基于系统工程的慢性阻塞性肺疾病（COPD）建模与分析

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种以气流受限为特征的进行性肺部疾病。本研究开发了一个系统工程框架，用于在心肺系统模型中表示 COPD 的重要机制细节。在该模型中，我们将心肺系统呈现为一个负责调节呼吸的集成生物控制系统。考虑了四个工程控制系统组件：传感器、控制器、执行器以及过程本身。利用人体解剖与生理学知识为每个组件建立适当的机制数学模型。在对计算模型进行系统分析后，我们识别出与重现 COPD 临床表现相关的三个生理参数——用力呼气量（FEV）、肺容积和肺动脉高压的变化。我们将这些参数（气道阻力、肺弹性阻力和肺阻力）的变化量化为导致可诊断 COPD 的系统性响应的那些变化。多变量分析揭示，气道阻力的变化对人体心肺系统具有广泛影响，且大多数 COPD 患者在缺氧环境下肺循环承受超出正常的压力。