输入，以连接肺泡毛细血管的微静脉中的氧气浓度作为肺泡循环系统功能模型的输出；肺泡循环系统功能模型包括血液流体力学模型和气体交换模型两部分；

(1.1)肺泡毛细血管“片流”模型：

肺泡毛细血管“片流”模型即血液流体力学模型，由于相同肺泡压力下肺泡体积的大小代表了肺泡顺应性，因此以肺泡直径为肺泡体积代表肺泡顺应性作为“片流”模型输入，输出为片流的流量即肺泡毛细血管中的血流量；关系式如下：

式中，Q为片流的流量，h_a为与动脉相连的片层厚度，h_v为与静脉相连的片层厚度，L为片层长度，α为弹性变形系数，μ为血液粘滞系数；

(1.2)肺泡气体交换模型：以步骤(1.1)中“片流”模型输出的片流的流量作为肺泡气体交换模型的输入，以肺泡毛细血管的微静脉中的氧气浓度和二氧化碳浓度作为肺泡气体交换模型的输出；关系式如下：

式中，C_paO₂，C_paCO₂，是模型的输入，C_AO₂与C_ACO₂是模型的输出。P_AO₂与P_ACO₂分别表示肺泡毛细血管的微静脉中的血液达到气体交换平衡后的氧气和二氧化碳分压，是未知中间量；C_paO₂，C_paCO₂分别表示肺泡毛细血管的微动脉中的血液中氧气、二氧化碳浓度，C_AO₂与C_ACO₂分别表示肺泡毛细血管的微静脉中的血液中氧气、二氧化碳浓度，/>分别为由肺泡体积决定的每分钟肺泡呼气通气量和血液灌注量，P_IO₂，P_IN₂分别为进入肺泡空气的氧气和氮气分压，P_AN₂为肺泡毛细血管的微静脉中的血液达到气体交换平衡后的氮气分压；

通过血液中氧气与二氧化碳的解离曲线，获得离开肺泡毛细血管的血液中的C_AO₂，C_ACO₂与肺泡中的气体分压P_AO₂与P_ACO₂的关系，结合肺泡气体交换模型的关系式建立关于P_AO₂，P_ACO₂与C_AO₂，C_ACO₂之间的非线性方程组，由该方程组可以解得P_AO₂，P_ACO₂，从而输出C_AO₂，C_ACO₂；

(2)建立肺腺泡单元循环系统功能模型：定义肺腺泡中单支气管分叉及其上的肺泡为肺腺泡单元，每个肺腺泡单元都有一个动脉分叉和一个静脉分叉相连，肺腺泡单元循环系统功能模型由动静脉分支血管、与血管相连的毛细血管为基本结构的肺腺泡单元循环系统模型和相应的依据步骤(1.2)建立的肺泡毛细血管气体交换功能模型组成；根据肺泡毛细血管的流量守恒定律以及泊肃叶血流动力学方程，计算得到各血管的分叉点的压力值，进一步计算得到肺泡毛细血管的血流量，将肺泡毛细血管的血流量作为输入，通过依据步骤(1)建立的耦合在肺腺泡毛细血管血流动力学模型上的气体交换模型，计算得到肺腺泡毛细血管单元的中肺泡的气体交换量和静脉氧浓度；

(3)建立肺腺泡循环系统功能模型：单个肺腺泡是以肺腺泡单元为基本组成结构的二分叉树。肺腺泡循环系统被是与肺腺泡结构相一致的二分叉树；根据肺腺泡循环系统结构，基于血管分叉处流量守恒定律，建立血流动力学方程组，并设定血管网络边界条件，得到每段血管的流量以及节点压力，将肺腺泡中的肺泡毛细血管流量作为输入，输入耦合的气体交换模型，得到整个肺腺泡的气体交换量和其静脉血管氧浓度。

(4)根据步骤(1)建立的单肺泡循环系统功能模型和步骤(3)建立的肺腺泡循环系统功能模型，以肺泡直径变化为输入，仿真单个肺泡和整个肺腺泡的气体交换功能。

进一步地，步骤(1.1)中，片层长度由肺泡体积决定，片层厚度h_i由血液静压力减去肺泡气压的压力差ΔP决定，关系如下：

h_i＝h₀+α×ΔP，i＝a或v

式中，α为弹性变形系数，对于人其值为0.123μm/cmH₂O，h₀为初始值，对于人其值为3.5μm。

进一步地，步骤(1.2中，P_IO₂，P_IN₂，P_AN₂由以下公式得到。

式中，P_B为大气压，是37摄氏度下的饱和蒸气压，F_IO₂为进入肺泡空气的氧含量，通过查阅文献得到，F_IO₂小于1。

本发明的有益效果：现有技术通常只能对肺的整体血气交换功能进行建模仿真，不能对小尺度组织(如肺腺泡、肺泡)的气体交换功能进行建模仿真。本发明基于肺泡、肺腺泡单元、肺腺泡的逐级建模方法实现了肺泡、肺腺泡一级组织的建模仿真，有利于医生对患者的精准诊疗。

附图说明

图1为本发明方法技术框图；

图2为本发明单个肺泡循环系统功能模型示意图；

图3为肺泡毛细血管结构示意图；

图4为肺腺泡单元及其循环系统结构图，其中(a)为肺腺泡单元示意图，(b)为循环系统结构示意图；

图5为通过电镜获得的单个肺腺泡结构图以及仿真的循环系统结构图，其中(a)为单个肺腺泡结构示意图，(b)为仿真的循环系统结构示意图；

图6为单肺泡循环系统功能模型仿真结果示意图，其中(a)为随着肺泡体积和毛细血管血流量变化肺泡毛细血管氧气浓度的变化情况，(b)为随着肺泡体积和毛细血管血流量变化肺泡气体交换量的变化情况；

图7为肺腺泡循环系统功能模型仿真结果示意图，其中(a)为不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡毛细血管的平均氧气浓度，(b)为不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡氧气交换总量，(c)为不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡毛细血管平均流量，(d)为不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡毛细血管平均压力。

具体实施方式

以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供的一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，从单肺泡毛细血管的血流动力学出发，提出从肺泡到肺腺泡单元再到肺腺泡的小尺度肺循环系统逐级建模方法，并耦合气体交换模型，建立肺腺泡循环功能-气体交换功能耦合的模型，模型是小尺度模型，以顺应性为模型输入，以血液氧含量和氧气交换量为主要输出，同时还输出血液中二氧化碳浓度，实现肺顺应性变化情况下的气体交换功能建模仿真。

如图1所示，要建立从肺泡到肺腺泡逐级的，且循环功能-气体交换功能耦合的模型需要首先从肺腺泡的最小功能单元肺泡出发，以肺泡毛细血管血流动力学为基础，耦合气体交换功能模型建立单个肺泡循环系统功能模型。进一步，定义肺腺泡中单支气管分叉及其上的肺泡为肺腺泡单元，以一个肺腺泡单元上的动静脉分叉对和连接的肺泡毛细血管为基本结构，推导血流动力学方程，耦合气体交换模型，建立肺腺泡单元循环功能-气体交换功能耦合模型。最后，数百个上述肺腺泡单元组成一个肺腺泡。以电镜获得的单个肺腺泡结构为依据，以肺腺泡单元模型为基础构建基于多个动静脉血管分叉对和连接的肺泡毛细血管的肺腺泡循环功能-气体交换功能耦合模型。

(1)建立单肺泡循环系统功能模型：

肺泡被毛细血管网络所缠绕，血液从微动脉流经肺泡毛细血管至微静脉，与肺泡中的空气进行气体交换。因此，肺泡的循环系统功能模型包括了血液流体力学模型和气体交换模型两部分。因为本发明针对的对象是肺泡在可变顺应性情况下的氧交换功能。也就是肺泡顺应性是循环系统功能模型的输入(相同肺泡压力下肺泡体积的大小代表了肺泡顺应性，本发明以肺泡直径为肺泡体积代表肺泡顺应性作为输入)，连接肺泡毛细血管的微静脉中的氧气浓度是模型的输出。其中肺泡毛细血管中的血流量是血液流体力学模型，即本发明的“片流”模型的输出，也是气体交换模型的输入。模型框图如图2所示。

(1.1)肺泡毛细血管“片流”模型：

如图3所示，根据冯元桢的肺泡毛细血管建模理论，本发明把肺泡毛细血管网络划分为正六边形组成的网络，每个正六边形中心有一个圆形支柱。进一步，本发明把血管网络理想化为在数量或多或少的等间隔圆形支柱支撑下的两片薄膜。该理想化结构称为“片流”模型。

对于“片流”模型，片流的流量Q，由与动脉相连的片层厚度h_a，与静脉相连的片层厚度h_v，片层长度L，弹性变形系数α和血液粘滞系数μ共同决定，其关系式如下：

其中，片层长度由肺泡体积决定，片层的厚度h由压力差ΔP(等于血液静压力减去肺泡气压)决定，他们之间的关系方程如下：

h＝h₀+α×ΔP (2)

其中，α为弹性变形系数，对于人其值为0.123μm/cmH₂O.h₀为初始值，对于人其值为3.5μm。

(1.2)肺泡气体交换模型：

微动脉的血液流入肺泡毛细血管，其含有的二氧化碳、氧气等气体与进入肺泡的气体进行气体交换，气体中的氧气进入氧分压相对较低的血液，而血液中的二氧化碳则离开血液进入肺泡腔中的气体，直到肺泡气体中的气体分压与血液中的相应的气体分压达到平衡，气体交换结束。完成气体交换的血液进入与肺泡毛细血管相连微静脉。

本发明把单个肺泡视作一个在呼吸过程中不断膨胀与收缩的球体，其具有由肺泡体积决定的每分钟肺泡呼气通气量血液灌注量/>以及进入肺泡空气的氧含量F_IO₂。连接肺泡毛细血管的微动脉中的血液中氧气、二氧化碳和氮气气体分压分别为P_paO₂，P_paCO₂，P_paN₂，对应浓度为C_paO₂，C_paCO₂，C_paN₂。肺泡毛细血管的微静脉中的血液，达到气体交换平衡后的气体分压为P_AO₂，P_ACO₂，P_AN₂，对应浓度为C_AO₂，C_ACO₂，C_AN₂。进入肺泡空气的气体分压为P_IO₂，P_ICO₂，P_IN₂。由于呼入空气中的二氧化碳含量与氧气以及氮气相比非常低，呼入空气中的二氧化碳含量(P_ICO₂)被假设为0。P_IO₂，P_IN₂，P_AN₂由以下公式得到。

其中P_B为大气压(760mmHg)，是37摄氏度下的饱和蒸气压。进一步，由Joyce.的气体交换方程，根据参与气体交换的血液和气体中的O₂，CO₂，N₂的总质量守恒的原理，可以得到三种气体对应的质量守恒方程。

其中公式中的分母8.63是气体体积从标准条件下到体温条件下的单位转换系数。是每分钟肺泡吸气通气量。对于健康人体而言，氮气的交换量可以忽略不计，所以氮气的交换量被预设为0。从式子中消去/>可以得到微动脉中的气体浓度(C_paO₂，C_paCO₂)与微静脉中的气体浓度(C_AO₂，C_ACO₂)的关系如下：

其中C_paO₂，C_paCO₂，是模型的输入，C_AO₂与C_ACO₂是模型的输出。P_AO₂与P_ACO₂是未知中间量。为了求得P_AO₂与P_ACO₂，根据Kelman.提供的血液中氧气与二氧化碳的解离曲线，离开肺泡毛细血管的血液中的O₂与CO₂含量(C_AO₂，C_ACO₂)也能由肺泡中的气体分压P_AO₂与P_ACO₂计算得到。两种方法都利用P_AO₂与P_ACO₂求得C_AO₂，C_ACO₂，实际上就是建立了关于P_AO₂，P_ACO₂ C_AO₂，C_ACO₂的非线性方程组，由该方程组可以解得P_AO₂，P_ACO₂，输出C_AO₂，C_ACO₂。

需要说明的是，在由Joyce.的气体交换方程计算C_AO₂，C_ACO₂的过程中，一些假设是必需的。为了使得方程的运算顺利进行，呼入空气中的氧气含量F_IO₂需要小于1，因为当氧气含量等于1时，P_IN₂会等于0，导致方程组(5)的第一个算式无意义，计算出现错误。

(2)建立肺腺泡单元循环系统功能模型：

本发明定义肺腺泡中单支气管分叉及其上的肺泡为肺腺泡单元，每支气管上均有大量肺泡分布，为方便计算，假设单支气管上的肺泡数为10。已知每个肺腺泡单元都有一个动脉分叉和一个静脉分叉相连，相连部分即为数量为10的肺泡毛细血管。那么，肺腺泡单元循环系统功能模型就由以上述动静脉分支血管、与血管相连的毛细血管为基本结构的肺腺泡单元循环系统模型和相应的肺泡毛细血管气体交换功能模型组成。

模型由图4所示，其中(a)为肺腺泡单元示意图，(b)为循环系统结构示意图；血管A1、B1、C1和血管A2、B2、C2组成肺腺泡单元的动静脉血管，他们之间由肺泡毛细血管A3、B3、C3连接。由流量守恒定律，血管A1的流量等于血管B1、C1的流量和肺泡毛细血管A3的流量之和。血管B1、B2的流量等于肺泡毛细血管B3的流量，血管C1、C2的流量等于肺泡毛细血管C3的流量，血管A2的流量等于血管B2、C2的流量和肺泡毛细血管A3的流量之和。他们的泊肃叶血流动力学方程如下：

上述方程中，P为血压，R为血流阻力，当已知肺腺泡单元循环系统的输入、输出边界(P_startA1，P_endA2)后，上述方程中各血管的分叉点的压力值可以计算得到，进一步就可以计算得到肺泡毛细血管的血流量。再一步，将肺泡毛细血管的血流量作为输入，通过耦合在肺腺泡毛细血管血流动力学模型上的气体交换模型，就可以计算得到肺腺泡毛细血管单元中肺泡的气体交换量和静脉氧浓度。

(3)建立肺腺泡循环系统功能模型：

单个肺腺泡是以肺腺泡单元为基本组成结构的二分叉树。肺腺泡循环系统被认为是与肺腺泡结构相一致的二分叉树。据此，可以得到单个肺腺泡的循环系统结构：共有785根动脉和对应的785根静脉以及动静脉间相互连接7850根肺泡毛细血管。肺腺泡结构图以及循环系统结构图如图5所示，其中(a)为单个肺腺泡结构示意图，(b)为仿真的循环系统结构示意图。

根据上述循环系统结构图，基于血管分叉处流量守恒定律，可以列出包含2355个未知数、2355个方程的血流动力学方程组，查阅文献上的边界条件数据并设定血管网络边界条件后，可以得到每段血管的流量以及节点压力。进一步，将上述肺腺泡中的肺泡毛细血管流量作为输入，输入耦合的气体交换模型，得到整个肺腺泡的气体交换量和其静脉血管氧浓度。

(4)建模仿真结果：

基于上述模型以肺泡直径变化为输入，仿真单个肺泡和整个肺腺泡的气体交换功能。肺泡的直径在50-600μm之间。假设由于肺泡顺应性的变化，在相同肺泡气压条件下，肺泡直径在上述范围内发生变化，即肺泡直径越小，肺泡顺应性越差，肺泡直径越大，肺泡顺应性越好。

首先，进行单肺泡循环系统功能模型的仿真实验。以变化的肺泡直径作为输入，输入至单个肺泡循环系统功能模型中，仿真计算单个肺泡循环系统的气体交换功能，包括毛细血管血液氧气交换量和肺泡毛细血管流出的血液氧气含量，如图6所示，其中(a)为随着肺泡体积和毛细血管血流量变化肺泡毛细血管氧气浓度的变化情况，(b)为随着肺泡体积和毛细血管血流量变化肺泡气体交换量的变化情况。

其次，进行肺腺泡循环系统功能模型的仿真实验。以变化的肺泡直径作为输入，输入至肺腺泡循环系统功能模型中，仿真计算整个肺腺泡每一个肺泡毛细血管的气体交换功能。按照Strahler分级方法，对肺腺泡血管树进行分级，统计肺腺泡每一级血管树中毛细血管血液氧气交换量和平均血液氧气含量，结果如图7所示，其中(a)为不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡毛细血管的平均氧气浓度，(b)为不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡氧气交换总量，(c)为(a)和(b)中，五种不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡毛细血管平均流量，图中可以看出，五种不同肺泡直径平均流量趋势一致，五条线重合在一起，(d)为(a)和(b)中，五种不同肺泡直径情况下，肺腺泡各级血管连接的肺泡毛细血管平均压力，图中可以看出，五种不同肺泡直径平均压力趋势一致，五条线重合在一起。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，其特征在于，从单肺泡毛细血管的血流动力学出发，从肺泡到肺腺泡单元再到肺腺泡的小尺度肺循环系统逐级建模，并耦合气体交换模型，建立肺腺泡循环功能和气体交换功能耦合的模型，以顺应性为模型输入，以血液氧含量和氧气交换量为输出，实现肺顺应性变化情况下的气体交换功能建模仿真；该方法包括以下步骤：

(1)建立单肺泡循环系统功能模型：以肺泡顺应性作为循环系统功能模型的输入，以连接肺泡毛细血管的微静脉中的氧气浓度作为肺泡循环系统功能模型的输出；肺泡循环系统功能模型包括血液流体力学模型和气体交换模型两部分；

(1.1)肺泡毛细血管“片流”模型：

肺泡毛细血管“片流”模型即血液流体力学模型，由于相同肺泡压力下肺泡体积的大小代表了肺泡顺应性，因此以肺泡直径为肺泡体积代表肺泡顺应性作为“片流”模型输入，输出为片流的流量即肺泡毛细血管中的血流量；关系式如下：

式中，Q为片流的流量，h_a为与动脉相连的片层厚度，h_v为与静脉相连的片层厚度，L为片层长度，α为弹性变形系数，μ为血液粘滞系数；

(1.2)肺泡气体交换模型：以步骤(1.1)中“片流”模型输出的片流的流量作为肺泡气体交换模型的输入，以肺泡毛细血管的微静脉中的氧气浓度和二氧化碳浓度作为肺泡气体交换模型的输出；关系式如下：

式中，C_paO₂，C_paCO₂，是模型的输入，C_AO₂与C_ACO₂是模型的输出；P_AO₂与P_ACO₂分别表示肺泡毛细血管的微静脉中的血液达到气体交换平衡后的氧气和二氧化碳分压，是未知中间量；C_paO₂，C_paCO₂分别表示肺泡毛细血管的微动脉中的血液中氧气、二氧化碳浓度，C_AO₂与C_ACO₂分别表示肺泡毛细血管的微静脉中的血液中氧气、二氧化碳浓度，/>分别为由肺泡体积决定的每分钟肺泡呼气通气量和血液灌注量，P_IO₂，P_IN₂分别为进入肺泡空气的氧气和氮气分压，P_AN₂为肺泡毛细血管的微静脉中的血液达到气体交换平衡后的氮气分压；

通过血液中氧气与二氧化碳的解离曲线，获得离开肺泡毛细血管的血液中的C_AO₂，C_ACO₂与肺泡中的气体分压P_AO₂与P_ACO₂的关系，结合肺泡气体交换模型的关系式建立关于P_AO₂，P_ACO₂与C_AO₂，C_ACO₂之间的非线性方程组，由该方程组可以解得P_AO₂，P_ACO₂，从而输出C_AO₂，C_ACO₂；

(2)建立肺腺泡单元循环系统功能模型：定义肺腺泡中单支气管分叉及其上的肺泡为肺腺泡单元，每个肺腺泡单元都有一个动脉分叉和一个静脉分叉相连，肺腺泡单元循环系统功能模型由动静脉分支血管、与血管相连的毛细血管为基本结构的肺腺泡单元循环系统模型和相应的依据步骤(1.2)建立的肺泡毛细血管气体交换功能模型组成；根据肺泡毛细血管的流量守恒定律以及泊肃叶血流动力学方程，计算得到各血管的分叉点的压力值，进一步计算得到肺泡毛细血管的血流量，将肺泡毛细血管的血流量作为输入，通过依据步骤(1)建立的耦合在肺腺泡毛细血管血流动力学模型上的气体交换模型，计算得到肺腺泡毛细血管单元的中肺泡的气体交换量和静脉氧浓度；

(3)建立肺腺泡循环系统功能模型：单个肺腺泡是以肺腺泡单元为基本组成结构的二分叉树；肺腺泡循环系统是与肺腺泡结构相一致的二分叉树；根据肺腺泡循环系统结构，基于血管分叉处流量守恒定律，建立血流动力学方程组，并设定血管网络边界条件，得到每段血管的流量以及节点压力，将肺腺泡中的肺泡毛细血管流量作为输入，输入耦合的气体交换模型，得到整个肺腺泡的气体交换量和其静脉血管氧浓度；

(4)根据步骤(1)建立的单肺泡循环系统功能模型和步骤(3)建立的肺腺泡循环系统功能模型，以肺泡直径变化为输入，仿真单个肺泡和整个肺腺泡的气体交换功能。

2.根据权利要求1所述的一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，其特征在于，步骤(1.1)中，片层长度由肺泡体积决定，片层厚度h_i由血液静压力减去肺泡气压的压力差ΔP决定，关系如下：

h_i＝h₀+α×ΔP，i＝a或v

式中，α为弹性变形系数，对于人其值为0.123μm/cmH₂O，h₀为初始值，对于人其值为3.5μm。

3.根据权利要求1所述的一种肺腺泡血气交换功能的建模仿真方法，其特征在于，步骤(1.2中，P_IO₂，P_IN₂，P_AN₂由以下公式得到：

式中，P_B为大气压，是37摄氏度下的饱和蒸气压，F_IO₂为进入肺泡空气的氧含量，通过查阅文献得到，F_IO₂小于1。