休克的血流动力学代偿机制建模及非侵入式监测方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woaiyueyue1314
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休克是一种死亡率极高的急性疾病,实时监测病人的血压、循环血容量与失血量三种血流动力学指标,提前发现休克症状并干预可有效降低休克的发病率与死亡率。基于光电容积脉搏波(Photoplethysmography,PPG)的非侵入式血流动力学监测技术,因承载信息丰富且部署方便,在休克监测方面具有巨大潜力。实现基于PPG的血流动力学监测的关键在于精准解析机体血流动力学参数的动态,并明晰PPG与目标参数间的耦合机制。但现有基于PPG的血流动力学监测技术以健康人为蓝本,无法精准解析在休克状态下,因血流动力学代偿机制所造成机体血流动力学参数的动态变化,也难以反映代偿机制下PPG与目标参数间耦合机制,导致基于PPG的非侵入式休克监测难以实现。因此,急需开展对休克血流动力学代偿机制的建模研究。本文以实现基于PPG的非侵入式休克指标监测为目标,开展对休克血流动力学代偿机制建模的理论研究。通过建立休克的血流动力学分析模型,探究代偿机制下机体血流动力学参数动态过程的解析方法;基于该方法解析代偿机制下关键血流动力学参数,深入挖掘代偿机制下PPG与三种休克指标间的血流动力学耦合机制,以此提出基于PPG的非侵入式休克指标监测算法,并开展临床测试与动物实验以验证所提出的算法,解决了因休克代偿机制下血流动力学参数动态过程难以解析造成的基于PPG的非侵入式休克监测难以实现的难题。本文具体开展以下四部分工作:首先,开展休克血流动力学代偿机制建模研究。针对休克的血流动力学代偿机制开展理论研究,通过建模的方式分析休克代偿机制的生理过程,挖掘反映休克代偿机制的关键生理参数,探究基于该关键参数对机体血流动力学动态过程的解析方法,并给出该关键生理参数的非侵入式估算方法,实现了代偿机制下机体血流动力学动态的精准解析,为后续解析挖掘PPG与休克指标间的血流动力学耦合机制提供理论工具。其次,开展血管阻力代偿下的连续血压监测算法研究。针对休克时血管阻力代偿导致面向休克患者的非侵入式连续血压监测精度不足的问题,以提升血压监测精度为目标,解析休克代偿机制下血管阻力动态,融合PPG于动脉血管中的血流动力学动态过程,提出血管阻力代偿下基于PPG的连续血压监测算法,弥补了现有算法没有考虑阻力代偿的缺点。开展包括31名正常人、29名高血压患者与31名休克病人的临床测试进行算法验证,有效提升了连续血压监测的精度。再次,开展血管体积代偿下的低血容量状态监测研究。针对休克时受血管体积代偿导致机体低血容量状态监测灵敏度低的问题,以提升监测灵敏度为目标,通过融合血管体积代偿动态过程与PPG特征,精准解析休克时循环血容量的相对变化,进而建立基于PPG的低血容量状态监测模型,并开展包含59例样本的动物实验进行模型验证。在保证准确率的前提下,有效降低了模型的报警时间与假阳性率,实现了高灵敏度的低血容量状态监测。最后,开展消除血容量代偿的失血量监测算法研究。针对休克间期,血容量综合代偿引起的机体“复苏”导致失血量监测不准的问题。为消除机体“复苏”所带来的失血量监测误差,使用相干性特性判定休克间期,并解析休克间期机体“复苏”动态;融合动静脉失血时PPG血流动力学动态过程,提出基于PPG的失血量监测算法,并提出补偿血容量的概念以消除“复苏”带来的误差。开展动物实验验证,所提出的算法有效提升了在休克间期的失血量监测精度,实现了连续、高精度的非侵入式失血量监测。
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