本文關(guān)鍵詞：基于磁感應(yīng)相位移技術(shù)測(cè)量腦血流的實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：腦血管疾病是指腦血流(cerebral blood flow,CBF)異常而引發(fā)的各類腦部疾病,是一種嚴(yán)重危及人類健康和生命的多見病和常發(fā)病,具有很高的發(fā)病率、致殘率、死亡率和復(fù)發(fā)率,是導(dǎo)致中老年人殘疾和死亡的主要疾病之一。全球每年約有460萬人死于腦血管病,是導(dǎo)致人類死亡的第二大原因。人腦的新陳代謝旺盛、生理功能復(fù)雜、無儲(chǔ)備的能源物質(zhì),因此腦的耗氧量大,對(duì)血液供應(yīng)的依賴性強(qiáng)。當(dāng)腦血流異常阻斷1~30s,腦細(xì)胞會(huì)受到一定程度的損害,多數(shù)能恢復(fù)正常;而當(dāng)腦血流阻斷3~5min時(shí),腦細(xì)胞會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害,少數(shù)能恢復(fù);要是腦血流連續(xù)阻斷30min及以上,腦細(xì)胞會(huì)完全壞死、喪失功能。目前,臨床上沒有實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)腦血流的方法和技術(shù),因此,發(fā)展一種腦血流實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)于腦血管疾病的早期預(yù)防和診斷有著非常重要的意義。本課題首先研究了磁感應(yīng)相位移(magnetic induction phase shift,MIPS)技術(shù)的基本原理和腦血流的基本電磁特性,根據(jù)該基本理論,針對(duì)目前監(jiān)測(cè)腦血流的設(shè)備和手段的不足,建立了一套基于磁感應(yīng)相位移方法的無創(chuàng)非接觸腦血流檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用自制的平面線圈傳感器,通過高相位穩(wěn)定度的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)作用于該傳感器,將被測(cè)頭部置于傳感器中心,由于電磁感應(yīng)的作用,周期性變化的腦血流信號(hào)受激勵(lì)磁場(chǎng)的影響,產(chǎn)生擾動(dòng)的磁場(chǎng),通過檢測(cè)線圈接收到擾動(dòng)的磁場(chǎng),激勵(lì)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)同時(shí)被數(shù)據(jù)采集卡采集到,送入上位機(jī)中。利用Lab VIEW軟件編程鑒相、存儲(chǔ)和顯示,與此同時(shí),同步采集心電信號(hào),以便用來標(biāo)定人體心臟狀況的好壞。在腦血流信號(hào)處理的過程中,針對(duì)基線漂移的特點(diǎn),分別采用小波變換法、高通濾波法和三次樣條插值法去除基線漂移干擾,得到了較好的MIPS信號(hào)波形,為MIPS信號(hào)的特征提取與統(tǒng)計(jì)分析奠定了基礎(chǔ)。為驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性,作者首先進(jìn)行了物理模型實(shí)驗(yàn),采用微型泵和橡膠管分別模擬心臟泵血和血管搏動(dòng),物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MIPS方法測(cè)得的信號(hào)代表橡膠管的舒張與收縮,反映了橡膠管搏動(dòng)的物理機(jī)制。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)檢測(cè)腦血流的可靠性,課題組選擇了10名健康志愿者進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn),由于測(cè)得的MIPS信號(hào)波形面積,可用來反映受試者腦血流量的變化,作者對(duì)測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行了信號(hào)處理及波形面積的計(jì)算,以便統(tǒng)計(jì)分析同一個(gè)體的重復(fù)性和不同個(gè)體之間的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)得的信號(hào)波形形狀類似于脈搏波,反映了腦血流的周期性變化。通過統(tǒng)計(jì)分析同一位受試者的多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)面積數(shù)值,如2號(hào)受試者的面積均值與方差為0.0254±0.0005266,表明系統(tǒng)對(duì)于同一受試者的測(cè)量重復(fù)性較好;而通過對(duì)10名受試者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較,發(fā)現(xiàn)10名受試者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間具有顯著性差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)局部腦血流的變化,反映了局部腦血容量的變化,且系統(tǒng)具有非接觸、精度高、靈敏度高、可連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn),作為一種監(jiān)測(cè)腦血流的新手段,具有潛在的實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：腦血流 磁感應(yīng)相位移技術(shù) 數(shù)據(jù)采集 波形面積
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R743
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究目的12
• 1.4 研究內(nèi)容12-14
• 2 MIPS法測(cè)量腦血流的基本原理14-16
• 2.1 腦血流信號(hào)的特點(diǎn)14
• 2.2 MIPS測(cè)量腦血流原理14-16
• 3 腦血流測(cè)量系統(tǒng)的建立及參數(shù)設(shè)置16-29
• 3.1 腦血流測(cè)量系統(tǒng)16-17
• 3.2 硬件平臺(tái)組成17-21
• 3.2.1 激勵(lì)信號(hào)源17-18
• 3.2.2 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)18-19
• 3.2.3 線圈傳感器19-20
• 3.2.4 心電采集模塊20-21
• 3.3 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)21-26
• 3.3.1 采集配置單元21-22
• 3.3.2 同步采集單元22-23
• 3.3.3 軟件鑒相單元23-24
• 3.3.4 存儲(chǔ)與顯示單元24-26
• 3.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置26-29
• 3.4.1 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置26-27
• 3.4.2 采樣率和采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)置27-29
• 4 物理模型模擬腦血流實(shí)驗(yàn)29-33
• 4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)29-30
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論30-32
• 4.2.1 線圈仿真結(jié)果30-31
• 4.2.2 物理模型模擬腦血流實(shí)驗(yàn)結(jié)果31-32
• 4.3 小結(jié)與討論32-33
• 5 健康志愿者腦血流監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)33-56
• 5.1 線圈傳感器電磁場(chǎng)強(qiáng)度及其安全限值33-35
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟35-37
• 5.3 MIPS信號(hào)處理方法37-45
• 5.3.1 小波變換去整體基線漂移38-42
• 5.3.2 高通濾波去局部基線漂移42-43
• 5.3.3 三次樣條差值去除局部基線漂移43-45
• 5.4 MIPS與ECG同步采集實(shí)驗(yàn)結(jié)果45-47
• 5.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析47-54
• 5.5.1 MIPS波形的特征量提取47-49
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析49-54
• 5.6 討論54-56
• 5.6.1 實(shí)驗(yàn)方法討論54
• 5.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論54-56
• 6 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 結(jié)論56
• 6.2 后續(xù)研究與展望56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-61

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