【摘要】：心血管疾病是我國(guó)和當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家死亡率最高的一類疾病,如何積極有效地進(jìn)行心血管疾病的早期風(fēng)險(xiǎn)篩查、早期預(yù)警及健康管理是非常突出的問(wèn)題。近年來(lái)大量研究結(jié)果表明:許多心血管參數(shù)與心血管疾病有著極其緊密的聯(lián)系,且在某些心血管疾病(如高血壓、動(dòng)脈硬化)的初期,雖然患者還沒(méi)有自覺(jué)癥狀,但其血壓、血管壁彈性和血液粘性等一系列心血管參數(shù)都已改變。因此,如何利用無(wú)創(chuàng)的方法獲取更多、更準(zhǔn)確的心血管參數(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。目前,雖然已有多種心血管參數(shù)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)儀器或設(shè)備,但其獲得的心血管參數(shù)較少或體積龐大不可攜帶,對(duì)心血管疾病的早期風(fēng)險(xiǎn)篩查、早期預(yù)警等效果不佳或不便。基于此,本研究旨在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上提出一種新的心血管信息的采集方法和提取方法以獲取更多的、有意義的心血管參數(shù)。在醫(yī)學(xué)研究中,對(duì)器官或組織施加某種激勵(lì)或刺激并觀測(cè)其響應(yīng)是一種研究其結(jié)構(gòu)和功能的有效手段。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的綜合分析可得出:通過(guò)無(wú)創(chuàng)手段在特定部位刺激血管,聯(lián)合同步采集的心電、心音、特定部位的壓力脈搏波、手指容積波、手指血氧飽和度雙波長(zhǎng)脈搏波等信號(hào)進(jìn)行研究,應(yīng)不但能獲得更多有臨床價(jià)值的心血管參數(shù),還有望能提高某些心血管參數(shù)(如血壓和脈搏波的傳播速等)的測(cè)量精度,并為心血管模型及數(shù)值模擬等的研究提供必要的數(shù)據(jù)。還有,若心血管本身存在某些異常時(shí),通過(guò)該刺激可能會(huì)使得其異常更突出或顯現(xiàn)出來(lái),尤其是單側(cè)存在異常�；诖�,本研究提出一種新型的心血管信息采集平臺(tái)及信息提取方法。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)研發(fā)了一種新型的無(wú)創(chuàng)心血管信息采集平臺(tái)。該平臺(tái)的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:第一,信息采集平臺(tái)能有效地實(shí)現(xiàn)在給予不同部位血管特定的刺激下,同步采集24道心血管相關(guān)信號(hào),這是目前儀器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的;第二,整個(gè)信息采集細(xì)分為22個(gè)有效的連續(xù)過(guò)程,即1個(gè)對(duì)所有氣帶不施壓過(guò)程、9個(gè)對(duì)氣帶施壓逐漸減小過(guò)程和12個(gè)對(duì)氣帶施加恒定氣壓過(guò)程,這有助于對(duì)不同外界刺激下所獲得的心血管參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析(包括單側(cè)不同過(guò)程之間、左右兩側(cè)之間的對(duì)比分析),獲取更多的心血管參數(shù),這是與現(xiàn)有設(shè)備最大的不同之處。(2)心血管信息的采集過(guò)程及信息提取方法的研究。首先,詳細(xì)闡述了本研究提出的心血管信息的具體采集過(guò)程及每一個(gè)具體采集過(guò)程的目的;其次,闡述了從時(shí)域和頻率兩個(gè)方面對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取的具體方法;最后,詳細(xì)闡述了心血管相關(guān)參數(shù)的意義及具體計(jì)算方法。心血管相關(guān)參數(shù)主要包括現(xiàn)有研究提出的心血管參數(shù)和本研究提出的新參數(shù)。其中,現(xiàn)有研究提出的參數(shù)主要包括血壓、K值、第一心音和第二心音的最大幅值的比值等;本研究提出的心血管相關(guān)新參數(shù)主要有:各自在單側(cè)與兩側(cè)同時(shí)施予逐漸減小氣壓的整個(gè)過(guò)程中同側(cè)脈搏波幅值差值的最大值的比值及最大變化率的比值、兩側(cè)同時(shí)施予逐漸減小氣壓的整個(gè)過(guò)程中右側(cè)和左側(cè)脈搏波最大變化率的比值、心音相關(guān)四個(gè)新參數(shù)(_/、_/、_/、_/),血氧飽和度雙波長(zhǎng)相關(guān)四個(gè)新參數(shù)(ROSdec、ROSinc、ROSmax、ROSmin),以及頻域相關(guān)新參數(shù)(如1-10倍頻心率各自的平均幅值與最大幅值的比值等)等。這些新參數(shù)的獲得展示了本研究采集方法、研究方法的優(yōu)越性。另外,值得指出的是部分心血管新參數(shù)(如腕踝脈搏傳播速度waPWVmcr、、、ROSdec、ROSinc、ROSmax、ROSmin等)是現(xiàn)有檢測(cè)方法無(wú)法獲得的。(3)試驗(yàn)結(jié)果及討論。本部分研究分三個(gè)方面。第一,利用該平臺(tái)采集了一位被試者的心血管相關(guān)信息,詳細(xì)展示了每一個(gè)過(guò)程中的每一心動(dòng)周期所提取參數(shù)的結(jié)果,并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了討論;第二,利用該平臺(tái)采集了92位被試者,并根據(jù)年齡段的分布選出了8位典型被試者的信息進(jìn)行分析,對(duì)其部分重要分析結(jié)果進(jìn)行綜合闡述和討論;第三,組織了三個(gè)年齡階段的18位自愿者與臨床檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析及討論�？傮w結(jié)果表明:1)該平臺(tái)能有效地實(shí)現(xiàn)在22個(gè)有效過(guò)程中對(duì)兩側(cè)手臂、手腕及踝關(guān)節(jié)處共6個(gè)氣帶中氣帶壓的控制及實(shí)現(xiàn)24道動(dòng)態(tài)信號(hào)的同步采集,且具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。2)對(duì)于每一位被試者,本平臺(tái)除了能有效地按22個(gè)過(guò)程分別提取相關(guān)信息外,還能將相關(guān)部分重要信息進(jìn)行綜合分析,并可將個(gè)人基本信息及綜合分析的重要信息進(jìn)行匯總,為利用其它軟件進(jìn)行心血管信息的進(jìn)一步挖掘提供方便。3)對(duì)單一被試者信息的采集和分析結(jié)果表明:應(yīng)用該平臺(tái)及本研究提出的信息采提取法可獲得較多的心血管相關(guān)參數(shù)。其中,有些參數(shù)在特定刺激條件下表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定,有些呈現(xiàn)有規(guī)律變化。如,在每一個(gè)分析周期內(nèi),心電R波到8道信號(hào)的最大變化率處的時(shí)間具有較好的穩(wěn)定性;在同等刺激條件下,被試者左右兩側(cè)各信號(hào)在時(shí)域和頻率的多數(shù)參數(shù)分布具有較好的一致性;對(duì)其中一側(cè)手臂及手腕施壓時(shí),另外一側(cè)手指血氧飽和度雙波長(zhǎng)信號(hào)的直流隨時(shí)間會(huì)產(chǎn)生明顯的變化,其變化的幅度及速率,可能能反映人體自身左右臂供血的調(diào)節(jié)等。4)對(duì)8位典型被試信息的采集和分析的結(jié)果表明:第一,利用心電R波到脈搏正向最大變化率的時(shí)間為基礎(chǔ)計(jì)算baPWVmcr具有更好的穩(wěn)定,且隨年齡的增加其值呈增加的趨勢(shì),這和臂踝脈搏波傳播速度baPWV與年齡的變化趨勢(shì)一致;第二,對(duì)于SP1過(guò)程,容積波信號(hào)在頻域中,其心率倍頻左右的平均幅值與最大幅值的比值的分布可能很好地反映血管硬化情況;第三,相同氣帶壓對(duì)不同被試者的脈搏的影響存在差值,這種差異應(yīng)與被試者的血流、血管彈性等相關(guān),通過(guò)分析這些差異有望獲得一些新的心血管參數(shù)。5)與臨床進(jìn)行對(duì)比測(cè)試的結(jié)果表明:a)本研究提出的baPWVmcr、waPWVmcr均具有較好的穩(wěn)定性,且與臨床BP-203RPE III測(cè)得的baPWV具有較好的一致性,但測(cè)量waPWVmcr更為方便;另外,本研究測(cè)得的ABI、心率與BP-203RPE III測(cè)的ABI及心率也基本一致;測(cè)得的收縮壓和舒張壓與利用歐姆龍電子血壓計(jì)HEM-8102A測(cè)量被試者的收縮壓和舒張壓也基本一致。這證實(shí)本研究提出的心血管信息采集平臺(tái)的性能是穩(wěn)定的、可靠的,及信息提取方法是可行性的、正確的。b)本研究提出的一些新參數(shù)的值與被試者的某些異常相關(guān),這值得進(jìn)一步研究其臨床意義。如,被試者6在同齡中的baPWV表現(xiàn)異常大,而在較多新參數(shù)(TP、TP、及RA等)均中表現(xiàn)出異常;被試者4左右兩側(cè)手臂、手腕及手指脈搏的多個(gè)新參數(shù)(1倍頻的最大幅值、1倍頻的平均幅值、某些過(guò)程0.5-6.5倍心率的能量與相應(yīng)過(guò)程總能量的比值等)表現(xiàn)出較大的差異,這預(yù)示被試者4上肢左右兩側(cè)的血管彈性或血流有較大的差異;被試者13和17存在主動(dòng)脈瓣有輕度關(guān)閉不全,其新的參數(shù)_/相對(duì)較大,而被試者13還出現(xiàn)心音中的其它兩個(gè)新參數(shù)_/、_/均相對(duì)偏大,這預(yù)示著被試者13還存在其它的異常。綜上所述,本文提出的新型無(wú)創(chuàng)心血管信息采集平臺(tái)能有效地給予血管相應(yīng)的刺激和同步采集24道動(dòng)態(tài)信號(hào),利用本研究提出的信息提取方法能從中提取較多的心血管相關(guān)參數(shù),且有部分新參數(shù)是值得進(jìn)一步深入研究的。因此,本研究成果不僅可用于深入研究特定的刺激與心電、心音、脈搏及容積波等信號(hào)之間的內(nèi)在聯(lián)系,還可用于研究某些心血管參數(shù)、心血管疾病與所采集的信號(hào)的關(guān)系。在與更多臨床檢測(cè)結(jié)果對(duì)比的基礎(chǔ)上有望建立一種新的數(shù)據(jù)分析模型,為心血管模型等的研究提供必要的基礎(chǔ)。另外,本信息采集平臺(tái)也可為研發(fā)一種更有效、無(wú)創(chuàng)、安全可靠的基于物聯(lián)網(wǎng)的、適用于社區(qū)醫(yī)院和家庭的心血管功能檢測(cè)系統(tǒng)或裝置奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
【圖文】：

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文⑥可對(duì) 8 道脈搏信號(hào)、4 道血氧飽和度雙波長(zhǎng)信號(hào)、單道心音信號(hào)在時(shí)域中進(jìn)行自動(dòng)分析，最后可計(jì)算出收縮壓、舒張壓、最大振蕩幅值壓、在不同恒壓下的脈搏傳播速度等心血管參數(shù)。⑦可匯總所有被試者的基本信息及部分分析結(jié)果，并以文本格式輸出，以供進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析。2.3 整體設(shè)計(jì)該平臺(tái)主要由硬件和軟件兩部分組成，整體結(jié)構(gòu)如1所示，其中硬件主要由傳感器、信號(hào)采集器和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，，軟件主要由信號(hào)采集器軟件和上位機(jī)軟件組成。其中，傳感器主要有心音、心電、壓力、光電和溫度傳感器。

感器、信號(hào)采集器和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，軟件主要由信號(hào)采集器軟件和上位機(jī)軟件組成其中，傳感器主要有心音、心電、壓力、光電和溫度傳感器。圖 2.1 信號(hào)采集平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖Fig 2.1 Block diagram of signal collecting platform
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2635181