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利用脉搏波无创连续检测血压的实验研究

第四军医大学

硕士学位论文

利用脉搏波无创连续检测血压的实验研究

姓名:汤池

申请学位级别:硕士

专业:生物医学工程

指导教师:杨国胜

20050501

y727210

蘩健性磨嚼

秉承学校严谨的学风与优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是莪个人在导师指导下进行的研究工作及取得的砩究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢韵地方9},论文中不包含其他八已经发表或撰写过的研究成果,不包含本人或他^已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。

申请学位论文与资料若有不实之处,本^承担一切相关责任。

论文作者姆:鱼堕吼竺:兰保护艇谖声撩声孵

本人完全了解第四军医大学有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属第四军医大学。本^保证毕业离较后,发表论文或使用论文T作成果时署名单位仍然为第四军医大学。学校可以公布论文的全部或部分内容(含电子版,保密内容除外),可以采用影印,缩印或其他复制手段保存论文。学校有权允许论文被查阅和借阋,并在校园网上提供论文内容的浏览和下载服务。

论文作者签名导师鞯巡日;9l=竺竺生

篁型垩垦查堂堡主兰垡堡塞

缩略语表

缩略语英文全称

PWBP

SP

DPMAPPWVPWTTECGPPG

R。

Ach

Pulsewave

Bloodpressure

SystolicPressure

DiastolicPressure

MeanArterialPressure

PulseWaveVelocity

PulseWaveTransmitTiine

Electrocardiogram

Pulse0pticalPlethysmogram

Correlationcoe衔cient

Coefficientofdetermination

Acety’lcholine

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中文全称

脉搏波

血压

收缩压

舒张压

平均动脉压

脉搏波速

脉搏波传导时间

心电图

光电体积描记图

相关系数

决定系数

乙酰胆碱

第四军医,k学硕十学位沧文

利用脉搏波无创连续检测血压的实验研究

硕士研究生:汤池

导师:杨国胜教授

第四军医大学生物医学工程系,两安710032

中文摘要

血压测量是医学上最常见的检查方法,目前临床上多采用柯氏音等间歇血压测量法。这些方法只能测得被测者某一特定时刻的血压值,一般只有收缩压和舒张压两个值,因此无法连续监测每搏血压变化。连续式测量法是在某一时段内连续地测量血压,它能够检测每搏血压及连续的动脉压波形,为临床诊断与治疗提供了更加充分的依据,特别是在临床监护以及特殊情况下观察血压连续变化方面具有重要的实际意义。

国外从20世纪60年代开始出现以动脉张力法为基础的无创连续血压测量方法,70年代以后又出现了容积补偿法。目前产品化的无创连续血压测量仪器多采用这两种方法设计而成,但是它们都没有摆脱气囊对人体的束缚,在测量过程中会给被测者带来不适因而不适于长时间的连续监测。80年代以后出现了利用脉搏波传播速度(PWV)间接连续测量血压的方法,摆脱了气囊对人体的束缚,但是容易受人体心血管系统的物理特性等因素的影响。

利用脉搏波特征参数测量血压是一种新兴的方法,其理论依据是脉

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第四军医大学硕士学位论文

搏波的波形幅度和形态包含了心脏和心血管系统的许多重要生理信息。采用这种方法设计的测量系统彻底摆脱了气囊对血压测量的束缚,能够连续测得每搏血压值,并可长时间监测血压波形的变化。一些学者在这方面作了一定的工作,但是未见采用动脉插管法(国际上血压测量金标准)作为对照标准的研究报道。本课题选择动脉插管法测得的血压值作为依据,旨在更准确地分析血压与脉搏波特征参数之间的相关性,为利用脉搏波无创连续检测血压的方法提供实验依据。

本论文主要完成以下工作:

1.完成了实验设计。选择脉搏波特征参数法作为本论文研究内容,选择动脉插管法测得的血压值作为依据,选择与人体生理特征相似的家兔作为被测对象。

2.完成了10只家兔的动物实验。分别对每只家兔同步连续采集一定时长的血压与脉搏波的连续波形数据,并利用RM6280型多道智能生理信号分析处理系统实现了对每只家兔一定时长的血压波和脉搏波的特征参数的提取。

3.利用SPSSl1.0完成了血压和脉搏波特征参数的相关性分析。首先,利用SPSS的直线相关分析功能分别实现了血压值和各脉搏波特征参数简单相关性的分析。然后,利用SPSS的逐步回归分析功能实现了血压值和脉搏波特征参数相关性的分析,并分别为每只家兔构造了三个回归方程。

4.完成了该方法测量精度的分析。利用逐步回归形成的回归方程和另外~段时长的脉搏波特征参数数据进行运算,计算出对应血压值。比较计算血压值与实际血压值之间的差异,分析测量精度和影响精度的原因及改进措施。

5.初步分析了药物作用和神经刺激等人为因素对血压波和脉搏波波形特征的影响。

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实验结果:血压与脉搏波特征参数之间存在特定的相关关系。收缩压与主波上升斜率和K值有较好相关性,舒张压与K值和主波高度有较好相关性,平均压与主波上升斜率、K值和H(1十t。/to)有较好相关性。同时对于不同的被测对象,逐步回归方程中选入的特征参数也不尽相同,因此个体差异对这种相关关系存在不可忽视的影响。比较真实血压值和计算血压值的结果表明,该方法在正常平稳状态下计算血压值的精度较高,平均偏差在lmmHg以内,且相关系数基本在0.9以上。

本论文创新点:

1.提出了采用与人体生理特征相似的动物进行实验来分析脉搏波特征参数与真实血压之间的相关关系的实验思想。

2.采用动脉插管法(国际上血压测量金标准)测得的血压值作为对照标准血压值。

关键词:血压;脉搏;特征参数;动脉张力法;容积补偿法;动脉插管法;逐步回归分析

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Theexperimentalstudyofnoninvasivecontinuousblood

pressuremeasurementusingpulsewave

Candidateformaster:TangChi

Supervisor:YangGuosheng

DepartmentofElectronics,FacultyofBiomedicalEngineering,

FourthMilitaryMedicalUniversity,

Xi’an710032.China

Abstract

Bloodpressuremeasurementisthemostcommonexaminingmethodinmedicineanddiscontinuousbloodpressuremeasurementsaremainmethodsinclinic.ThesemethodscanonlyexaminebloodpressurevaluewhichmerelyincludeSPandDPataspecifictimeandcannotinspectthechangeofbeat-to—beatbloodpressurecontinuously,whilecontinuousbloodpressuremeasurementcarlmeasurebeat-to—beatbloodpressureandcontinuouswaveformofmedalbloodpressureatacertainperiodoftime.Therefore,thismethodcanprovidemoresufficientevidenceforclinicalandcureandithasimportantpracticalsignificance,especiallyindiagnosis

clinicalmonitoringandobservingcontinuouschangeofbloodpressureinsomespecialconditions.

Noninvasivecontinuousbloodpressuremeasurementmethodwhichbasedonarterialtonometryfirstlyappearedabroadin1960sandvolume.compensationmethodwasinventedafter1970s.Nowadays,instrmnentsofnoninvasivecontinuousbloodpressuremeasurementare

instrumentsarenotmainlydesignedwiththesetwomethods.Butthese

suitableforlong-termmeasuringofcontinuousbloodpressurebecausetheycannotgetridofthebondageofgasbagandmakethetesteefeel

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uncomfortable.Atier1980s.anew1ndirectmethodofcontinuousbloodpressuremeasurementwhichbasedonpulsewavevelocityappeared.Thismethodcallgetridofthebondageofgasbagthoroughly,butitwillbeeasilyaffectedbyphysicalcharacterofcardiovascularsystemorsomeotherfactors.

ThebloodpressuremeasurementusingcLaracteristicparametersofpulsewaveisarisingmethod,whichbasedonthetheorythatamplitudeandformofpulsewavecontainagreatdealofimportantphysiologicalinformationofcardiovascularsystem.ThemeasurementsystemdesignedwiththismethodCaD.getridofthebondageofgasbagthoroughlyand

measurebeat-?to-beatbloodpressurecontinuouslyandmonitorthechange

ofbloodpressurewaveforalongtime.Somescholarshavedonea10tofworkinthisfield,butstillnoresearchreportusingintra—arterialcatheter

methodrinternationalgoldstandardofbloodpressuremeasurement)ascomparingstandardisfound.Inordertoanalyzethecorrelationbetweenbloodpressureandcharacteristicparametersofpulsewaveaccurately,wechoosethebloodpressurevaluesmeasuredbyintra—arterialcathetermethod

andprovideexperimentalfoundationforascomparingstandardinthisstudy

thenoninvasivecontinuousbloodpressuremeasurementusingpulsewave.

Thefollowingresearchworkhasbeencarriedoutinthisstudy:

1.Finishedtheexperimentaldesign.Wechosethemethodof

characteristicparametersofpulsewaveasstudycontentinthisthesis.Thebloodpressurevaluesmeasuredbyintra?arterialcathetermethodwerechosenascomparingstandard.Therabbitswhicharesimilartohumaninphysiologicalcharacterwerechosenastestees.

2.Finishedtheanimalexperimentsoftenrabbits.Thebloodpressureandpulsesignalsofeachrabbitwererecordedforaperiodoftime

andsimultaneously.RM6280wasusedtopickrespectively,synchronously

outthecharacteristicparametersofbloodpressurewaveandpulsewaveofthisperiodoftimeonebyone.

3.Finishedthecorrelationanalysisbetweenbloodpressureand

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characteristicparametersofpulsewaveusingSPSSI1.0Firstly,wefinishedthesimplecorrelationanalysisbetweenbloodpressureandeverycharacteristicparametersofpulsewaveusingSPSS.Then,wefinishedthe

stepwiseregressionanalysisbetweenbloodpressureandcharacteristic

andformedthreeregressionequationsparametersofpulsewaveusingSPSS

foreachrabbitrespectively.

4.Finishedtheaccuracyanalysisofthemeasurement.Wecalculated

thecorrespondingbloodpressurevaluesusingstepwiseregressionequationsandcharacteristicparametersofanotherperiodoftime.Then,weanalyzedtheaccuracNinfluentialfactorsandimprovementmeasuresbycomparingthedifferencebetweencalculatedbloodpressureandintra—arterialbloodpressure.

5.PrimarilyanalyzedtheeffectODbloodpressureandpulsewaveformcharacterbysomeartificialfactorssuchasmedicamenteffectandnervestimulation.

Results:ThereiSaspecificcorrelationbetweenthebloodpressureand

characteristicparametersofpulsewave.Systolicpressureiscorrelatedwithmainwaveascendingslope.ThevalueofK.Diastolicpressureiscorrelated谢t11mainwaveheightandthevalueofK.Meanarterialpressureiscorrelatedwjnlmainwaveascendingslope.thevalueofKandH(1+ts/td).Differenteharacteristicparametersofpulsewavewereselectedtotheregressionequationsfordifferenttestees,Sotheeffectofindividualdifferenceonthecorrelationtailnotbeignored.Comparedthedifferencebetweenrealbloodpressurevaluesandcalculatedbloodpressurevalues,theconclusionindicatesthattheaccuracyofthismeasurementiSexcellentinnormalanesthetizedcondition、Thescopeofaveragediscrepanciesiswithin1mmHgandcorrelationcoefficientsarebasicallyover0.9.

111einnovationinthisstudy:

1.Putforwardexperimentalideaofusingtheanimalwhichissimilartohumaninphysiologicalcharactertodoexoerimentandanalyzethe

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correlationbetweenrealbloodpressureandcharacteristicparametersofpulsewave.

2.Usethebloodpressurevaluemeasuredbyintra—arterialcathetermethod(internationalgoldstandardofbloodpressuremeasurement)ascomparingstandardinthisstudy.

Keywords:bloodpressure;pulsewave;characteristic

method

parameter:arterialtonometryvolume‘compensation

intra-arterialcathetermethod;stepwiseregressionanalysis

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前言和文献回顾

血压是指血液在血管内流动时对血管壁所施加的侧压力,它是反映心血管功能的重要生理指标,在疾病诊断、治疗效果观察和进行预后判断等方面都具有重要的意义。血压分为动脉压与静脉压,通常所说的血压指的是动脉压。动脉压又包括收缩压(sP)和舒张压(DP),一个心动周期过程中动脉血压的时域平均值称为平均动脉压(MAP)。

1血压测量方法的分类

血压测量法大体可分为直接测量法(侵入法)和间接测量法(非侵入法)两大类[1】。直接测量法又称为动脉插管法,是使用专用仪器将测量导管经皮直接插入人体大动脉豌心脏,检测血压信号,能够进行连续测量。由于这种方法可直接测得血压,数据最为准确,因此被国际认定为血压检测的金标准,但由于其技术要求较高,且有明显的创伤性,因此仅适用于危重病人的抢救和大手术病人。间接测量法是通过检测动脉管壁的搏动、血管容Pr,q变化等参数间接测得血压。由于这种方法简便易行,因此在临床上得到了广泛的应用。

间接测量法又可分为两大类:间歇式测量法和连续式测量法。以柯氏音法和示波法为代表的间歇式测量法的基本原理(见图1)是用气袖阻断动脉血流,然后在放气的过程中通过检测特征点时刻(柯氏音或振荡波)气袖内压力来确定血压值。目前临床上多采用此方法进行血压测量。该方法的缺点是以测量过程中每搏血压相同为前提,测得的血压值只是某一特定时刻的(一般只有sP和DP两个值),不一定是被测者有代表性的血压值,且不在同一心动周期内。因此无法连续监测每搏血压的变化,且在心律失常和血压过低等不规则情况下无法进行正常的测量。

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压力

kPa

压力

图1间接测压法(柯氏音法)测量收缩压与舒张压的基本原理间接连续式血压测量法又称无创连续血压测量方法,是在某一时段

内无创连续测量血压的方法。它能够在不给被测者带来创伤的情况下检

测每搏血压及连续的动脉压波形,为临床诊断与治疗提供了更加丰富和

充分的依据,特别是在临床监护以及特殊情况下观察血压连续变化方面

具有传统间歇式测量方法无法比拟的优势。因此,无创连续血压测量方

法成为今后血压测量技术的发展方向。

2无创连续血压测量方法的分类

2.1动脉张力测定法

动脉张力测定法(ArterialTonometry)在1963年由Pressman和

Newgard最早提出12】’他们还研制出了一个用以测量动脉腔内压力的张

力计。由于具有内在压力的血管被外力部分压扁时,血管壁的内周应力

发生变化,当外力达到某一特定值时血管内压力与外力相等,该张力计

就是利用这种原理通过测量外压力来得到动脉血压,再依据外围动脉压

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与中心动脉压的相关性,利用相应的算法计算出中心动脉压13,41。动脉

张力法通常选择底部贴近坚硬骨组织的浅表动脉进行测量,常用的被测动脉有桡动脉、颈动脉和股动脉等,而桡动脉由于其具有较大管腔直径和测量方便等特点被广泛采用。图2是动脉张力测定法的原理示意图[51,图2(a)为未施加张力计外压力情况下桡动脉、桡骨及周围组织的横剖面示意图,右侧局部放大为此时外侧动脉管壁片段的受力情况。我们假设动脉管壁是非常薄的,也就是说它仅能支撑管壁张力而不致血管弯曲变形,那么此血管片段仅受到外部动脉张力计施加的向内的压力(F)、血压提供的向外的侧压力(P)和管壁上的管壁张力(T)三个力的作用。图2伯)为施加张力计外压力情况下桡动脉、桡骨及周围组织的横剖面示意图,右侧局部放大图为被部分压扁的动脉管壁片段受力情况,此时管壁张力(T)垂直于内部侧压力(P)和外部压力(F),因此P与F大小相等,也就是说此时置于被部分压扁的桡动脉上皮肤表面的压力传感器所测得的压力即为桡动脉血压。

skin

图2动脉张力测定法的原理示意图

使用动脉张力法精确测量血压必须首先解决好两个关键技术。一是

压力传感器必须足够小,而且能精确定位在被测动脉被压扁部分的正上

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第四军医人学硕士学位论文

方以准确测量动脉压,二是在压力传感器上提供一个大小合适且持续可调的下压力,使被测动脉被部分压扁以提供相对足够大的压扁管壁面积。压力太大会将血管彻底压闭,压力太小又不能保证足够大的压扁管壁面积以消除管壁张力的影响,一般应调整压力至传感器输出的脉压波幅值达到最大。从1976年开始出现应用张力测定法测量血压的商品化产品【l】,之后诸多产品也无疑是在以上两项关键技术上作了进一步改进。其中以F1本Colin公司的CBM系列产品最为著名,他们首先提出了用多个压电传感器单元组成的阵列代替早期的单个传感器,并且仪器内的计算机能够通过计算选择出最优的传感器单元的输出作为测量依据,使人工定位传感器的误差容许范围大大提高,很好地解决了传感器人工精确定位难的问题。如CBM7000中使用了由30个压电传感器单元构成的阵歹lJ[5,61。为了解决第二个关键技术,他们在传感器上加装了气囊,通过控制气囊的充放气调节旋加在传感器上的压力,同时气囊内具有压力测定系统能将气囊压反馈到仪器内的计算机,通过计算自动控制并选择适合不同被测者的最佳压力值。该系统还配备了一套由示波法血压计构成的校准系统,每次给被测者佩带传感器装置以及测量过程中传感器出现明显移位以后,系统都会自动执行校准,同时系统也能周期可调地进行周期性校准【引。另外,一种改进型产品采用电子反馈方式来修正施加压力的变化以跟随平均压变化,这种产品对运动干扰不敏感,抗干扰能力较强,但是也需要校准系统进行标定[1]。

Kemmotsu等许多学者对动脉张力计的l临床使用效果以及测量精度进行了测试和评价[5-91。综合来讲测量精度较高,基本能达到较长时间无创连续血压测量的要求。但是由于传感器对位移的高度灵敏性,要保持长时间传感器测量位置相对固定比较困难,同时气囊加压装置在长时间测量过程中也影响被测者舒适度,因此动脉张力计在运动测量、长期测量以及简化操作方面仍有许多问题亟待改进。

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2.2容积补偿法

容积补偿法(又称恒定容积法)在1973年目Penaz最早提出110l。其理论基础是当动脉血管由于外力作用而处于去负荷状态时,外加压力等于动脉压力,血管直径不会随波动而变化,血管处于恒定容积状态。因此,通过预置参考压力使动脉处于去负荷状态,同时采用快速反应伺服压力控制系统根据血压波动时刻调节外加压力使动脉血管始终处于恒定容积状态,此时通过测量外加压力就可得到动态的动脉血压值。该方法的关键是预置参考压力值的标定,理论上应选择动脉平均压的压力值,Penaz建议预置参考压力值取血管达到最大容积1/3时的外加压力值【10】。

容积补偿法的测量部位一般选择手指端,采用光电描记法测定血管的容积,即通过探测光线穿透组织后透光率的变化来探测血管容积的变化Ilia2j,手指血压计(Finapres)就是采用这种方法设计而成。YamakoshiK带领的一个日本科研小组在应用容积补偿法进行血压测量方面进行了大量研究【11-15】。1980年,他们首次采用此方法设计了手指血压测量系统[12】,手指压套设计为液压腔结构,通过对液压腔预置参考压力和脉搏描记计的输出控制液压伺服系统,使动脉血管维持在去负荷状态,实现了对动脉血压的连续监测。但是该系统体积较大、测量前预置参考压时间较长,且测量过程中要保持液压腔与心脏处于同一水平位置。1991年,他们对原测量系统进行了改进[11,13】。在前臂采用了自动气袖套,同时用补偿器补偿心脏和指端的流体静力学压差,因此测量过程无需保持袖套和心脏在同一水平位置,使用更为方便。1996年,他们又研制出可佩戴在头部的圆盘型气囊及其便携装置【l4】,气囊内置脉搏描记计、压力传感器,便携装置包括了压力伺服控制系统和信号处理芯片,该系统可以自动完成对浅表颞动脉血压的探测,在测量精度和瞬时血压变化监测能力上有显著提高,同时降低了长时间测量时静脉充血的影响。2000

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年,他们结合容积补偿法和经胸廓的电子导纳法开发出更为小型、便携

的产品【15J,该产品可佩带在受试者身上长时间连续检测血压、心输出量及其他多种心血管血液动力学参数,并能在全自动模式下完成测量、控制、数据存储和信号处理,最多可记录32000个心动周期的连续数据。同时可方便地与个人PC机之间传输数据,并通过PC机进行初始化、数据分析以及受试者指导。

采用容积补偿法可以连续测量每搏SP和DP,测量精度较高,且能不失真地测出血压波形。但是由于气囊压力的作用,长时间测量会导致静脉充血而影响测量精度,同时会给被测者带来不适。许多文章对采用容积补偿法测量手指血压的精度和临床价值进行了评价,Imholz通过总结近15年来的43篇相关文章认为采用容积补偿法测得的平均压和舒

张压较为准确,但是收缩压的离散性较大,没有达到AAMI推荐的标准差不超过1.067kPa(SmmHg)㈣【l“。Silke等也采用再抽样统计学方法,通过对20篇相关研究的数据进行分析得出了相同的结论‘"】。总体而言该方法测得的血压值需要进一步校准才能作为临床诊断的依据,但是它能够满足跟踪血压变化的要求,因此在连续无创检测血压动态变化方面具有重要的应用价值。

2.3脉搏波速测定法

脉搏波速测定法是根据脉搏波沿动脉传播速率与动脉血压之间具有正相关性的特点提出的,通过测量脉搏波速(Pwv)间接推算出动脉血压值。脉搏波速可通过脉搏波在动脉中两点间的传递时间进行计算,因此可采用相同原理利用脉搏波传导时间(PWTT)间接推算出动脉血压值。经验上认为,血压与PWV具有准线性关系,早在1878年Moens和Korteweg就提出了能够证明这种准线性关系数学基础的模型【18】。上世纪60年代,德国人Schimmler在研究动脉弹性时通过统计学方法证明了Pwv与血压之间存在正相关关系【191。1976年,Gribbin等提出利

第14丽

用Pwv连续测量血压的变化,并通过实验成功地实现了利用Pwv连续可靠地跟随血压变化,但是尚不能测出血压值12…。直到80年代初,Tanaka等才通过对PWV的测量首次成功地推算了出动脉血压值,但是测量结果离散性较大,精度仍有待提高|2”。为了提高测量精度,许多学者又进一步研究了影响血压与PwV相关性的因素。王炳和等通过研究认为【22】,Pwv除受动脉血压影响外还取决于动脉管的物理特性和几何特性,尤其是动脉管壁的弹性特性。除此之外,PwV还受到血液密度、粘度、泊松比以及周围组织对管壁的约束等多种因素的影响,而这些因素又与人体生理病理因素密切相关,因此脉搏波的传播规律是受多种因素共同作用的结果。陆渭明等在研究中指出【23|,在体测量时PWV-血压曲线离散性较大的原因主要在于血管壁平滑肌固有粘弹性(vE)和舒缩活动(vM),特别是VM,可通过影响血管弹性而间接影响PwV,导致利用PWV测量血压时误差较大。因此建议选用平滑肌成分较少的大动脉进行测量和采用适当的数据处理方法,并且在检测PWV的同时辅以其他有关VM的测量以进一步提高测量精度。1998年,BarschdorlT等通过从同步记录的心电图(ECG)和指端光电体积描记图(PPG)中提取PwTT,并采用一种线性模型计算出血压值[241。这种方法简便易行,除通用心电检测设备以外只需要一个在手指或耳垂上佩带的光电传感器,可同步记录随心电变化的动态血压变化。2000年,Chen等也通过此法计算了脉搏波到达时间(PwAT)【251,同时利用听诊法或示波法间断测得的血压值进行校准来估算收缩血压,通过对20名,&qfil.管手术病人的估算收缩压值与桡动脉插管收缩压值进行比较分析,结果表明两者相关性良好,相关系数达到0.97+0.02(均值±方差).可实现无创连续监测收缩血压。目前许多公司己开发出利用PWV方法设计的无创连续血压监护产品,如DxTek、BP.50等。其中DxTek设备是通过连续检测ECG和PPG得到PWV和脉搏波波形参数,并通过某种算法计算出血压值。

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为了降低个体差压对测量精度的影响,每次测量前或传感器移动位置后设备都要通过另外一种方法测得的血压值进行校准。Stephen等对DxTek设备在重症监护中的应用效果进行了评价,实验证明DxTek设备与示波法血压计测量血压的精度相当【2“。上述各种应用中基本都是采用同步检测ECG和指端PPG,通过测量两个信号时问延迟的方法来计算PWV。但是由于心脏与指端间实际动脉长度不易精确测量,因此给计算PwV以及推算血压值带来了很大误差。Maguire等为解决这个问题提出了一种手臂脉搏波速测量法fI”,他们采用两个光电传感器同时测量同一手臂的指端和肘内侧PPG信号,并计算延迟时间。由于两个测量点间距可精确测量,因此能够较精确地推算出平均Pwv,应用此法测量的PwV推算血压值有望进一步提高计算精度。

2.4脉搏波特征参数测定法

随着心脏的间歇性收缩和舒张,血液压力、血流速度和血流量的脉动以及血管壁的变形和振动在血管系统中的传播统称为脉搏波或脉搏波在血管中的传播口71。当脉搏波由心脏开始向动脉系统传播时,不仅要受到心脏本身的影响,同时也会受到流经各级动脉及分支中各种生理因素如血管阻力、血管壁弹性和血液粘性等的影响,使动脉波中包含有极丰富的心血管系统生理病理信息。因此,脉搏波压力及波形特征变化是评价血压等人体心血管系统生理病理状态的重要依据口8】。

常用脉搏波特征参数包括主波高度(H)、主波上升时间(t)、重搏波高度(g)、重搏波相对高度(g/H)、降中峡高度(h)、降中峡相对高度(h/H)以及一个反映每搏心输出量的特征参数H(1+tdtd)等。其中h/H反映了外周阻力的大小,两者之间存在正相关关系。grit反映动脉顺应性,g/I-I越大动脉顺应性越好。H(1+ts/td)中的ts/td表示每搏收缩期与舒张期之比,H(1+ls/td)值越大每搏心输出量也越大【29】。1995年,胡章和等提出了一

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个与脉搏波幅值、时间周期有关的脉搏波特征参数n,并通过回归分析的方法构造了孕女SP、DP与旺的回归方程,通过实验证明了孕女血压与Ⅱ线性相关,并通过回归方程和提取的cl值实现了对孕女血压的连续监测…。1996年,罗志昌等提出了一个以脉搏波波图面积变化为基础的脉搏波波形特征量K值(Kj(P。一Pd)/(P。.Pd),其中P;、Pd分别为收缩压和舒张压,P。为平均压)【2”。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能够引起脉搏波波图特征和面积的相应变化,它可反映在特征量K值的变化上,不仅很有规律,而且相当敏感。虽然K值不能完全反映出脉搏波曲线每个局部细微变化所代表的生理意义,但它确实能代表诸如血管外周阻力、血管壁弹性和血液粘度等人体心血管系统中最为重要的一些生理参数,因而在I|缶床上有重要的应用价值。2002年,焦学军等通过多元回归分析方法分别分析了K值等多个与血压相关的脉搏波特征参数与收缩压和平均压的相关性,并分别建立了回归方程12引。为降低个体差异的影响,确保测量准确度,他们没有对所有受试者建立统一的特征方程,而是在每次测量前为每个受试者单独建立特征方程。通过分别与张力测定法和示波法的血压测量结果进行比较,表明该方法具有较高的测量精度,可以应用于临床危重病人的血压监护和一般医学研究。2002年俄罗斯人Putyatina对三种利用脉搏波图进行血压测量,的精确性进行了比较【3“,结果表明采用脉搏波图波峰上升速度进行测量的精度最高,误差小于5%。其次是采用脉搏波图量值计算法,其误差小于10%。精度最差的是采用离教数据进行总结的方法。其误差值在30%左右。

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3本论文主要完成的工作

1.完成了实验设计。选择脉搏波特征参数法作为本论文的研究内容,选择直接插管法测得的血压值作为依据,选择与人体生理特征相似的家兔作为被测对象。

2.完成了lO只家兔的动物实验。分别对每只家兔同步连续采集一定时长的血压与脉搏波的连续波形数据,并利用RM6280型多道智能生理信号分析处理系统实现了对每只家兔~定时长的血压波和脉搏波的特征参数的提取。

3.利用SPSSl1.0完成了血压和脉搏波特征参数的相关性分析。首先,利用SPSS的直线相关分析功能分别实现了血压值和各脉搏波特征参数简单相关性的分析,然后,利用SPSS的逐步回归分析功能实现了血压值和脉搏波特征参数相关性的分析,并分别为每只家兔构造了三个回归方程。

4.完成了该方法测量精度的分析。利用逐步回归形成的回归方程和另外一段时长的脉搏波特征参数数据进行运算,计算出对应血压值。比较计算血压值与实际血压值之间的差异,分析测量精度和影响精度的原因及改进措施。

5.初步分析了药物作用和神经刺激等人为因素对血压波和脉搏波波形特征的影响。

本论文创新点:

1、提出了采用与人体生理特征相似的动物进行实验来分析脉搏波特征参数与真实血压值之间的相关关系的实验思想。

2、采用动脉插管法(国际上血压测量金标准)测得的血压值作为对照标准血压值。

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