无袖带连续血压的估计方法及应用研究
发布时间：2020-05-07 09:39
【摘要】：最新研究表明,除血压的高低水平外,血压的动态变化也是心脑血管疾病非常重要的风险因子。基于脉搏波传输时间法的连续血压估计方法,无需袖带,能实现在不干扰人们正常生活的情况下随时随地的测量血压,不仅能提供血压的绝对值水平,还能提供血压的动态分析,在家庭医疗保健服务中具有广阔的应用前景。该方法目前通过从心电和脉搏波计算脉搏波传输时间,间接估计血压。然而,受血管弹性等因素的影响,估计精度不高。脉搏波的形态能反应一定的血管弹性信息,近年来,越来越多的研究考虑将更多的脉搏波特征等能反应血管弹性的指标作为协变量,纳入连续血压估计模型,以减少血管弹性变化对血压估计精度的影响。尽管如此,目前用到的脉搏波特征信息还不足以解释脉搏波形态和血压之间的对应关系,使得无袖带连续血压估计的精度不高,很难达到应用需求。因此,针对目前无袖带连续血压受血管弹性等因素影响,精度不高的问题,本课题分析流体动力学和血管弹性对脉搏波形态的影响,从原始脉搏波信号、一阶导脉搏波信号、二阶导脉搏波信号中提出了一系列的多阶多元脉搏波新特征以改善血压估计的精度。具体地,外周观测到的脉搏波是正向波和反射波的结合,其形态由上升支和下降支组成。血液向前流动的动力(心输出量)和血管对血流的阻力(总外周阻力)影响了血流在血管里传播的速度,进而影响到达外周的脉搏波上升和下降的速度,从而影响了脉搏波上升支和下降支的幅度差、斜率以及曲线下面积等特征。因此,脉搏波的这些特征不仅与外周动脉有关,还与心输出量有关,这也是决定血压值的两个因素,在血压估计模型中纳入这些特征有望改善血压估计的精度。此外,随着年龄增大,血管硬化,加大了反射波的幅度,增加了收缩压,从而使脉搏波看起来更尖更窄,因此,分析脉搏波上升支与下降支的时间间隔等特征也可反应血管弹性变化对血压的影响。另外,经实验数据分析,我们还发现了一些与血压存在较大相关性的其它脉搏波新特征。而后,利用这些新提出脉搏波新特征结合以往研究中使用的特征,我们提出了一种基于多阶多元脉搏波特征的连续血压估计方法。脉搏波记录经过预处理进行去噪,信号质量评估以剔除干扰太大的噪声段后,从原始脉搏波信号、一阶导脉搏波信号、二阶导脉搏波信号中提取65个脉搏波特征(其中,45个为本课题提出的新特征,20为以往研究定义的特征);然后,利用过滤式(Filter)和包装器(Wrapper)相结合的机器学习方法,从所有的脉搏波特征中选择一个针对个体的紧凑的最优特征子集。最后,通过最小二乘线性回归模型,根据所选择的最优特征子集,构建个性化的血压估计模型。为了验证本课题所提出的脉搏波新特征对提高血压估计精度的有效性,我们分别利用正常人的数据和重症监护室患者的数据对其有效性进行了验证和评估。首先,利用正常人的数据验证其中19个基于流体动力学分析的脉搏波新特征对提高血压估计精度的有效性。招募健康受试者22例,参与脉搏波、心电、参考连续血压波的采集。实验设计了两项任务(心算任务和瓦尔萨尔瓦呼吸调节实验)来诱导血压产生大范围的波动以模拟生活中影响血压波动的两大因素(精神紧张、呼吸的改变)。本课题对比分析了仅利用单个脉搏波特征(无需心电用于计算脉搏波传输时间)进行连续血压估计的性能;以及利用脉搏波传输时间结合单个脉搏波特征(需要同时测量脉搏波与心电)进行血压估计的性能。结果表明,对于仅利用单个脉搏波特征进行血压估计,本课题最好特征的血压估计误差与以往研究最好特征的血压估计误差相比,可以使收缩压误差下降0.31±0.08mmHg,舒张压误差下降0.33±0.01 mmHg。对于利用脉搏波传输时间结合单个脉搏波特征进行血压估计,本课题最好特征的血压估计误差与以往研究最好特征的血压估计误差相比,可以使收缩压误差下降0.81±0.95 mmHg,舒张压误差下降0.75±0.54 mmHg。可见,本课题基于流体动力学分析提出的19个脉搏波新特征有望提高无袖带连续血压估计的精度。而后,利用重症监护室患者的数据进一步评估基于多阶多元脉搏波特征的连续血压估计方法的精度。利用109例重症监护室患者的脉搏波记录、心电和参考连续血压,评估该方法的估计精度,并与最近报道的两个研究做对比。结果表明,仅利用脉搏波特征集(无需心电用于计算脉搏波传输时间)进行血压估计,我们的方法可以使收缩压估计误差从5.91±7.51mmHg,5.77±7.39mmHg 降到 4.59±6.00mmHg;舒张压误差从 3.03±3.96mmHg,2.99±3.91Hg降到2.47±3.30mmHg。利用脉搏波传输时间结合脉搏波特征集(需要同时测量脉搏波与心电)进行血压估计,我们的方法可以使收缩压估计误差从5.50±7.02mmHg,5.25±6.74mmHg 降到 4.43+5.83mmHg;舒张压误差从2.90±3.80mmHg,2.82±3.70mmHg 降到 2.44±3.28mmHg。可见,利用本课题的特征集可以大大提高血压的估计精度。值得注意的是,随着更多脉搏波的纳入,仅利用脉搏波特征(无脉搏波传输时间)进行血压估计都能得到较高的血压估计精度。对特征的重要性和稳定性进行评估也发现,本课题提出的有些特征具有较高的重要性和稳定性。另外,在实际应用中,脉搏波信号很容易被不同的干扰所破坏。有时,常用的滤波方法很难消除噪声。为此,我们提出了一种基于脉搏波特征的滤波方法来识别去除异常噪声段。首先从脉搏波波形计算每个心动周期的短时能量、上升支强度差、下降支强度差、上升支时间差、下降支时间差五个特征指标。然后分别用中值滤波得到五个指标的中值线。在每个指标的中值线周围根据信号和噪声的分布设置一个可接受的自适应阈值范围,用于检查每个心动周期的脉搏波信号质量。对于每个心动周期,当其五个特征指标中的一个或多个超过可接受范围时,将此段数据视为质量太差,直接丢弃,不予进一步分析。利用该方法,可以有效地自动从脉搏波记录中识别出异常噪声段。并且,本课题还对特定应激条件下(冷加压)的血压变异性指标/心率变异性指标与动脉硬化的关系进行了研究,以探讨连续血压测量的临床应用。通过对85个青年受试者的脉搏波传导速度(衡量动脉硬化)和冷加压前中后的血压变异性/心率变异性进行相关性分析,结果表明,在冷刺激阶段,舒张压变异性的平均实际变异指标(DBPV_ARV,r=0.25,P0.05)、舒张压变异性的连续变异性指标(DBPV_SV,r=0.22,P0.042)、心率变异性的标准差指标(HRV_SDNN,r=0.24,P0.05)、心率变异性的连续变异性指标(HRV_rMSSD,r=0.23,P0.05)均和脉搏波传导速度存在相关性。这说明动脉硬化程度会影响冷刺激条件下的心血管自主神经的调节功能(可用血压变异性指标、心率变异性指标衡量),动脉硬化程度越高,脉搏波传导速度越大,冷刺激对血压变异性指标、心率变异性指标的影响越大。因此,可通过血压变异性指标、心率变异性指标对外界刺激的响应来间接评估或动脉硬化水平,可为评估动脉硬化提供另外一种简便的间接测量方式,对心血管疾病的预测具有重要的作用。综上,本课题开展无袖带连续血压的估计方法及应用研究,对心血管疾病的预防、诊断和预后具有重要意义,在可移动健康领域和家庭医疗保健服务中具有广阔的应用前景。
【图文】：
同样的距离，脉搏波传输时间越短，因此，脉搏波传输时间通常与血逡逑ＩＳ呈反比关系，通过从心电和脉搏波计算脉搏波传输时间（ＰＴＴ，ｐｕｌｓｅ邋ｔｒａｎｓｉｔ邋ｔｉｍｅ），逡逑可以间接估计血．藤《裉据Ｍｏｅ．ｎｓ－Ｋｏｒｔｅｗｅ．ｇ方程（如图１．４所示），动脉感的厚．度：，逡逑舒张末期动脉的半径，动脉壁横向膨胀的弹性模量、血液密度等影响血管弹性的逡逑因素都会对脉搏波传输时间－－血压的映射关系方程产生影响＆动脉的半径、动脉逡逑壁横向膨胀的弹性模量等因素受平滑肌张力的影响，会随着外界生理条件的变化逡逑（如血管收缩力、周围血管舒张、血管迷走神经性晕厥、低血容量、败血症、运动、逡逑药理学扰动和精神压力）产生波动。血液的密度，动脉壁的厚度也会随着年龄的逡逑X棾ぃ鲇不慕谭⑸谋洹Ｓ捎谘艿越夏淹ü虮愕姆绞街苯硬饬浚义弦虼耍壳俺Ｓ玫难构兰颇Ｐ屯ǔ＜偕柩苁且桓康怨埽偕杷牡允清义喜槐涞模玫铰鰅懖ù涫奔溆胙沟挠成涔叵捣匠蹋导噬涎艿牡允撬驽义先颂迳硖跫欢媳浠
本文编号：2652787
【图文】：
同样的距离，脉搏波传输时间越短，因此，脉搏波传输时间通常与血逡逑ＩＳ呈反比关系，通过从心电和脉搏波计算脉搏波传输时间（ＰＴＴ，ｐｕｌｓｅ邋ｔｒａｎｓｉｔ邋ｔｉｍｅ），逡逑可以间接估计血．藤《裉据Ｍｏｅ．ｎｓ－Ｋｏｒｔｅｗｅ．ｇ方程（如图１．４所示），动脉感的厚．度：，逡逑舒张末期动脉的半径，动脉壁横向膨胀的弹性模量、血液密度等影响血管弹性的逡逑因素都会对脉搏波传输时间－－血压的映射关系方程产生影响＆动脉的半径、动脉逡逑壁横向膨胀的弹性模量等因素受平滑肌张力的影响，会随着外界生理条件的变化逡逑（如血管收缩力、周围血管舒张、血管迷走神经性晕厥、低血容量、败血症、运动、逡逑药理学扰动和精神压力）产生波动。血液的密度，动脉壁的厚度也会随着年龄的逡逑X棾ぃ鲇不慕谭⑸谋洹Ｓ捎谘艿越夏淹ü虮愕姆绞街苯硬饬浚义弦虼耍壳俺Ｓ玫难构兰颇Ｐ屯ǔ＜偕柩苁且桓康怨埽偕杷牡允清义喜槐涞模玫铰鰅懖ù涫奔溆胙沟挠成涔叵捣匠蹋导噬涎艿牡允撬驽义先颂迳硖跫欢媳浠
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