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龍圖騰網獲悉中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所申請的專利基于閉環心肺功能數字孿生模型的運動評估方法及系統獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN120114024B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-19發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202510594271.2，技術領域涉及：A61B5/0205；該發明授權基于閉環心肺功能數字孿生模型的運動評估方法及系統是由邢曉曼;董文飛設計研發完成，并于2025-05-09向國家知識產權局提交的專利申請。

本基于閉環心肺功能數字孿生模型的運動評估方法及系統在說明書摘要公布了：本發明提供基于閉環心肺功能數字孿生模型的運動評估方法及系統，該運動評估方法包括以下步驟：獲取基于單一接觸點同步采集的多維度生理信號；利用長期連續監測數據構建時間動態特征庫；結合深度學習算法解析個體生理模式特征；建立漸進式優化的閉環心肺功能數字孿生模型；基于所述閉環心肺功能數字孿生模型在虛擬空間實現最大運動量，心率變化范圍及心排量的變化，并在達到患者心肺功能極限前發出預警信號。本發明具有連續監測、對危險提前預知的優點，尤其是能夠準確預知因為心功能、肺功能、代謝引起的活動受限，對疾病的管理和日常運動處方的執行具有極大的益處，確保患者在獲得最大收益的同時，避免運動過量引起的損傷。

本發明授權基于閉環心肺功能數字孿生模型的運動評估方法及系統在權利要求書中公布了：1.一種基于閉環心肺功能數字孿生模型的運動評估方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取基于單一接觸點同步采集的多維度生理信號； 利用長期連續監測數據構建時間動態特征庫； 結合深度學習算法解析個體生理模式特征； 建立漸進式優化的閉環心肺功能數字孿生模型； 基于所述閉環心肺功能數字孿生模型在虛擬空間實現最大運動量，心率變化范圍及心排量的變化，并在達到患者心肺功能極限前發出預警信號； 所述多維度生理信號被配置為通過ECG傳感器、PPG傳感器及壓力傳感器同步采集的信號得到； 所述建立漸進式優化的閉環心肺功能數字孿生模型步驟包括： 冷啟動階段通過長期連續監測數據逐步優化模型的穩態參數； 基于自回歸加外生變量模型實時更新動態參數； 通過多時間尺度參數耦合算法，實現從秒級到長期的生理響應精準模擬； 所述基于自回歸加外生變量模型實時更新動態參數步驟包括： 通過所測量生理參數的動態變化，采用CMA-ES方法對生理參數進行擬合，并動態識別對系統響應影響最大的模型參數及在特定時間點上使模型預測與實驗數據差異最小的模型參數值； 對動態參數進行評估； 對每個動態參數實施確定性和參數化的多輸入單輸出模型，以使模型捕捉到參數隨時間變化的趨勢； 通過自回歸加外生變量模型利用參數隨時間變化的趨勢以預測未來的狀態； 通過計算預測誤差評估模型性能；其中，所述預測誤差為實驗變量值與模擬預測值之間差異的比例； 所述閉環心肺功能數字孿生模型包括呼吸控制系統、自主神經系統、呼吸系統、氣體運輸交換、循環系統；其中， 所述呼吸控制系統通過外周化學感受器監測血液中的氧氣和二氧化碳水平，通過肺擴張感受器監測肺部的擴張程度； 所述自主神經系統通過交感神經調節心率和血管收縮，通過副交感神經調節心率和血管舒張，通過對代謝物的感知，調節外周血流阻力； 所述呼吸系統接受神經調控，同時肺部呼吸受限也會引起血液中二氧化碳和氧氣水平，進而影響各種化學感受器； 所述氣體運輸交換對在組織和肺泡中進行的氧氣和二氧化碳交換； 所述循環系統中的心臟負責泵血，血液在全身的流動受到血管張力和血流阻力的調節； 所述循環系統中的動脈以RC電路連接表示，所述循環系統中的靜脈以RC電路及單向導通的二極管來描述，所述循環系統中的毛細管通過與電阻器串聯的RC電路或通過L和T的拓撲結構表示； 所述自主神經系統中整體的血液流動模式為： ， 其中,表示第i個循環區域的靜脈氧濃度，為參考靜脈氧濃度值，為靜態函數，表示代謝控制的狀態；為斜率系數； 該靜態函數被用于一階動態控制塊中，以控制每個循環區域的外周動脈和靜脈阻力： ， 其中，為由代謝控制引起的阻力變化，為代謝控制的時間常數，為控制增益； 對于第i個血管區段的靜脈阻力，其最終控制公式為： ， 其中，為第i個血管區段靜脈阻力的設定點值，是由代謝控制引起的靜脈阻力變化； 外周動脈阻力的控制公式為： ， 其中，是隨時間變化的動脈外周阻力，是設定的動脈外周阻力，是常數參數，表示在完全取消交感縮血管作用時的動脈阻力，是交感控制引起的變化量，是代謝控制對阻力的影響，是代謝控制引起的變化量； 代謝和呼吸的關系由耗氧量作為中繼： ， ， ， ， ， 其中，為靜息耗氧量，和分別為左腿和右腿腿部運動耗氧量，為呼吸商，小標HF代表心衰的相應變化，為運動做功的功率； 所述呼吸控制系統的呼吸過程中肺泡和靜脈中二氧化碳的交換過程為： ， 其中，是動脈血流中的氧氣濃度，是靜脈血流中的氧氣濃度，是第i個區域的血液體積，是流經第i個區域的動脈血流量，是流經第i個區域的靜脈血流量,是第i個區域的氧氣消耗量； 通過引入動脈和靜脈血流量、以及氧氣消耗量，模擬出在呼吸過程中二氧化碳隨時間的變化： ， 其中，是動脈血流中的二氧化碳濃度，是靜脈血流中的二氧化碳濃度； 從質量平衡方程出發，結合組織和血液之間的氧氣交換過程來推導動脈血中的氧氣濃度，通過以下質量平衡方程來描述： ， 使用穩態條件下的質量平衡方程來近似計算動脈血中的氧氣濃度變化率： ， ， 其中，表示由該模型計算得出的通氣量，為上半身動脈血中的氧氣分壓，為上半身動脈血中的二氧化碳分壓，表示當動脈血中的二氧化碳分壓超過這個值時，觸發新的通氣周期，分別代表對氧氣和二氧化碳的通氣控制增益，為常數參數； 通氣量表示為頻率和潮氣量： ， ， ， ， 其中，和為擬合常數； 肺泡通氣的有效潮氣量為： ， 其中，為死腔比值。

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