基于多端口网络转移阻抗的肺功能参数测量与状态评估

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随着工业化水平不断提高,呼吸系统疾病患者数量逐年增加,准确测量肺功能参数是实现患者病理诊断和状态评估的主要手段。当前生物阻抗法已在肺功能检测领域得到了应用,但现有的阻抗测量方法模式单一,算法结构简单,计算得出的肺功能参数误差较大;阻抗成像技术尚存在图像分辨率低、抗干扰能力弱、动态成像困难等不足。在此,建立了人体胸腔多端口网络模型,提出了基于转移阻抗互校正的肺功能参数计算模型,设计了肺功能参数检测系统,进行了函数系数修正,并完成了临床试验,实现了肺功能参数的准确测量和肺功能状态的正确评估。论文的主要研究内容如下:(1)建立人体胸腔的精细化仿真模型,根据仿真计算结果对其进行二维简化,由此搭建胸腔的多端口网络模型,求解网络节点方程,推导不同端口转移阻抗间的数学关系,并得出综合转移阻抗的计算表达式。此外,采用遍历法确定了电极的安放位置,进而通过描记法得出综合转移阻抗与肺功能参数之间的函数关系;(2)设计并制作了肺功能参数检测系统。系统硬件通过开关阵列模块切换测量通道,实现转移阻抗的测量和传输,并进行了同步测量试验,获取不同类型肺通气功能受试者的综合转移阻抗和肺功能参数;开发了能够实现肺功能参数计算和状态评估的上位机软件,同时,具备实时通信、波形显示、报告打印、数据存储以及人机交互等功能;(3)分析与肺功能参数相关的个体因素,据此建立高阶参数矩阵,对肺功能参数函数表达式的系数进行修正,获得了肺功能参数计算方法。对30名受试者进行试验验证,实测数据表明本方法的计算结果与参考标准值间一致性良好,二者相对误差小,最大相对误差为5.71%;(4)进行了肺通气功能正常者和各种肺通气功能障碍患者的临床试验,得到如下结论:肺功能参数检测系统对受试者的肺通气功能、肺通气障碍患者疾病类型、支气管药物试验阳性患者气道高反应性以及气道受阻可逆性的诊断结果与医生的诊断结果一致率均在90%以上。此外,同步测量试验发现肺通气功能正常者、COPD以及肺纤维化患者三类受试者的阻抗和呼吸曲线的峰峰值与相位差不同,此特征差异能够为医生提供诊断依据。
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