基于外周脈搏波的動(dòng)脈系統(tǒng)建模及動(dòng)脈硬化早期檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、心血管疾病日益成為威脅人類健康的嚴(yán)重問題,WHO的調(diào)查顯示,全球每年大約有1200萬(wàn)人死于心血管疾病,占世界人口總死亡的25％,預(yù)計(jì)到2025年其將成為全球致殘和致死的首要原因。大多數(shù)慢性心血管疾病都是由一種被稱為動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)行性血管疾病引發(fā)。動(dòng)脈粥樣硬化是動(dòng)脈的一種退行性、增生性和非炎癥性病變,作為一種全身系統(tǒng)性疾病,它不僅發(fā)生在腦動(dòng)脈、頸動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈,也常發(fā)生在四肢等外周大動(dòng)脈。研究發(fā)現(xiàn),動(dòng)脈管腔發(fā)生顯著狹窄等結(jié)構(gòu)性改變之前,

2、動(dòng)脈彈性變化等功能性病變就已經(jīng)發(fā)生。因此,研究一種在動(dòng)脈硬化早期階段就能方便快捷地發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈功能細(xì)微變化的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法和裝置,對(duì)延緩甚至避免動(dòng)脈結(jié)構(gòu)性病變的發(fā)生,進(jìn)而對(duì)預(yù)防、診斷和治療心血管疾病都具有重要的意義。
　　根據(jù)心血管動(dòng)力學(xué)原理和流體網(wǎng)絡(luò)理論,人體血流網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)絡(luò)具有相似的傳輸特性,其傳輸方程具有相同的數(shù)學(xué)形式。通過建立流體網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)參數(shù)之間的類比關(guān)系,如血流阻尼等效為電阻,血流等效為電流,血壓等效為電壓,血流慣性等

3、效為電感,血流順應(yīng)性等效為電容等,可以構(gòu)建心血管系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)等效模型,并用來(lái)模擬心血管系統(tǒng)的生理病理特征,能為臨床診斷和相關(guān)檢測(cè)儀器研制提供理論支持和指導(dǎo)。
　　本論文主要從動(dòng)脈系統(tǒng)建模和動(dòng)脈硬化早期無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)兩個(gè)方面,開展了以下研究工作:
　　①基于彈性腔模型理論,構(gòu)建了一個(gè)三段式上肢動(dòng)脈電網(wǎng)絡(luò)模型并采用Simulink軟件實(shí)現(xiàn)了該模型的建模?；谀Ｐ蛯?duì)動(dòng)脈硬化和高血壓進(jìn)行了仿真研究,研究結(jié)果表明該模型能較好的反映動(dòng)脈脈

4、搏波波形和收縮壓的整體變化趨勢(shì)。
　?、诨趥鬏斁€理論,構(gòu)建了一個(gè)人體動(dòng)脈樹37段生理參數(shù)計(jì)算模型。詳細(xì)推導(dǎo)了動(dòng)脈樹模型中全局參數(shù)、血管特征阻抗ZC、血管終端阻抗ZT、血管輸入阻抗Zin和血壓脈搏波傳遞方程的計(jì)算流程。對(duì)動(dòng)脈樹模型進(jìn)行的仿真研究表明該動(dòng)脈樹模型主要具有以下優(yōu)點(diǎn):能正確反映出收縮壓和舒張壓之間的差值將隨動(dòng)脈距心臟距離的增加而增加的變化趨勢(shì);能正確反映一個(gè)心動(dòng)周期中舒張期約占2/3,收縮期約占1/3的生理現(xiàn)象;能正確反

5、映下肢動(dòng)脈血管的血壓高于上肢動(dòng)脈血管的血壓和血壓脈搏波波形隨年齡、身高、體重、心率變化的變化趨勢(shì)。
　?、墼诩俣w表脈搏波信號(hào)同出血性腦卒中之間存在生物學(xué)關(guān)聯(lián)的前提下,應(yīng)用k-樹組法分析理論,首次提出了一種通過測(cè)量體表脈搏波信號(hào)來(lái)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)出血性腦卒中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治隼碚撃Ｐ?。該模型將心臟和體表三處測(cè)量點(diǎn)視為節(jié)點(diǎn),通過計(jì)算節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納行列式值,并同某一閾值比較來(lái)判斷是否發(fā)生出血性腦卒中。
　　④基于ARM和WinCE設(shè)計(jì)了一種便攜式

6、無(wú)創(chuàng)動(dòng)脈彈性功能檢測(cè)儀。建立了一套以ASI作為主要指標(biāo)并結(jié)合brPWV來(lái)評(píng)判受試者是否動(dòng)脈硬化的評(píng)估體系。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中各檢測(cè)參數(shù)的最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差為4.37%;可靠性實(shí)驗(yàn)中,其測(cè)得的血壓與聽診法測(cè)量結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.95,其測(cè)得的PWV與OMRON儀測(cè)量結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.96,并且準(zhǔn)確判斷出兩名動(dòng)脈血管硬化的受試者。前期可行性評(píng)估實(shí)驗(yàn)表明該檢測(cè)儀具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。該儀器與同類儀器相比,具有體積小、重量輕、操作方便、成本低等優(yōu)

7、點(diǎn),特別適合基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)用于動(dòng)脈硬化程度和心血管功能的快速無(wú)創(chuàng)檢測(cè),對(duì)無(wú)創(chuàng)動(dòng)脈硬化檢測(cè)的推廣具有重要意義。
　?、轂榱藴y(cè)量ABI和baPWV,設(shè)計(jì)了一種能同步測(cè)量人體四肢動(dòng)脈血壓脈搏波信號(hào)的動(dòng)脈彈性功能檢測(cè)系統(tǒng)。建立了一套以ASI作為主要指標(biāo)并結(jié)合左右baPWV及左右ABI中的高值來(lái)評(píng)判受試者是否動(dòng)脈硬化的評(píng)估體系。通過前期可行性評(píng)估實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)驗(yàn)證了該儀器的有效性。通過臨床試驗(yàn)分析了動(dòng)脈硬化評(píng)價(jià)因子的影響因素。并且通過臨床試驗(yàn)