心输出量、血流速度、动脉管径、动脉弹性模量、外周阻力、壁面剪切应力等血流动力学参数在心脑血管疾病发生发展、早期预防以及治疗效果评估等方面扮演着至关重要的角色。临床上常采用CT/MRI影像检测结合超声多普勒流速检测并计算分析这些血流动力学参数,然而这些检测设备体积庞大、价格昂贵,不便于个体日常生活或运动训练过程中血流动力学参数的在线监测。生物电阻抗技术因其成本低廉、操作简便、可穿戴、能连续检测等优点,已被临床应用于心脑血管功能的评估和疾病的早期诊断。然而迄今为止,动脉血流电导率和电阻抗与动脉管径、血流速度等血流动力学参数之间的定量关系仍未完全阐明,因而限制了生物电阻抗技术在心脑血管血流动力学参数监测中的广泛应用。本论文通过理论建模和离体实验验证相结合的方法,研究动脉血流电导率、电阻抗与动脉内半径、轴心流速等血流动力学参数之间的定量关系,进一步对急性运动干预前后动脉血流电导率和电阻抗、及其与血流动力学参数之间的关系进行分析,为人体动脉血流动力学参数的在线监测提供一定的方法学基础。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)考虑动脉管壁弹性形变对动脉血流电导率的影响,将描述弹性管脉动血流动力学的Ling&Atabek“局部流”理论与描述悬浮液电导率的Maxwell-Fricke方程相结合,给出了弹性管脉动血流条件下描述轴心流速、动脉半径与动脉血流电导率、电阻抗之间定量关系的理论模型;进一步通过动脉血流电阻抗体外循环装置及测量系统,用离体实验方法验证了理论模型的正确性。(2)基于动脉血流电导率和电阻抗血流动力学理论模型计算的数据,提出了一种描述弹性管脉动血流电导率和轴心流速、动脉半径之间定量关系的简化数学模型。利用该模型定量阐明了轴心流速、动脉管径波形对动脉血流电导率和电阻抗波形的独立贡献,证明了轴心流速是决定动脉血流电导率的关键因素,动脉半径是决定动脉血流电阻抗的关键因素。该模型为通过检测动脉血流电导率和电阻抗波形逆向计算轴心流速和半径波形,进而计算流量率、壁面剪切力波形等血流动力学参数提供了一种新途径。(3)利用急性运动干预、血流动力学检测分析、统计学以及相关性分析方法,研究了急性运动干预前后颈总动脉半径、轴心流速、动脉血流电导率和电阻抗的变化规律,以及动脉血流电导率和电阻抗与动脉半径、轴心流速之间的变化关系。结果表明,随着运动负荷的增加,动脉半径减小量以及轴心流速、动脉血流电导率、电阻抗的增大量明显增大。运动前后动脉血流电导率和电阻抗分别与轴心流速、动脉半径高度相关,表明运动前后动脉血流电导率波形和电阻抗波形分别由运动前后的轴心流速波形和动脉半径波形决定,这一规律在运动生理条件下仍然适用。这些研究结果为通过动脉血流电阻抗信号监测运动干预调节心脑血管功能提供了一种新方法。综上所述,本论文建立了基于血流动力学原理的弹性管脉动血流电导率和电阻抗理论模型,通过离体实验验证了理论模型的正确性;通过建立简化数学模型,并结合相关性分析方法澄清了影响动脉血流电导率和电阻抗的血流动力学关键因素;研究了急性运动干预前后颈总动脉半径、轴心流速、血流电导率和电阻抗的变化规律及其定量关系。这些研究结果为通过监测动脉血流电阻抗信号评估血流动力学参数提供了理论基础,在将电阻抗技术应用于心脑血管疾病的早期诊断和筛查、心脑血管健康监测、运动康复评价等方面,具有一定的理论价值和应用前景。