基于光电容积脉搏波的亚临床动脉弹性功能研究

摘要

心脑血管疾病是严重威胁人类健康的重大疾病。严重的心脑血管事件，包括心肌梗塞、脑卒中、间歇性跛行、血管性痴呆一旦发生，即使治疗也不可逆转，而进行早期预防和治疗则可以避免这些严重的致死致残的心脑血管事件的发生。动脉是心脑血管疾病的主要靶器官，以动脉硬化和动脉粥样硬化为代表的早期动脉结构和功能病变是完全在隐袭中发生发展的，是一种无临床症状和后果的亚临床(subclinical)进程，仅仅表现为动脉弹性的减退，且动脉弹性功能改变要早于血管腔结构的明显改变。因此，研究亚临床动脉弹性功能对心脑血管疾病的预防具有重要的意义。 本论文基于光电容积脉搏波研究了亚临床状态的动脉弹性功能检测和危险评价方法，主要包括以下几个部分的内容： 1)研制了动脉弹性功能的检测平台，包括双通道光电容积脉搏描记模块和可以进行血压测量的动脉加压模块。基于小波分析和3σ域值选取法进行了容积脉搏波的滤波。基于补偿法削弱了呼吸等因素引起的基线漂移对时域指标测量的影响。结合示波法和容积脉搏波分析了平均压、舒张压和收缩压的测量方法。 2)对容积脉搏波进行了时域特征和频域特征的分析和提取。详细分析了容积脉搏波时域特征点的检测方法，并动态检测了与大动脉僵硬度相关的动脉硬度系数SI(stiffness index)、手指一脚趾脉搏波速度FtPWV(finger-toe pulse wave velocity)、与小动脉顺应性相关的反射系数Rl(reflection index)。从频域分析中得出了一个新的表征动脉弹性功能的整体指标，8～12Hz次高频成分衰减速度Kf。 3)提出了一种新的动脉弹性动态检测方法。通过对肱动脉近似线性加压，动态地检测归一化脉搏波传递时间来评估肱动脉顺应性随透壁压的变化，从而得到不需要血压校正的外周中动脉弹性指标NPTT，该方法对于亚临床人群中动脉弹性功能减退具有更高的分辨能力。 4)基于对肱动脉加压阻断一定时间产生血流介导的内皮依赖性舒张的原理，通过光电容积脉搏波研究了动脉内皮功能的检测方法，该方法能够分辨血压升高造成的动脉内皮功能损害。 5)基于多指标检测和粗糙集理论探讨了亚临床动脉弹性功能的分级方法，初步进行了亚临床危险程度分级指标体系建立的研究，发现内皮功能障碍指标RH(reactivehyperaemia)是评价亚临床动脉病变是否存在的早期指标，Kf和RH是亚临床弹性功能的中期评价指标，SI可以作为亚临床动脉弹性功能独立的晚期评价指标。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:英文缩写一览表

声明

第一章 绪论

1.1亚临床动脉弹性功能的研究意义

1.2亚临床动脉弹性功能的研究现状

1.3本论文拟解决的主要问题

1.3.1静态检测方法存在的问题

1.3.2亚临床人群危险程度分级的指标体系的建立

1.3.3检测平台的问题

1.4本论文的主要内容

第二章 实验平台设计

2.1实验平台的总体设计

2.2容积脉搏波的光电采集技术

2.3容积脉搏波的采集电路

2.3.1光电传感器介绍

2.3.2稳流驱动电路的设计

2.3.3 光电转换及前级滤波放大电路的设计

2.3.4第二级滤波放大电路

2.3.5第三级滤波电路

2.3.6后级放大及电平抬升电路

2.3.7 PPG信号直流成分电路

2.4指端容积脉搏波信号的预处理

2.4.1基于小波分析的高频噪声处理

2.4.2基线的处理

2.5动脉加压模块的硬件设计

2.5.1压力传感器与初级放大电路

2.5.2振荡波信号的提取电路

2.5.3袖套内静压力信号的提取电路

2.6本章总结

第三章 容积脉搏波特征提取与动脉弹性功能指标研究

3.1指端容积脉搏波的形成

3.2 正常人指端光电容积脉搏波的波形特征

3.3指端容积脉搏波的时域特征提取

3.3.1容积脉搏波起点的提取

3.3.2反射波的提取

3.4基于容积脉搏波的动脉弹性功能时域指标

3.4.1动脉硬度系数和反射系数

3.4.2 时域指标的动态检测

3.5基于指端容积脉搏波的动脉弹性功能频域指标

3.5.1非参数化功率谱密度估计

3.5.2容积脉搏波的功率谱特征

3.5.3基于功率谱分析的动脉弹性功能指标

3.6实验

3.6.1对象与方法

3.6.2结果与分析

3.7本章总结

第四章动脉加压中动脉弹性功能动态检测研究

4.1理论分析

4.2归一化脉搏波传递时间的测量

4.3基于缓慢加压的示波法血压测量

4.4检测软件的设计

4.5实验

4.5.1对象与方法

4.5.2结果与分析

4.6本章总结

第五章 内皮功能障碍检测

5.1正常的内皮功能

5.2内皮功能障碍与心血管疾病

5.3基于光电容积脉搏波的内皮功能障碍检测方法

5.4软件设计

5.5实验

5.5.1对象与方法

5.5.2结果与分析

5.6本章结论

第六章动脉亚临床病变危险综合评价研究

6.1综合评价的必要性与方法

6.2粗糙集理论及方法

6.2.1粗糙集理论的基本概念

6.2.2知识表达系统

6.2.3数据约简

6.3基于粗糙集理论的亚临床危险综合评价

6.3.1数据的获取与预处理

6.3.2特征决策表

6.4本章总结

第七章全文总结及研究展望

7.1本文的主要工作与创新点

7.2展望

致 谢

参考文献

文献综述:人体动脉硬度测量方法与仪器研究进展

在读期间发表的文章

英文论著:Pulse Wave Segmentation and Pulse Wave Velocity Evaluation from Double Channel Photoplethysmogram