【摘要】：低頻振蕩信號(0.01~0.15Hz)為血液動力學參數自發(fā)緩慢變化信號,其生理上的來源和成因尚未完全理解,該信號一般意義上在血液循環(huán)中可以作為生理標志物,反映血管生理信息。但是,單純的靜息狀態(tài)下反映的生理信息較為有限,因此,利用開發(fā)的多通道近紅外血氧儀對任務狀態(tài)下人體數據進行采集,在數據分析的基礎上,探索低頻振蕩信號在不同任務中在血管末梢中是如何傳播的,這在臨床診斷治療上具有重大的意義。首先,針對任務狀態(tài)下低頻振蕩信號數據采集和分析處理的問題,設計了一套任務狀態(tài)下的實驗方案,包括局部性與大腦活動影響較小的被動抬腿實驗和全局性受大腦皮層控制下的主動節(jié)奏呼吸實驗。在數據預處理的基礎上,提出了一套完整的信號處理策略對數據進行分析,包括小波時頻法、鎖相位同步法、相關系數法等方法,并在靜息狀態(tài)的實驗中得到了證實。其次,基于被動抬腿所引發(fā)心血管調節(jié)機理的分析結果,探究了局部性被動抬腿所引發(fā)低頻振蕩信號的傳播特性和規(guī)律。采用小波時頻法,分析了各個時段各個頻率信號變化情況;采用時域和頻域相關分析法,分別計算整體低頻信號和引發(fā)周期信號到達各個末梢的時間差異。最后,基于主動節(jié)奏呼吸所引發(fā)心血管調節(jié)機理的分析結果,探究了全局性主動節(jié)奏呼吸所引發(fā)低頻振蕩信號的傳播特性和規(guī)律。采用誤差較小的鎖相位同步法,對靜息狀態(tài)、被動抬腿、主動節(jié)奏呼吸三種狀態(tài)下末梢低頻振蕩信號同步性進行計算。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318;TN911.6
【圖文】：

據分析的方法。梢 LFO 信號采集實驗驗在前面研究的基礎上，在人體完全放松的靜息狀態(tài)下驗證。而任務狀態(tài)下的實驗，則主要探究 LFO 信號在外部壓力下局部任務下的被動抬腿實驗和全局任務下的主動節(jié)奏呼吸態(tài)下的 LFO 傳播特征進行對比，探究在任務激勵下的 LFO儀器與工作原理步從人體末梢中記錄血液動力參數信號，就需要至少一個末高端近紅外光譜測量設備。為了能進一步探究氧合血紅蛋發(fā)了一款價格低廉，可攜帶的多通道近紅外設備[31]。這款臨床試驗結果良好等優(yōu)點于一身。該設備在進行測量過程度、全帶寬的測量不同末梢的近紅外光譜信號，設備如圖 2

低功耗模式之間來回自動切換，這也降低了消耗。該系統(tǒng)的結構框圖如圖 2-2 所示，藍色代表第一次循環(huán)，綠色代表第二次循環(huán)虛線框內為設備內工作環(huán)境。首先，由發(fā)光二極管發(fā)出波長為 660nm 的紅光和 920n的近紅外光，MSP430 控制 LED 工作模式，每隔 2ms 切換一次，即每秒鐘 30 次。在穿透人體組織后，透射光被光源探測器接收，然后通過光電二極管實現光電轉化，根據修正 Beer-lambert 定律(具體原理在本章有詳細介紹)，轉化為氧合血紅蛋白濃度和脫氧血紅蛋白濃度。一階放大器放大的輸出包括兩部分，即直流部分和交流部分，其中直流部分是人體氧含量較少組織的透射結果，這部分信號與入射光信號強度成正比；交流部分相對較小，是穿過動脈細胞的透射部分外加 50/60Hz 外部環(huán)境光調制而成的，也是要提取和放大的信號。二階放大器采用的是互阻抗放大器，在兩次放大以后，經過模數轉換器成為數字信號，需要濾除掉功率較大的直流信號。但是這部分交流信號幅度太小，還需要轉換成模擬信號進行再一次放大。由于多次放大的原因，交流部分會產生偏移，這個時候還要通過一個帶通濾波器消除偏移和噪聲。

2 1 1 2Hb HbO Hb HbOr ( )2 1 1 21 2 2 1HbO 1 HbO2Hb HbO Hb HbOA DPF A DPFHbr ( / ( )) ( / ( ))[ ]( )(2-9)2.1.2 實驗過程與 HbO 數據獲取本次實驗是在美國麥克萊恩醫(yī)院(McLeanHospital)進行的，該醫(yī)院的機構審查委員會通過了實驗請求，并且在事先都得到了受試者的許可。實驗人數共有 25 人，13男 12 女，年齡在 21~57 歲之間，平均年齡為 36±10 歲。除了 2 號受試者有輕微的高血壓以外，其他受試者均健康狀況良好。實驗中同時測量 25 人六個末梢區(qū)域低頻振蕩信號，將 Nellcor 的 D-YS 血氧探頭夾在耳垂處，DS-100A 血氧探頭夾在食指和大腳趾，具體擺放情況如圖 2-3a)所示。實驗地點是在一個光線昏暗的屋內進行，室內溫度 25℃、相對濕度 30-40%、氣壓 100 kPa，要求所有被測試者安靜的放松的平躺在床上，盡量避免外界的干擾，實驗環(huán)境如圖 2-3b)所示。

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