手指温度变化与心血管机能相互关系的实验与数值模拟

摘要

血管响应性测试被认为是预测心血管疾病的一种有效方法，其主要是通过观察血容量对动脉闭塞以及再灌注（充血）的响应情况来衡量的。由于组织温度直接受血流的影响，而指尖含有丰富的毛细血管网，因此可以通过监测指尖温度在血管响应性测试中的变化，间接地达剑监测血容量的目的。本文主要致力于使用红外热像仪对指尖温度进行无接触性的实时监测，并研究指尖温度变化与心血管功能之间的相互关系。
　　 文章主要工作内容和结论如下：
　　 1.提出使用红外热像仪对手部温度进行无接触性的实时监测，并设计出了实验方案和动态热图像的处理算法。实验结果表明，红外热像图像序列能够更准确地反映出指尖温度的变化。虽然各位被测者的实验结果各不相同，但是其反映出的指尖温度在血管响应性测试中各个阶段（稳定、动脉闭塞、充血）的趋势是一样的，反映出了共同的特性。与热电偶所测结果相比，通过红外热像仪能够很好地捕捉到指尖温度变化的全过程，有很好的应用意义。
　　 2.利用关于指尖温度变化与血流关系的集总参数模型对实验结果进行了分析和解释。模型计算结果表明：环境温度越低，指尖的热损失越大，从而温度回升值（TR)越小，并指出在进行VR测试时，环境温度最好维持在23℃以上；指尖的初始温度越低，其充血响应中所能观察到的TR值越大，但是，当环境温度较低时，指尖初始温度对实验结果的影响会减弱。
　　 3.发展了关于人体上肢血液循环的一维模型使之能够对血管闭塞情况下血压和血流的变化进行模拟，同时，将上肢血流模型与手指热模型相结合，初步模拟了上肢血流变化对指尖温度的影响。模拟结果与正常的生理学参考值基本相符和，能够较好地表达人体上肢的血流动力学特性。虽然该模拟方法目前只能描述指尖温度变化的趋势，而不能够对整个测试过程进行实时模拟，但是这一工作开创性地将上肢血流变化与指尖温度变化连结起来，为进一步的研究和开发人体健康监测装置奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究历史与现状

1.2.1 心血管参数监测技术的研究现状

1.2.2 心血管系统数学模拟的研究现状

1.3 本文研究目的及内容

1.4 论文结构安排

第2章 DTM技术及其实验方法和数据处理方法

2.1 手指热监测(DTM)技术的介绍

2.2 手指热监测(DTM)技术的实验方法

2.3 红外热图像的数据处理方法

2.3.1 手掌识别—阈值切割(Segmentation)

2.3.2 指尖和掌心的识别—数学形态学函数(Mathematical Morphology)

2.3.3 提取各目标区域的温度变化曲线

2.4 DTM实验结果分析

2.5 本章小结

第3章 利用集总参数模型研究血管响应性

3.1 集总参数模型的介绍

3.2 集总参数模型的计算结果与分析

3.3 本章小结

第4章 利用一维上肢血流模型研究血管响应性

4.1 上肢血液循环系统的形态学特征

4.2 一维上肢循环系统的血流动力学模型

4.2.1 一维弹性血管模型的控制方程

4.2.2 一维上肢血流模型的分支条件

4.2.3 血管狭窄模型

4.2.4 数值计算方法

4.2.5 一维上肢循环系统的血流动力学模型的结果与讨论

4.3 使用一维上肢血流模型对VR测试过程进行仿真

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表和录用的论文