【摘要】：心血管疾病是我國和當(dāng)今發(fā)達(dá)國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)險篩查、早期預(yù)警及健康管理是非常突出的問題。近年來大量研究結(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、動脈硬化)的初期,雖然患者還沒有自覺癥狀,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)無創(chuàng)檢測儀器或設(shè)備,但其獲得的心血管參數(shù)較少或體積龐大不可攜帶,對心血管疾病的早期風(fēng)險篩查、早期預(yù)警等效果不佳或不便�；诖�,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,對器官或組織施加某種激勵或刺激并觀測其響應(yīng)是一種研究其結(jié)構(gòu)和功能的有效手段。通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的綜合分析可得出:通過無創(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脈搏波等信號進(jìn)行研究,應(yīng)不但能獲得更多有臨床價值的心血管參數(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,通過該刺激可能會使得其異常更突出或顯現(xiàn)出來,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及信息提取方法。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)研發(fā)了一種新型的無創(chuàng)心血管信息采集平臺。該平臺的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個方面:第一,信息采集平臺能有效地實現(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,這是目前儀器無法實現(xiàn)的;第二,整個信息采集細(xì)分為22個有效的連續(xù)過程,即1個對所有氣帶不施壓過程、9個對氣帶施壓逐漸減小過程和12個對氣帶施加恒定氣壓過程,這有助于對不同外界刺激下所獲得的心血管參數(shù)進(jìn)行對比分析(包括單側(cè)不同過程之間、左右兩側(cè)之間的對比分析),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程及每一個具體采集過程的目的;其次,闡述了從時域和頻率兩個方面對所采集的數(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)同時施予逐漸減小氣壓的整個過程中同側(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)同時施予逐漸減小氣壓的整個過程中右側(cè)和左側(cè)脈搏波最大變化率的比值、心音相關(guān)四個新參數(shù)(_/、_/、_/、_/),血氧飽和度雙波長相關(guān)四個新參數(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)有檢測方法無法獲得的。(3)試驗結(jié)果及討論。本部分研究分三個方面。第一,利用該平臺采集了一位被試者的心血管相關(guān)信息,詳細(xì)展示了每一個過程中的每一心動周期所提取參數(shù)的結(jié)果,并對其結(jié)果進(jìn)行了討論;第二,利用該平臺采集了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,組織了三個年齡階段的18位自愿者與臨床檢測進(jìn)行對比測試,并對檢測結(jié)果進(jìn)行了對比分析及討論。總體結(jié)果表明:1)該平臺能有效地實現(xiàn)在22個有效過程中對兩側(cè)手臂、手腕及踝關(guān)節(jié)處共6個氣帶中氣帶壓的控制及實現(xiàn)24道動態(tài)信號的同步采集,且具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。2)對于每一位被試者,本平臺除了能有效地按22個過程分別提取相關(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)對單一被試者信息的采集和分析結(jié)果表明:應(yīng)用該平臺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)相對穩(wěn)定,有些呈現(xiàn)有規(guī)律變化。如,在每一個分析周期內(nèi),心電R波到8道信號的最大變化率處的時間具有較好的穩(wěn)定性;在同等刺激條件下,被試者左右兩側(cè)各信號在時域和頻率的多數(shù)參數(shù)分布具有較好的一致性;對其中一側(cè)手臂及手腕施壓時,另外一側(cè)手指血氧飽和度雙波長信號的直流隨時間會產(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間為基礎(chǔ)計算baPWVmcr具有更好的穩(wěn)定,且隨年齡的增加其值呈增加的趨勢,這和臂踝脈搏波傳播速度baPWV與年齡的變化趨勢一致;第二,對于SP1過程,容積波信號在頻域中,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)行對比測試的結(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測得的baPWV具有較好的一致性,但測量waPWVmcr更為方便;另外,本研究測得的ABI、心率與BP-203RPE III測的ABI及心率也基本一致;測得的收縮壓和舒張壓與利用歐姆龍電子血壓計HEM-8102A測量被試者的收縮壓和舒張壓也基本一致。這證實本研究提出的心血管信息采集平臺的性能是穩(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新參數(shù)(1倍頻的最大幅值、1倍頻的平均幅值、某些過程0.5-6.5倍心率的能量與相應(yīng)過程總能量的比值等)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存在主動脈瓣有輕度關(guān)閉不全,其新的參數(shù)_/相對較大,而被試者13還出現(xiàn)心音中的其它兩個新參數(shù)_/、_/均相對偏大,這預(yù)示著被試者13還存在其它的異常。綜上所述,本文提出的新型無創(chuàng)心血管信息采集平臺能有效地給予血管相應(yīng)的刺激和同步采集24道動態(tài)信號,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的關(guān)系。在與更多臨床檢測結(jié)果對比的基礎(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,本信息采集平臺也可為研發(fā)一種更有效、無創(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系統(tǒng)或裝置奠定理論和實踐基礎(chǔ)。
【圖文】：

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文⑥可對 8 道脈搏信號、4 道血氧飽和度雙波長信號、單道心音信號在時域中進(jìn)行自動分析，最后可計算出收縮壓、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)計分析。2.3 整體設(shè)計該平臺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、信號采集器和計算機(jī)構(gòu)成，，軟件主要由信號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、信號采集器和計算機(jī)構(gòu)成，軟件主要由信號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 信號采集平臺的結(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 唐洪;覃開蓉;邱天爽;;基于心音的心功能監(jiān)測方法及裝置[J];中國醫(yī)療設(shè)備;2015年10期

2 全雪峰;;基于S變換和局部奇異熵的心音信號識別[J];電子技術(shù)與軟件工程;2015年15期

3 高清河;剛晶;王和禹;劉海英;;基于Choi-Williams分布的心音信號時頻分析[J];中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志;2015年04期

4 布熱比艷·太來提;布娃加·吾守爾;瑪依努爾·伊明艾山;李亞楠;;原發(fā)性高血壓患者踝臂指數(shù)、肱踝脈搏波傳導(dǎo)速度與心臟結(jié)構(gòu)、功能改變的相關(guān)性[J];中國動脈硬化雜志;2015年09期

5 阮媛媛;劉智勝;李承;江軍;王育繼;;紅色濾片及圖形濾片閃光刺激在視頻腦電圖中的應(yīng)用[J];中華實用兒科臨床雜志;2015年12期

6 吳巧玉;葉志弘;虞雪琴;;心血管疾病相關(guān)健康評估的研究進(jìn)展[J];護(hù)理與康復(fù);2015年05期

7 譚志向;張懿;曾德平;王華;;基于希爾伯特-黃變換的心音包絡(luò)提取在LabVIEW上的實現(xiàn)[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;2015年02期

8 張義敏;曾慶寧;黎耀;;基于HHT和PPA的心音分段算法研究[J];計算機(jī)應(yīng)用與軟件;2015年04期

9 呂衛(wèi);張啟樂;宋垣;褚晶輝;;基于PSoC4系列處理器的心電信號采集系統(tǒng)設(shè)計[J];電子測量技術(shù);2015年02期

10 李江;李曉玉;;基于HHT的心音分段和醫(yī)學(xué)指標(biāo)提取[J];控制工程;2015年01期

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1 肖漢光;心血管系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)建模及動脈硬化與狹窄診斷研究[D];重慶大學(xué);2012年

2 王春光;基于稀疏分解的心電信號特征波檢測及心電數(shù)據(jù)壓縮[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

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1 李晶;不同取脈壓力下的脈搏波分析研究[D];燕山大學(xué);2015年

2 馬莉;基于小波包分解的復(fù)雜心音信號分段定位與特征提取研究[D];云南大學(xué);2015年

3 李時雙;體檢人群肱—踝脈搏波傳導(dǎo)速度特征分析及其與心腦血管疾病相關(guān)因素的研究[D];大連醫(yī)科大學(xué);2014年

4 張羽;基于光聲誘發(fā)刺激的腦電信號特征研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 陳小紅;無創(chuàng)血壓和血管硬度綜合檢測系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2008年

6 朱燕秋;心血管動力學(xué)參數(shù)分析方法及軟件系統(tǒng)研究[D];重慶大學(xué);2003年

7 杜鋒;脈搏血流動力-心電檢測系統(tǒng)的開發(fā)研制[D];中國人民解放軍信息工程大學(xué);2002年

本文編號：2635181