本文關鍵詞：基于血流動力的心音產生模型及仿真

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【摘要】：心音是由心血管系統(tǒng)血流動力狀態(tài)變化與相關器官(心臟瓣膜、血管及心臟壁等)的相互作用而產生的機械振動。從產生原理來看,心音能夠反映心血管系統(tǒng)的生理及病理狀態(tài)。在心血管系統(tǒng)發(fā)生病變,尚不足以引起明顯病理特性時,心音常常首先表現出異常�；谘鲃恿Φ男囊舢a生模型,能夠作為一個仿真平臺,用于模擬正常生理狀態(tài)或某些病理狀態(tài)下的心音產生機制,為研究心音與血流動力的關系提供一種途徑,對研究相關心血管疾病的診斷有重要參考意義。本文進行了3項工作。 (1)提出了基于血流動力的第一心音和第二心音產生模型。首先建立心血管系統(tǒng)的電路仿真模型。模型包括心臟的4個腔室,體循環(huán)和肺循環(huán)中的動脈、毛細血管和靜脈,以及心率、心室收縮性和外周阻力的生理控制機制。將電路模型轉化為微分方程組,并利用有限差分法進行求解。根據仿真結果,得到主動脈瓣、肺動脈瓣、二尖瓣和三尖瓣的關閉時刻及瓣膜兩側的血壓差。定義了瓣膜相對關閉時間的4個參數,即二尖瓣與主動脈瓣關閉的時間差(TDMA, Timing Delay between Mitral and Aortic valve closure)、主動脈瓣與二尖瓣關閉的時間差(TDAM, Timing Delay between Aortic and Mitral valve closure)、主動脈瓣與肺動脈瓣關閉的時間差(TDAP, Timing Delay between Aortic and Pulmonary valve closure),二尖瓣與三尖瓣關閉的時間差(TDMT, Timing Delay between Mitral and Tricuspid valve closure)。研究了以上4個參數與相關血流動力的關系。將瓣膜看作彈簧振子,其振動為阻尼受迫振動。根據瓣膜兩側血壓差計算受迫力,并用Ramp函數擬合。求解瓣膜振動的解析表達式,進而合成心音信號。合成心音信號與實際采集信號的頻域與時頻域特征表現出高度的一致性。 (2)提出了第一心音和第二心音的分解方法。假設第二心音的A分量和P分量服從包絡調制的chirp信號模型,并用18個參數來表達。在最小均方誤差準則下,通過模擬退火算法為A分量和P分量估計出最優(yōu)參數,從而重構出A分量和P分量。提取了10位志愿者第二心音的A分量和P分量,證明了方法的有效性。假設第一心音由若干個高斯函數組成,每個高斯函數有3個參數,同樣利用模擬退火算法估計出最優(yōu)參數。用10位志愿者的第一心音進行了驗證,重構信號與原始信號的相關系數均在0.99以上。 (3)利用心音產生模型,分別仿真人體運動和自然呼吸時心血管系統(tǒng)的血流動力變化以及心音在以上生理過程中的變化規(guī)律。對人體運動的仿真結果顯示,在運動后的恢復期,主動脈收縮壓(SBP, Systolic Blood Pressure)逐漸降低,心率逐漸減慢,TDMA、 TDAM、TDAP三個參數與SBP有顯著的負相關性,而TDMT與SBP有較弱的負相關性；在運動恢復期,第一心音與第二心音的幅度逐漸降低。對自然呼吸的仿真結果顯示,吸氣時,體循環(huán)血壓降低,心率加快,TDMA顯著減小,TDAP顯著增大,TDMT變化不明顯；第一心音與第二心音幅度無顯著變化。為了驗證上述結果,采集了6位健康男性志愿者在對應狀態(tài)下的心音、心電、呼吸波和血壓生理信號,利用本文提出的心音分解方法對心音信號進行分析,實驗結果與仿真結果顯示較高的一致性。
【關鍵詞】：心音產生 心血管建模 血流動力學 心音分解 呼吸與心音
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R318.04
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.1.1 心臟聽診與心音10-11
• 1.1.2 心血管系統(tǒng)的血流動力模型11-12
• 1.1.3 研究意義12-13
• 1.2 本文研究方法及內容13
• 1.3 結構安排13-15
• 2 心血管系統(tǒng)與心音15-30
• 2.1 心血管系統(tǒng)構成15-18
• 2.1.1 心臟與瓣膜16-17
• 2.1.2 動脈、靜脈與毛細血管17
• 2.1.3 血液分布17-18
• 2.2 心血管系統(tǒng)動態(tài)循環(huán)18-24
• 2.2.1 心動周期18-20
• 2.2.2 血壓20-21
• 2.2.3 壓力容積關系21-22
• 2.2.4 呼吸對心血管系統(tǒng)的影響22-24
• 2.3 心電與心音24-27
• 2.3.1 心電24-25
• 2.3.2 心音25-27
• 2.3.3 聽診位置27
• 2.4 生理信號采集27-30
• 3 心血管系統(tǒng)建模30-46
• 3.1 心血管系統(tǒng)模型30-37
• 3.1.1 心室模型30
• 3.1.2 心房模型30-32
• 3.1.3 血管模型32-34
• 3.1.4 模型求解34-37
• 3.2 心臟各瓣膜關閉時間差定義37-38
• 3.3 模型的生理控制機制38-39
• 3.3.1 心率控制機制38
• 3.3.2 心室收縮性控制機制38-39
• 3.3.3 血管收縮性控制機制39
• 3.4 瓣膜振動模型及心音合成39-45
• 3.4.1 瓣膜振動模型39-40
• 3.4.2 Ramp函數40-41
• 3.4.3 差分方程求解41-42
• 3.4.4 心音合成42-45
• 3.5 本章小結45-46
• 4 心音信號分析與處理方法46-58
• 4.1 心音的頻域與時頻域分析46-48
• 4.2 心音信號降噪與定位48
• 4.3 第二心音A、P分量提取48-55
• 4.3.1 第二心音合成模型49-51
• 4.3.2 模擬退火算法51-52
• 4.3.3 A、P分量的提取52-55
• 4.4 第一心音的分解55-57
• 4.5 本章小結57-58
• 5 仿真58-70
• 5.1 運動后心音變化仿真58-64
• 5.1.1 仿真過程58-60
• 5.1.2 實驗驗證60-64
• 5.2 呼吸過程中心音變化仿真64-70
• 5.2.1 仿真過程64-67
• 5.2.2 實驗驗證67-70
• 結論70-72
• 參考文獻72-78
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況78-79
• 致謝79-80

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

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本文編號：695877