以水管模擬實驗探討大動脈中血液壓力波的產生與行進的力學原理

Abstract

我們嘗試在這系列的實驗中，找到心臟搏動的過程裡將能量施加在血液的模型，我們將使用彈性管模擬血管，利用馬達與幫浦注水進入彈性管系統，利用脈衝波量測天然頻與波速；並打入週期波討論不同的注水方向，分別在徑向及軸向上施力，將會獲得不同的諧頻的能量，而利用脈衝波所量測到的天然頻與波速，也與直接拍打管壁所得結果相同，表示管壁徑向方向的振動與心臟搏動所以提供的力的方式比較接近。 在張力的實驗裡可以得到張力帶給血管壁的影響，當彈性管具有張力時，其共振能量是比較高的。 從理論計算可以得知不同的波源，注水時間與週期的比例，都會造成其波源的各諧頻比例不同，我們利用馬達提供相同週期不同注水時間，也就是改變注水時間和週期的比例，嘗試找到其中的關係，當出水時間與週期比值越大，波源的諧頻部分的大小會變化得很明顯，而在實驗中也看到了這個現象，表示若是心臟注血進入血管的過程，其開口時間改變越明顯，壓力波包含的諧頻振幅比例也會改變得很明顯。