维持性血液透析是终末期肾病患者的替代治疗方法,一旦使用就会是一个长期的、不间断的、周期进行的过程,除非获得配型成功的移植肾源,为此,常被比喻为透析患者“生命线”的血管通路,需要进行良好的日常维护以备反复使用。作为一个病理性的“生理”结构,血管通路受血流动力学环境的持续作用,会因内壁(膜)增生而发生狭窄,从而导致血供不足甚至栓塞,因此需要对其进行连续监测。临床上,影像学检查方法是血管通路狭窄的确诊手段,而听诊、触诊等物理检查方法因其无创、高效、方便等原因,是常规检查(筛查)方法,也是血管通路相关医护人员必须掌握的基本技能。即使专业医护人员也需要通过系统培训才能进行物理检查并得到特定的判断(比如狭窄),更况论知识、经验受限的患者(医院通常会通过培训患者,进行一周至少两次的居家检查)了。因此,将血管通路的听诊、触诊等物理检查方法“客观化”、“数字化”有现实意义。综上,本研究提出了一种血管通路狭窄的声学检测方法及其数字化的系统实现。论文的主要工作如下:1)血管通路的数学建模。对与血管通路相关的血流动力学基础知识进行了梳理,在此基础上,使用集总参数的建模方法建立了手臂上的从动脉、内瘘(血管通路)、手掌外周毛细血管及回流静脉的弹性腔模型,利用流体和电学理论的相似性,分别用电容、电感和电阻代表顺应性、惯性和阻力,建立了血管通路的等效电路参数模型,并着重讨论了与声学信号强相关的血流量、血压等主要参数,使血管通路中主要参数的变化机理更直观和易于处理。2)物理仿真装置设计与实现。为了提取与狭窄相关的血管通路的声学特征,将狭窄作为主控制变量是必然的,然而一方面患者的其他血流动力学参数存在个体差异,另一方面仅靠临床实测方法提取与狭窄强相关的特征需要长时间、大量地采集数据,成本很高。为此,基于上文所述的电路参数模型理论,本文搭建了模拟临床实测血管通路血流动力学环境的物理仿真装置,用于凸显与狭窄相关的声学信号特征和方便获得狭窄数据。设计了物理仿真装置的各个组成单元,并完成元器件选型和系统搭建。实验结果表明物理仿真装置中所模拟的各血流动力学参数与相应的临床对象一致,误差不超过5%,可以用来仿真真实的血管通路。3)声学检测方法研究。方法包括去噪与分割、特征提取和分类三个步骤。血管通路声学信号带有噪声且呈非平稳性,为此本文采用基于A加权滤波和高斯平滑的方法进行声学信号预处理。通过多信号分类(MUSIC)谱估计提取狭窄相关的声学信号的频域特征,发现该方法能有效分辨高频、低幅度的频率成分,特别是发现在820Hz附近(820±70Hz)的MUSIC谱频率峰值与狭窄强相关。通过使用支持向量机(SVM)二分类方法,最终在19例临床实测数据上的获得84.2%的检测准确率,相较于自回归(AR)参数模型、小波变换等方法,分类准确率提高了4%。4)电子听诊器硬件系统设计。同时,本研究设计并制作了一个用于获取血管通路声学信号的电子听诊器硬件系统,并和本文提出的狭窄检测方法一起进行了软硬件联合实验验证,为整个系统的进一步实用开发提供了指导。