發(fā)布時間：2020-05-07 09:39

【摘要】：最新研究表明,除血壓的高低水平外,血壓的動態(tài)變化也是心腦血管疾病非常重要的風險因子�；诿}搏波傳輸時間法的連續(xù)血壓估計方法,無需袖帶,能實現(xiàn)在不干擾人們正常生活的情況下隨時隨地的測量血壓,不僅能提供血壓的絕對值水平,還能提供血壓的動態(tài)分析,在家庭醫(yī)療保健服務中具有廣闊的應用前景。該方法目前通過從心電和脈搏波計算脈搏波傳輸時間,間接估計血壓。然而,受血管彈性等因素的影響,估計精度不高。脈搏波的形態(tài)能反應一定的血管彈性信息,近年來,越來越多的研究考慮將更多的脈搏波特征等能反應血管彈性的指標作為協(xié)變量,納入連續(xù)血壓估計模型,以減少血管彈性變化對血壓估計精度的影響。盡管如此,目前用到的脈搏波特征信息還不足以解釋脈搏波形態(tài)和血壓之間的對應關系,使得無袖帶連續(xù)血壓估計的精度不高,很難達到應用需求。因此,針對目前無袖帶連續(xù)血壓受血管彈性等因素影響,精度不高的問題,本課題分析流體動力學和血管彈性對脈搏波形態(tài)的影響,從原始脈搏波信號、一階導脈搏波信號、二階導脈搏波信號中提出了一系列的多階多元脈搏波新特征以改善血壓估計的精度。具體地,外周觀測到的脈搏波是正向波和反射波的結合,其形態(tài)由上升支和下降支組成。血液向前流動的動力(心輸出量)和血管對血流的阻力(總外周阻力)影響了血流在血管里傳播的速度,進而影響到達外周的脈搏波上升和下降的速度,從而影響了脈搏波上升支和下降支的幅度差、斜率以及曲線下面積等特征。因此,脈搏波的這些特征不僅與外周動脈有關,還與心輸出量有關,這也是決定血壓值的兩個因素,在血壓估計模型中納入這些特征有望改善血壓估計的精度。此外,隨著年齡增大,血管硬化,加大了反射波的幅度,增加了收縮壓,從而使脈搏波看起來更尖更窄,因此,分析脈搏波上升支與下降支的時間間隔等特征也可反應血管彈性變化對血壓的影響。另外,經(jīng)實驗數(shù)據(jù)分析,我們還發(fā)現(xiàn)了一些與血壓存在較大相關性的其它脈搏波新特征。而后,利用這些新提出脈搏波新特征結合以往研究中使用的特征,我們提出了一種基于多階多元脈搏波特征的連續(xù)血壓估計方法。脈搏波記錄經(jīng)過預處理進行去噪,信號質量評估以剔除干擾太大的噪聲段后,從原始脈搏波信號、一階導脈搏波信號、二階導脈搏波信號中提取65個脈搏波特征(其中,45個為本課題提出的新特征,20為以往研究定義的特征);然后,利用過濾式(Filter)和包裝器(Wrapper)相結合的機器學習方法,從所有的脈搏波特征中選擇一個針對個體的緊湊的最優(yōu)特征子集。最后,通過最小二乘線性回歸模型,根據(jù)所選擇的最優(yōu)特征子集,構建個性化的血壓估計模型。為了驗證本課題所提出的脈搏波新特征對提高血壓估計精度的有效性,我們分別利用正常人的數(shù)據(jù)和重癥監(jiān)護室患者的數(shù)據(jù)對其有效性進行了驗證和評估。首先,利用正常人的數(shù)據(jù)驗證其中19個基于流體動力學分析的脈搏波新特征對提高血壓估計精度的有效性。招募健康受試者22例,參與脈搏波、心電、參考連續(xù)血壓波的采集。實驗設計了兩項任務(心算任務和瓦爾薩爾瓦呼吸調節(jié)實驗)來誘導血壓產生大范圍的波動以模擬生活中影響血壓波動的兩大因素(精神緊張、呼吸的改變)。本課題對比分析了僅利用單個脈搏波特征(無需心電用于計算脈搏波傳輸時間)進行連續(xù)血壓估計的性能;以及利用脈搏波傳輸時間結合單個脈搏波特征(需要同時測量脈搏波與心電)進行血壓估計的性能。結果表明,對于僅利用單個脈搏波特征進行血壓估計,本課題最好特征的血壓估計誤差與以往研究最好特征的血壓估計誤差相比,可以使收縮壓誤差下降0.31±0.08mmHg,舒張壓誤差下降0.33±0.01 mmHg。對于利用脈搏波傳輸時間結合單個脈搏波特征進行血壓估計,本課題最好特征的血壓估計誤差與以往研究最好特征的血壓估計誤差相比,可以使收縮壓誤差下降0.81±0.95 mmHg,舒張壓誤差下降0.75±0.54 mmHg�？梢�,本課題基于流體動力學分析提出的19個脈搏波新特征有望提高無袖帶連續(xù)血壓估計的精度。而后,利用重癥監(jiān)護室患者的數(shù)據(jù)進一步評估基于多階多元脈搏波特征的連續(xù)血壓估計方法的精度。利用109例重癥監(jiān)護室患者的脈搏波記錄、心電和參考連續(xù)血壓,評估該方法的估計精度,并與最近報道的兩個研究做對比。結果表明,僅利用脈搏波特征集(無需心電用于計算脈搏波傳輸時間)進行血壓估計,我們的方法可以使收縮壓估計誤差從5.91±7.51mmHg,5.77±7.39mmHg 降到 4.59±6.00mmHg;舒張壓誤差從 3.03±3.96mmHg,2.99±3.91Hg降到2.47±3.30mmHg。利用脈搏波傳輸時間結合脈搏波特征集(需要同時測量脈搏波與心電)進行血壓估計,我們的方法可以使收縮壓估計誤差從5.50±7.02mmHg,5.25±6.74mmHg 降到 4.43+5.83mmHg;舒張壓誤差從2.90±3.80mmHg,2.82±3.70mmHg 降到 2.44±3.28mmHg�？梢�,利用本課題的特征集可以大大提高血壓的估計精度。值得注意的是,隨著更多脈搏波的納入,僅利用脈搏波特征(無脈搏波傳輸時間)進行血壓估計都能得到較高的血壓估計精度。對特征的重要性和穩(wěn)定性進行評估也發(fā)現(xiàn),本課題提出的有些特征具有較高的重要性和穩(wěn)定性。另外,在實際應用中,脈搏波信號很容易被不同的干擾所破壞。有時,常用的濾波方法很難消除噪聲。為此,我們提出了一種基于脈搏波特征的濾波方法來識別去除異常噪聲段。首先從脈搏波波形計算每個心動周期的短時能量、上升支強度差、下降支強度差、上升支時間差、下降支時間差五個特征指標。然后分別用中值濾波得到五個指標的中值線。在每個指標的中值線周圍根據(jù)信號和噪聲的分布設置一個可接受的自適應閾值范圍,用于檢查每個心動周期的脈搏波信號質量。對于每個心動周期,當其五個特征指標中的一個或多個超過可接受范圍時,將此段數(shù)據(jù)視為質量太差,直接丟棄,不予進一步分析。利用該方法,可以有效地自動從脈搏波記錄中識別出異常噪聲段。并且,本課題還對特定應激條件下(冷加壓)的血壓變異性指標/心率變異性指標與動脈硬化的關系進行了研究,以探討連續(xù)血壓測量的臨床應用。通過對85個青年受試者的脈搏波傳導速度(衡量動脈硬化)和冷加壓前中后的血壓變異性/心率變異性進行相關性分析,結果表明,在冷刺激階段,舒張壓變異性的平均實際變異指標(DBPV_ARV,r=0.25,P0.05)、舒張壓變異性的連續(xù)變異性指標(DBPV_SV,r=0.22,P0.042)、心率變異性的標準差指標(HRV_SDNN,r=0.24,P0.05)、心率變異性的連續(xù)變異性指標(HRV_rMSSD,r=0.23,P0.05)均和脈搏波傳導速度存在相關性。這說明動脈硬化程度會影響冷刺激條件下的心血管自主神經(jīng)的調節(jié)功能(可用血壓變異性指標、心率變異性指標衡量),動脈硬化程度越高,脈搏波傳導速度越大,冷刺激對血壓變異性指標、心率變異性指標的影響越大。因此,可通過血壓變異性指標、心率變異性指標對外界刺激的響應來間接評估或動脈硬化水平,可為評估動脈硬化提供另外一種簡便的間接測量方式,對心血管疾病的預測具有重要的作用。綜上,本課題開展無袖帶連續(xù)血壓的估計方法及應用研究,對心血管疾病的預防、診斷和預后具有重要意義,在可移動健康領域和家庭醫(yī)療保健服務中具有廣闊的應用前景。
【圖文】：

同樣的距離，脈搏波傳輸時間越短，因此，脈搏波傳輸時間通常與血逡逑ＩＳ呈反比關系，通過從心電和脈搏波計算脈搏波傳輸時間（ＰＴＴ，ｐｕｌｓｅ邋ｔｒａｎｓｉｔ邋ｔｉｍｅ），逡逑可以間接估計血．藤《裉據(jù)Ｍｏｅ．ｎｓ－Ｋｏｒｔｅｗｅ．ｇ方程（如圖１．４所示），動脈感的厚．度：，逡逑舒張末期動脈的半徑，動脈壁橫向膨脹的彈性模量、血液密度等影響血管彈性的逡逑因素都會對脈搏波傳輸時間－－血壓的映射關系方程產生影響＆動脈的半徑、動脈逡逑壁橫向膨脹的彈性模量等因素受平滑肌張力的影響，會隨著外界生理條件的變化逡逑（如血管收縮力、周圍血管舒張、血管迷走神經(jīng)性暈厥、低血容量、敗血癥、運動、逡逑藥理學擾動和精神壓力）產生波動。血液的密度，動脈壁的厚度也會隨著年齡的逡逑X棾�，动脉硬化的进匙T⑸謀�。由又J艿越夏淹ü蟣愕姆絞街苯硬飭浚義弦虼�，臍ぐ常用惦y構蘭頗Ｐ屯ǔ＜偕柩蓯且桓康怨�，假设它的弹性是辶x喜槐淶�，得点q鰅懖ù涫奔溆胙溝撓成涔叵搗匠�，，而蕦上血管的弹性是笋w義先頌逕硤跫歡媳浠

本文編號：2652787