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随着我国经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高,心血管疾病的发病率正在逐年上升,已严重危害人民的身体健康,其发病率和死亡率已占各种疾病的首位。如果能在家中方便、快捷地检测个人的心血管健康状况,将大大降低此类疾病的发病率。
血管血流动力学参数是检测心血管健康状况的重要指标。目前国内外无创检测心血管血流动力学参数的主要方法有:超声心动图法、心阻抗法、螺旋CT、核医学、磁共振(MRI)等方法,以上提到的这些方法,存在着类似仪器体积庞大、操作复杂、价格昂贵、检测环境要求严格、不能随身携带等缺点,被检查者只能在专门的医疗场所、由专业的医疗人员进行检测,不适宜应用于家庭的日常的心血管功能监测和运动员日常训练中的实时心血管功能检测。
大量的研究发现脉搏波的传播特性与心血管系统中的许多生理参数变化密切相关。北京工业大学生命科学与生物工程学院自主研发的便携式心血管血流动力学无创检测系统,根据罗志昌教授等提出的脉搏波波形特征量K值得出的血流参数的计算公式,以及脉搏传感器所检测到的脉搏波波形,能检测到包括心输出量、心搏出量在内的十几项血流参数。但是当前系统仍存在着心输出量数学模型在不同压差区域里误差大和检测方式过于敏感的问题,导致检测的适用人群狭窄和操作要求高的结果。
心输出量是评估心血管功能的重要参数。长期以来,心输出量作为常规的心血管血流参数已被临床医生、药剂师和生理学家所接受。由于血液在人体内部血管中流动,要在人体外部无创伤地检测到其流量十分困难。因此,研究人员通常通过对脉搏波压力波形导出脉搏流量的方法计算心输出量,且随着研究的深入,计算模型需要不断被修正和完善。
本文的目的是对系统原有的心输出量数学模型进行分析,找出误差的原因,并通过增加相应的修正系数来计算心输出量。通过457例与超声心动检测的结果的对照,结果表明修正系数与脉搏波特征参数K、年龄、血压和心率有关,修正后的公式计算的229例心输出量和超声心动检测结果接近,没有统计学差异。在国内应用较多的无创检测方法主要是利用桡动脉压力传感器检测方式获取脉搏波,然而指端光电容积脉搏波血流传感器相对于压力传感器,稳定性和重复性更好,操作也更简单,非医务技术人员也可轻松操作。而其不足之处是,由于对容积脉搏血流信号的机理与信息特征研究得还不够充分,所以利用容积脉搏波分析确定心血管血流参数的方法没有广泛应用,但其简单易用的特点已引起人们更多关注。
通过分析457例容积脉搏血流信息特征及其生理机制,建立起容积脉搏血流和脉搏压力之间的相关联系,并以此对容积脉搏血流进行标定。基于容积脉搏波血流计算的部分血流参数通过和超声心动检测结果对照,结果表明,用指端容积脉搏血流方法同步检测的血流参数和超声心动检测血流参数的结果对比,差异没有统计学意义。表明应用指端容积脉搏血流方法检测心输出量及其他血流参数是可行的。
罗志昌教授等通过模型的理论分析、动物实验以及数千例不同年龄健康人和心血管疾病患者的临床检测,证实由心血管生理和病理上的变化将会引起脉搏波波图特征和面积的相应变化。而基于脉搏波波图面积变化的脉搏波波形特征量K,其变化能代表人体心血管系统中最为重要的一些生理参数如血管外周阻力、血管壁弹性和血液黏性等的变化。但是,单纯依据K值大小来判断此变化,过于简单。引入收缩期与舒张期分界点e,将脉图面积分为收缩期面积和舒张期面积两部分,提出脉搏波波形周期面积特征,特征参数包括收缩期面积特征量K1、舒张期面积特征量K2,特征比例K1/K2。通过采集桡动脉脉搏波信号,分析其波形周期面积特征与血流动力学参数的相关性。结果表明,波形周期面积特征与压差、年龄、部分血流动力学参数都具有相关关系。