基于血流动力学分析的无创动静脉瘘震颤测量方法研究

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动静脉瘘是透析患者的生命线,震颤是临床上普遍认可的监测瘘状态的生理指标,传统的瘘检测方法,如触诊、超声检查、血管造影等,存在不客观、需专业人员操作、有创等问题,且无法做到随身监测。但瘘的急性狭窄往往可能在患者睡眠时等不易察觉的情况下发生,因此研究一种能用于穿戴式的无创动静脉瘘震颤测量方法成为临床的迫切需求。本文通过血流动力学方法开展理论研究,建立一套系统的动静脉瘘仿真模型,替代传统的物理实验方式,计算得到震颤信号并进行分析,为动静脉瘘状态监测提供理论基础。然后设计了一套可穿戴式动静脉瘘震颤信号测量系统,搭载高灵敏性的微结构柔性电容式压力传感器实现无创、小型化、可穿戴式实时监测瘘震颤信号的目的。最后,在临床上检验提出的理论和装置,验证本文所提出的动静脉瘘震颤测量方法的有效性。本文完成的工作和取得的结论主要包括:(1)采用血流动力学分析的方法研究了动静脉瘘模型中皮肤表面的震颤信号及其特点。建立了包含血管和皮肤组织的动静脉瘘模型,通过仿真得到了动静脉瘘血流速度场和震颤信号。采用Burg算法对震颤信号进行分析,并与健康志愿者脉搏信号的功率谱密度结果进行比较,验证了仿真的准确性。通过仿真求解了震颤的压力信号,分析其特点,指导传感器的设计;(2)通过3D打印聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具的方法制造了传感器的微结构介质层,并基于柔性FPC技术设计了一款电容式压力传感器。同时对传感器的性能进行了测试,结果表明该传感器在震颤信号所在的压力区内有较高的灵敏度、较快的响应时间以及良好的循环稳定性。设计了一套基于柔性电容式压力传感器的动静脉瘘震颤测量系统,包括测量装置的硬件设计、软件设计和Android客户端程序设计。(3)对设计的震颤信号测量系统进行了测试和验证。首先进行了系统性能测试,装置可以连续运行超过24h,满足了全天候监测震颤信号的需求。其次通过仿真模型寻找验证的方式,将吻合口及其附近动脉段确认为震颤测量的首选位置。最后与福建省漳州市中医院合作,在五名透析患者身上采集临床数据进行验证,并将采集到的信号与健康志愿者腕部脉搏信号进行了对比。结果表明两种信号在波形上具有很大的区分度,在患者的采集波形中包含有平均幅值约为脉搏波幅值5.61%的震颤信号,且震颤信号在功率谱密度的高频部分也表现出了新的峰值点。实验表明本文所设计的测量系统能很好地测量出震颤信号,并具有小型、无创、功耗低、检测灵敏度高等优点,在可穿戴式无创动静脉瘘震颤测量中具有良好的应用前景和技术借鉴意义。
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