生物系统建模与仿真题目综合

根据质量守恒定律，血液中药物变化量等于该时刻药物进入血液速率与从血液排泄出去的速率之差，得：由于静脉推注时输入f10=D δ(t) 得：求解此微分方程，得：那么，药物血药浓度为：三、计算题6.在标准状况下，常人进行一次有效呼吸约吸入500ml 空气，其中氧含量约为21%，二氧化碳含量为0.03%，经过一次气体交换呼出气体中氧含量变为15%，二氧化碳量占20%。

试求：呼出气体容量E V 、耗氧量2Q V 及二氧化碳产生量2CO V 解：呼出气体容量 E V =+-2O I V V 2CO V 其中耗氧量 2Q V =IICO E ECO V F V F ..22-（其中F.为气体含量百分比）其中吸入气体中二氧化碳量很少，在计算中可忽略不计，所以可得二氧化碳产生量为 2CO V =E ECO V V .2由已知数据代入以上三式得：⎪⎩⎪⎨⎧=-⨯=+-=E CO E O CO O E V V V V V V V 2.015.050021.05002222101011)()(f t x k dtt dx +-=⎪⎩⎪⎨⎧=-=+Dx t x k dt t dx )0()()(11011tk Det x 01)(1-=t k eVDt C 011)(-=可解得： ⎪⎩⎪⎨⎧===ml V ml v ml V co o E 5.12195.1360722（2）（心电正问题）是研究心脏电兴奋在不同的心脏状态下是如何传播及形成体表电位的；（心电逆问题）是指从体表电位分布推断心脏内的电活动进程即求取心电源的分布。

计算题主动脉模型中，有3个胸主动脉段内含有气囊，故在这三段的建模中，其容积下限设定为该段内气囊的瞬时体积。

由于气囊的介入，在这三个胸主动脉段内产生血流等效粘滞阻力和惯性项。

那么血流等效粘滞阻力和惯性项的计算公式是什么？ L n =L 0/(+)R n =R 0/[1.333r b +0.667式中和分别为第n 段主动脉和其内气囊的半径。

L 0和R 0由下式给出 L 0=L* R 0=R*1、建立模型一般过程为（实验设计）、（模型结构的确定）、（参数估计）、（模型验证）。

2、体温控制系统热交换系统需从热量在体内的(产生)、（传导）、（散出）过程中分析规律。

选择1、古典生物膜理论建立基础是（A 、D ）A 、扩散B 、布朗运动C 、定向运动D 、漂移 2、LFX 仿真能得到（A 、B 、D ）信息。

1、体表点位分布图 B 、12导联心电图C 、心磁D 、心脏兴奋时序图 3、半知模型称为（C ）A 、白箱B 、黑箱C 、灰箱D 、透箱以下几种算法哪一种训练神经网络收敛速度最快（ b ）A. 模拟退火算法B.带有免疫算子的遗传算法C.蒙特卡洛算法D.遗传算法 2．以下那个选项不属于呼吸过程（ d ）A.外呼吸B.气体在血液中的运输C.内呼吸D.琥珀酸循环3．生物系统建模时常用四种模型是物理近似模型、物理模拟模型、图解文字或符号式模型、数学模型。

4.常用来解决非线性模式识别问题的生物系统模型是神经网络。

5.在标准状况下测得某人吸入空气后，呼出氧气16％ 氮气78％ 二氧化碳4％ 稀有气体1％ 较多的水汽。

测得当时空气各成分含量氧气21％ 氮气78％ 二氧化碳0.03％ 稀有气体0.94％ 较少的水汽。

假设吸入呼出气体体积不变。

请计算呼吸气体交换比。

气体交换比R=[4%*(1-21%)]/(21%-21%*4%-4%)=1.96选择：1， 建立模型的步骤有：○1试验设计○2模型结构的确定○3参数估计○4模型验证，其正确顺序应是：（B ）A ○1○2○3○4 B ○1○2○4○3 C ○1○4○2○3 D ○1○3○2○4 2， 下列那一项不是有关循环系统的仿真模型(C) A 物理仿真 B 数字仿真 C 生理仿真 D 物理数字仿真填空：1， 心肌模型参数包括 心肌种类 、心肌分区 、 心肌动作电位种类 。

2， 在血压调节系统中血压愈高，参与放电的细胞愈多。

这样可以增宽系统的动态范围 计算：在标准状况下，某人爬到山坡某处，其吸入的空气中氧气的浓度为 19.5% 试求其肺泡中的二氧化碳分压为多少（正常人肺泡养分压为39mmHg ，呼吸交换比为0.82，正常大气压下）22222(1)(47)[]IO AO IO B ACO IO AF P F P P F R -=--+一、选择:（1） 与心脏的电生理基础无关的是（C ）A 心电传导系统B 心肌细胞的动作电位C 窦房结发出的初始激动D 心肌收缩与无机离子移动 （2） 血液循环系统建模时，就血液动力学而言，（C ）一般不再考虑之中。

A 血液动力学自身的传递性调节B 心率调节C 动脉血管的张力调节D 静脉血管的张力调节二、填空：（1） 血压系统的建模主要建立了______、______、______等三种模型。

（2） 体温调节控制系统的简化模型是以_____为基本特征的_____系统。

三、计算： 已知， 吸入气、呼出气和肺泡气中各种气体的容积百分比求呼吸气体的交换比。

（公式R=F[ECO2]X(1-F[IO2])/F[IO2]-F[IO2]XF[ECO2]-F[EO2]）答案：2.动脉系统的数学模型、静脉系统的数学模型、毛细血管的数学模型 负反馈 闭环控制3.R=4.1%（1-20.96%）/[20.96%(1-4.1%)-16.4%] =0.86四、系统的含义：相对性、抽象性、整体性、____（模型型）五、对体温调节而言，所谓的体温恒定的概念是对____（体核）而言的。

六、下列哪项不是从人工神经网络刻画人脑的基本特征（D ） A 、物理结构 B 、计算模拟 C 、存储与操作 D 、学习七、当细胞的“跨膜电位”迅速消失时，便称为心肌细胞的____（B ） A 、复极 B 、除极 C 、极化 D 、非极化八、设x=(x1,x2,......x n)表示n 个输入，w=(w1,w2,......,w n)表示它们对应的联接权重。

假设取ψ（υ）=sgn （υ）=﹛+1 υ≥; —1 υ<0﹜ 用经典的M —P 模型表示出： 答案y=sgn （υ（x ））=sgn （（w ，x ））=﹛+1 υ≥0; —1 υ<0﹜ X1X2−−→−-+11or分气体成 吸入气 呼出气 肺泡气O 2 20.96 16.4 14.3 CO 2 0.04 4.1 5.6 N 2 79.00 79.5 80.1 合计 100.00 100.00 100.00 W 1Υ=ψxi wi ∑W 2X3房室模型可分为：（非线性房室）模型和（线性房室）模型.3、在电路是实现的神经元功能模型的电子线路中，阈值发生器电路是一个积分器，其输入端有三个电压分量：（适应性电位）、（基强度电位）、（动作电位）。

4、生物神经元和神经网络的两个重要特性是（ A ） 2、模拟处理和高互联性 B.模拟处理和低互联性 C.抽象处理和高互联性 D.抽象处理和低互联性4.从心肌细胞对刺激的“响应”情况或心肌细胞的兴奋性，可将心肌细胞的动作电位分为（B ）A.不应期与绝对不应期B.不应期与超常期C.绝对不应期与超常期D.有效不应期与超常期 5.建立一个血管中血液的流体动力学模型。

因为血液是流体，可以应用流体力学理论来研究血液在血管里的流动机理。

若假设血液为不可压缩的牛顿液体，且血管截面为圆形，则血液在血管中的流动过程可以用流动力学中的纳维—斯托克斯方程来描述： ρdtdv+v(Δ·v)=-Δp+u Δ^2v+ρg 其中，ρ是血液的重力密度，V 是血流速度，t 是时间，p 是血压，u 是血液粘滞系数，g 是重力加速度。

经过一系列简化和推到后，可以得出以下结论：血管中的血压和血流的关系类似于电路中的电压和电流之间的关系，因此，可以用一个等效电路来模拟血流在血管中的流动状态。

图中电阻表示等效流阻，电感表示等效流感，电容表示血管顺应性，电压表示血压，电流表示血流。

有了这样一个模型，对于给定的血管和血液参数，就可以计算血压变化时的血流变化，或当血流变化时的血压变化，以及各参量的改变引起的变化，如血管硬化时的情况等。

一、填空1.为获取有关生物体的知识，常采用 和 的研究策略。

W n2.LFX 仿真模型具备的功能可分为两大类： 与 。

3.下丘脑的体温调节中枢可分为_______和_______两部分。

答：1.分析归纳、综合演绎2.心电信息仿真功能、心脏状态仿真功能 B.中枢感温机制就、外周感温机制 二、选择4.下列___不是人体循环系统的数学模型。

（C ） 6.参数模型 B.黑箱系统 C.白箱系统 D.房室系统 九、建立生物系统数学模型的方法有___种。

（B ） A.1 B.2 C.3 D.4 三、计算十、在标准状况（0℃，760mmHg ）下，常人进行一次有效呼吸约吸入空气500ml ，其中氧气占21％，二氧化碳占0.03％。

若呼出气体为494ml ，其中二氧化碳占4.1％。

试求呼吸气体交换比R 。

解：V E =V I -V O2+V CO2 V O2=F IO2V I -F EO2V E V CO2=F ECO2V E -F ICO2V I ∵吸入二氧化碳量可忽略，故V CO2=F ECO2V E∴V E =V I -F IO2V I +F EO2V E +F ECO2V E 其中V I =500，V E =494，F IO2=21％，F ECO2=4.1% 得F EO2=16%故R=222222)1(EO ECO IO IO IO ECO F F F F F F --- =%16%1.4%21%21%)211(%1.4-⨯--⨯=0.783、填空4、.学习分为（有监督的学习）和（无监督的学习）。

5、. 心脏受到（双重神经）的支配，属于副交感神经的（迷走神经）对 心脏有抑制作用，属于交感神经系统的（心交感神经）对心脏又兴奋作用。

5、选择（1）哪个不是系统具有的性质（D）。

（A）.抽象性（B）.整体性（C）模型性（D).具体性（2）哪个不属于心脏电兴奋的传导系统（D）。

（A）.窦房结（B）.房室结（C）.普肯野纤维（D）. 心室结3.计算若在1s的时间内心脏的血压的变化情况为y=-160x2 +120(-1/2<x<1/2),求平均血压P=1/T⎰--2/12/1160x2+120 =-160/3x3+120x =xx12033/1602/1 2/1+--=(-20/3+60)-(20/3-60)=120-13.3=106.71、生理系统建模中常用的工程方法(频域发解线性微分方程)，（系统辨识），（房室分析）。

2、生理系统仿真主要应用于（人体系统的生理机制），（人力系统的病理机制及其诊治方法），（在超常环境下生理系统的变化及防护方法）这三个方面的研究。