无创检测血流动力学参数的方法研究及系统实现

发布时间：2017-10-10 23:26

  本文关键词：无创检测血流动力学参数的方法研究及系统实现

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【摘要】：血流动力学是分析血液在心脑血管系统中流动规律的科学,根据各动脉血管所处的力学环境,确定血流量与血压、流速的对应关系,解释心脑血管疾病的成因,评估血流系统功能。研究血流动力学不仅有利于理解血液循环系统流动、物质交换与能量传递之间的基本规律,还可以为保障人类健康、预防和治疗重大疾病提供新概念、新理论、新方法和新技术。血流动力学参数的测定是临床上分析心血管疾病的重要指标。从病理的角度来看,心血管疾病呈现高度的病灶性,病灶部位具有危险的血流动力学特性,血流动力学是血管重塑的关键因素;从治疗角度来看,血管手术或介入治疗改变了局部血流特性,手术的成功与长期有效性依赖术后形成的血流动力学系统。通过分析病人的血流动力学特征,有针对性的规划手术方案,对心血管系统进行优化,并为术后的持续有效性提供保障。血流动力学涉及的参数众多,对应的测量手段也各不相同。在临床上,传统的血流动力学参数检测的方法大多存在着有创、不连续等问题,实时监测的设备也主要依赖进口,价格昂贵。本文针对目前血流动力学参数检测方法的不足,提出了一种指示剂光密度测量法,该方法将传统的指示剂稀释法与近红外光谱技术相结合,可同时实现多个血流动力学参数的无创测量。传统的指示剂稀释法是通过体外注射一种名为吲哚氰绿的色素指示剂,通过定时采血测量其血液含量并依照循环规律绘制其在血流系统中的排泄曲线,从而计算血流动力学参数。本文以此为基础,利用660纳米、735纳米、805纳米、940纳米四波长的光源对指端皮肤进行照射并采集透射光信号,由于血液中的血红蛋白和指示剂对这四种光存在不同的吸收作用,同时脉搏搏动也会导致透射光信号按脉搏周期变化,因此透射光是携带指示剂浓度信息的脉搏波信号,根据上位机软件对该信号的分析计算,即可计算出脉率、血氧饱和度的值以及吲哚氰绿的浓度变化情况,通过建立指示剂在血液系统中的循环与排泄模型,最终可获得心排出量与有效循环血容量两项重要的血流动力学参数。检测系统由四波长脉搏光密度采样平台和动态参数检测软件两部分组成,脉搏光密度采样平台分时驱动指夹式光电传感器发射并接收指端透射光信号,经光电信号转换后上传至计算机;上位机参数检测软件作为系统的控制中心,由.NET平台下的C#语言设计程序,调用由MATLAB设计并生成的数据处理函数接口,同时连接My SQL数据库对病人信息进行后台管理,实现了血流动力学参数的无创动态检测与参数管理。通过系统功能测试和临床对比测试对系统的功能和效果进行验证。系统功能测试的结果表明,检测系统可以稳定的实现上下位机通信、脉搏波特征分量提取、血流动力学参数计算、病人信息管理及操作界面控制与显示等功能;临床对比测试通过将检测系统的检测结果与临床认可的检测仪器或方法对比,验证了系统对于血氧饱和度、脉率、心排出量和有效循环血容量四项血流动力学参数的测量准确性。
【关键词】：血流动力学 指示剂光密度 心排出量 有效循环血容量 C# MATLAB
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R446.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外发展现状及研究意义11-14
• 1.3 论文研究内容与结构安排14-15
• 第2章 指示剂光密度测量法原理15-22
• 2.1 基于Lambert-Beer定律的人体血液透光模型15-16
• 2.2 血红蛋白与吲哚氰绿的光谱学特性研究16-19
• 2.3 优化的三波长指端光密度模型19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 血流动力学参数计算算法研究22-31
• 3.1 脉搏波特征分量的提取及脉率的计算22-25
• 3.2 血氧饱和度的计算25-26
• 3.3 心排出量与有效循环血容量的计算26-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 血流动力学参数检测系统的设计与实现31-47
• 4.1 脉搏光密度采样平台31-33
• 4.2 血流动力学参数检测系统软件架构33-36
• 4.2.1 .NET Framework与C#语言33-34
• 4.2.2 MySQL数据库34-35
• 4.2.3 Visual C#语言与MATLAB混合编程35-36
• 4.3 主要功能模块设计与实现36-46
• 4.3.1 串口通信模块38-39
• 4.3.2 数据处理模块39-42
• 4.3.3 文件管理模块42-44
• 4.3.4 数据库模块44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 系统功能测试与临床对比测试47-55
• 5.1 测试方案47
• 5.2 系统功能测试47-51
• 5.3 临床对比测试51-54
• 5.3.1 脉率、血氧饱和度测试51-52
• 5.3.2 心排出量测试52-53
• 5.3.3 有效循环血容量测试53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 参考文献57-61
• 作者科研成果介绍61-62
• 致谢62

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