本文關(guān)鍵詞：呼氣信號分析方法及其在肺功能檢查中的應(yīng)用研究　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種具有持續(xù)氣流受限特征的疾病,早期篩查并干預(yù)是預(yù)防和治療COPD的有效途徑。肺功能檢測已被慢性阻塞性疾病防治全球倡議列為COPD的診斷金標(biāo)準(zhǔn)。然而目前COPD漏診率仍然很高,主要原因是肺功能檢查沒有普及。一方面,市場上大型、價(jià)格昂貴的進(jìn)口肺功能儀器只有二甲以上的醫(yī)院才有經(jīng)濟(jì)能力配備,而國內(nèi)自主研發(fā)肺功能儀測量精度和精確性與國外儀器仍存在較大的差距。另一方面,肺功能嚴(yán)格的測試質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求10歲以上受試者用力呼氣時間在6秒以上,且有呼氣平臺出現(xiàn),這大大增加了獲得高質(zhì)量肺功能測試的難度。當(dāng)前國內(nèi)的現(xiàn)狀造成了肺功能檢查難以在社區(qū)醫(yī)療中推廣。為了將肺功能檢查在大眾健康領(lǐng)域內(nèi)普及,本論文圍繞低成本肺功能儀器研發(fā),將呼氣信號分析方法應(yīng)用于肺功能檢查中以降低肺功能測試難度兩個主要方面開展了相關(guān)研究工作。主要研究內(nèi)容包括： 1.基于雙差壓傳感器法的用力呼氣信號獲取系統(tǒng)構(gòu)建 在充分分析用力呼氣信號特征的基礎(chǔ)上,凝煉出用于獲取用力呼氣信號的流量計(jì)性能需求,并確定用于評估肺通氣功能所需要的功能指標(biāo)。鑒于孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,制造、使用方便,造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),本研究提出一種基于雙差壓傳感器的用力呼氣信號獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)中所采用的流量計(jì)克服了傳統(tǒng)孔板流量計(jì)測量范圍窄的缺點(diǎn),其最大可測量呼氣流量為12L/s,最小可識別的呼氣流量可達(dá)到7mL/s。同時低成本保證本系統(tǒng)應(yīng)用推廣的可行性。 2.用力呼氣信號獲取系統(tǒng)重復(fù)性研究 通過兩位操作者對35人連續(xù)兩日開展的肺功能測試,評估操作者對肺功能檢查結(jié)果的影響,以及該系統(tǒng)的短期重復(fù)性；通過統(tǒng)計(jì)六個月內(nèi)使用3L定標(biāo)筒對系統(tǒng)定標(biāo)的結(jié)果,分析并評估該系統(tǒng)的中期重復(fù)性。結(jié)果表明只要受試者能夠完全按照美國胸科協(xié)會/歐洲呼吸協(xié)會(American Thoracic Society/European Respiratory Society, ATS/ERS)建議的測試質(zhì)量控制和接收標(biāo)準(zhǔn)完成肺功能檢查,最終測試結(jié)果不是取決于操作者；短期和中期重復(fù)性研究證明了該系統(tǒng)具有很好的短期重復(fù)性和中期穩(wěn)定性。 3.基于用力呼氣數(shù)學(xué)模型的用力呼氣流量信號分析方法及其應(yīng)用研究 本研究將系統(tǒng)辨識中改進(jìn)隨機(jī)數(shù)直接搜索法(New Luus-Jaakola optimization procedure, NLJ)結(jié)合用力呼氣數(shù)學(xué)模型分析用力呼氣流量-時間曲線,實(shí)現(xiàn)利用用力呼氣前半部分的流量-時間曲線估計(jì)用力肺活量(forced vital capacity, FVC)。通過對90個實(shí)測完全符合測試質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的流量-時間曲線分析,驗(yàn)證該方法可靠性。結(jié)果表明該方法估計(jì)的FVC(FVCest)與實(shí)測FVC(FVCmea)的差異隨選取的流量-時間曲線長度增大而降低,當(dāng)選取的曲線長度達(dá)到3秒時,FVCest和FVCmea已能夠滿足肺功能檢查重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)。同時針對肺功能檢查中常見的呼氣過早結(jié)束現(xiàn)象,通過分析103個實(shí)測的呼氣過早結(jié)束流量-時間曲線,評估該方法在實(shí)際應(yīng)用的表現(xiàn)。研究結(jié)果證明這種方法可用于分析那些由于呼氣過早結(jié)束沒有達(dá)到ATS/ERS建議的用力肺活量測試質(zhì)量控制要求的數(shù)據(jù),也可以通過降低用力肺活量測試的呼氣時間要求以幫助臨床上無法完成整個用力肺活量測試的人群。 4.肺功能與動脈彈性功能相關(guān)性研究 近幾年肺功能降低和心血管風(fēng)險(xiǎn)增加之間的關(guān)系越來越到關(guān)注,但是這種關(guān)系潛在的機(jī)制尚不清楚。本研究目的是探討血管動脈彈性功能與肺功能指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性。首先提出了一種基于二階B樣條小波的增長指數(shù)(Augmentation index, AIx)計(jì)算方法,并通過60人脈搏波信號數(shù)據(jù)驗(yàn)證該方法的可靠性。結(jié)果表明該方法計(jì)算AIx過程簡單,無需對脈搏波信號進(jìn)行濾波處理,而且具有較強(qiáng)的抗噪能力。其次,通過對106名男性進(jìn)行心血管彈性功能測試和肺功能測試,我們首次分析了男性橈動脈AIx (rAIx)與肺年齡的之間的相關(guān)性,結(jié)果顯示男性肺年齡在70歲之前,rAIx會隨著肺年齡的增加顯著增長,隨后增長趨勢有所減緩,最后趨于平穩(wěn)。研究結(jié)果證明了男性人群中肺年齡能夠更好的反映出肺功能和心血管彈性功能之間的聯(lián)系,這也進(jìn)一步突出肺功能檢查的重要性。
[Abstract]:Chronic obstructive pulmonary disease ( COPD ) is an effective way to prevent and treat chronic obstructive pulmonary disease ( COPD ) . Early screening and intervention is an effective way to prevent and treat COPD . 1.Construction of Forced Expiratory Signal Acquisition System Based on Double Differential Pressure Sensor Method In view of the advantages of simple structure , easy manufacture , convenient use and low cost , this paper presents a design scheme of forced expiratory signal acquisition system based on double differential pressure sensor . 2 . Using forced expiratory signal to acquire system repeatability The effect of the operator on the results of pulmonary function examination and the short - term repeatability of the system were assessed by two operators of the lung function tests carried out on two consecutive days by two operators ; the results of the system were analyzed and evaluated by using a 3 L calibration cylinder within six months ; the results were not determined by the operator ; the short - term and medium - term repeatability studies demonstrated that the system had good short - term repeatability and mid - term stability . 3 . Forced expiratory flow signal analysis method based on forced expiratory mathematical model and its application In this study , we used new Luus - Jaakola optimization procedure ( NLJ ) to analyze the forced expiratory flow - time curve in combination with forced expiratory mathematical model to estimate the forced vital capacity ( FVC ) using the flow - time curve of the first half of forced expiratory . The results show that FVCest and FVCmea have been able to meet the pulmonary function test repeatability standard by analyzing 103 measured expiratory premature ending flow - time curves . 4 . Correlation between pulmonary function and arterial elasticity The relationship between the function of pulmonary function and the increase of cardiovascular risk has been paid more attention in recent years . The aim of this study is to study the correlation between the elasticity function and the lung function index . The results show that the method is simple in calculating AIx process , does not need to filter the pulse wave signal , and has strong anti - noise ability . The results show that the age of the lung in the male population can reflect the relation between the lung function and the cardiovascular elasticity function better , which further highlights the importance of the pulmonary function examination .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R563.9;TN911.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1402523