任务状态下人体末梢低频振荡信号传播规律研究

发布时间：2020-07-27 17:26

【摘要】：低频振荡信号(0.01~0.15Hz)为血液动力学参数自发缓慢变化信号,其生理上的来源和成因尚未完全理解,该信号一般意义上在血液循环中可以作为生理标志物,反映血管生理信息。但是,单纯的静息状态下反映的生理信息较为有限,因此,利用开发的多通道近红外血氧仪对任务状态下人体数据进行采集,在数据分析的基础上,探索低频振荡信号在不同任务中在血管末梢中是如何传播的,这在临床诊断治疗上具有重大的意义。首先,针对任务状态下低频振荡信号数据采集和分析处理的问题,设计了一套任务状态下的实验方案,包括局部性与大脑活动影响较小的被动抬腿实验和全局性受大脑皮层控制下的主动节奏呼吸实验。在数据预处理的基础上,提出了一套完整的信号处理策略对数据进行分析,包括小波时频法、锁相位同步法、相关系数法等方法,并在静息状态的实验中得到了证实。其次,基于被动抬腿所引发心血管调节机理的分析结果,探究了局部性被动抬腿所引发低频振荡信号的传播特性和规律。采用小波时频法,分析了各个时段各个频率信号变化情况;采用时域和频域相关分析法,分别计算整体低频信号和引发周期信号到达各个末梢的时间差异。最后,基于主动节奏呼吸所引发心血管调节机理的分析结果,探究了全局性主动节奏呼吸所引发低频振荡信号的传播特性和规律。采用误差较小的锁相位同步法,对静息状态、被动抬腿、主动节奏呼吸三种状态下末梢低频振荡信号同步性进行计算。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318;TN911.6
【图文】：

近红外,多通道,实物

据分析的方法。梢 LFO 信号采集实验验在前面研究的基础上，在人体完全放松的静息状态下验证。而任务状态下的实验，则主要探究 LFO 信号在外部压力下局部任务下的被动抬腿实验和全局任务下的主动节奏呼吸态下的 LFO 传播特征进行对比，探究在任务激励下的 LFO仪器与工作原理步从人体末梢中记录血液动力参数信号，就需要至少一个末高端近红外光谱测量设备。为了能进一步探究氧合血红蛋发了一款价格低廉，可携带的多通道近红外设备[31]。这款临床试验结果良好等优点于一身。该设备在进行测量过程度、全带宽的测量不同末梢的近红外光谱信号，设备如图 2

结构图,多通道,工作原理,结构图

低功耗模式之间来回自动切换，这也降低了消耗。该系统的结构框图如图 2-2 所示，蓝色代表第一次循环，绿色代表第二次循环虚线框内为设备内工作环境。首先，由发光二极管发出波长为 660nm 的红光和 920n的近红外光，MSP430 控制 LED 工作模式，每隔 2ms 切换一次，即每秒钟 30 次。在穿透人体组织后，透射光被光源探测器接收，然后通过光电二极管实现光电转化，根据修正 Beer-lambert 定律(具体原理在本章有详细介绍)，转化为氧合血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度。一阶放大器放大的输出包括两部分，即直流部分和交流部分，其中直流部分是人体氧含量较少组织的透射结果，这部分信号与入射光信号强度成正比；交流部分相对较小，是穿过动脉细胞的透射部分外加 50/60Hz 外部环境光调制而成的，也是要提取和放大的信号。二阶放大器采用的是互阻抗放大器，在两次放大以后，经过模数转换器成为数字信号，需要滤除掉功率较大的直流信号。但是这部分交流信号幅度太小，还需要转换成模拟信号进行再一次放大。由于多次放大的原因，交流部分会产生偏移，这个时候还要通过一个带通滤波器消除偏移和噪声。

实验器材,数据采集,环境,情况

2 1 1 2Hb HbO Hb HbOr ( )2 1 1 21 2 2 1HbO 1 HbO2Hb HbO Hb HbOA DPF A DPFHbr ( / ( )) ( / ( ))[ ]( )(2-9)2.1.2 实验过程与 HbO 数据获取本次实验是在美国麦克莱恩医院(McLeanHospital)进行的，该医院的机构审查委员会通过了实验请求，并且在事先都得到了受试者的许可。实验人数共有 25 人，13男 12 女，年龄在 21~57 岁之间，平均年龄为 36±10 岁。除了 2 号受试者有轻微的高血压以外，其他受试者均健康状况良好。实验中同时测量 25 人六个末梢区域低频振荡信号，将 Nellcor 的 D-YS 血氧探头夹在耳垂处，DS-100A 血氧探头夹在食指和大脚趾，具体摆放情况如图 2-3a)所示。实验地点是在一个光线昏暗的屋内进行，室内温度 25℃、相对湿度 30-40%、气压 100 kPa，要求所有被测试者安静的放松的平躺在床上，尽量避免外界的干扰，实验环境如图 2-3b)所示。

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