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无创连续血压估计算法研究

无创连续血压估计算法研究

作者：李婉悦苏州大学

学位级别：硕士

心血管疾病（Cardiovascular disease,CVD）已经成为威胁人类身体健康和生命安全的主要疾病之一,其中高血压是引起心血管疾病的主要因素。监测血压可以预防心血管疾病的发生,此外,血压也是人体重要的生理参数之一,因此实现血压的无创连... 详细信息

心血管疾病（Cardiovascular disease,CVD）已经成为威胁人类身体健康和生命安全的主要疾病之一,其中高血压是引起心血管疾病的主要因素。监测血压可以预防心血管疾病的发生,此外,血压也是人体重要的生理参数之一,因此实现血压的无创连续监测对预防、诊断和治疗心血管疾病具有重要意义。间接测量法如柯氏音法、示波法,无法实现连续的血压监测;直接测量法可以连续监测血压,但对人体有创。本文重点研究无创连续血压估计算法,主要有以下几方面:（1）针对收缩压和舒张压,在多参数融合的基础上,采用基于平均影响值法的随机森林（Random forest based on mean impact value,MIV-RF）实现收缩压和舒张压的估计。首先,采用高通滤波器和低通滤波器对心电信号去噪,采用高通滤波器和三次样条插值对脉搏波信号去噪,去除噪声对特征点定位的影响;其次,采用改进的U-net网络和Pan-Tompkin算法相结合的方法实现心电信号R波波峰定位,采用基于幅值阈值、时间阈值和心拍阈值的多阈值波峰定位算法实现脉搏波波峰定位,在此基础上确定脉搏波其他特征点的搜索区域,进一步实现其他特征点定位;然后,基于以上特征点提取脉搏波传播时间、幅值比、时间、面积等波形特征,并利用SQL语言查询重症监护医疗信息系统（Medical information mart for intensive care Ⅲ,MIMIC-Ⅲ）中临床数据库的个体特征,通过结合波形特征和个体特征,提高血压测量的精度;最后,根据随机搜索得到的最优参数,通过随机森林训练特征,并采用平均影响值筛选特征,对模型性能进行优化。（2）针对动脉血压波形,本文提出一种注意力模块与残差结构相结合的U-net网络（U-net based on attention and residual module,ARU-net）用于动脉血压波形重构。基于改进的U-net网络,通过将双注意力模块与残差结构结合,分别提取深层特征与浅层特征,提高网络的性能。首先,截取固定长度的心电信号和脉搏波信号,并求出脉搏波一阶导数、二阶导数;然后,基于U-net主干特征提取网络自动提取波形特征,结合双注意力模块与残差结构提取的特征一同进行训练,实现动脉血压的波形重构。（3）本文选用MIMIC-Ⅲ数据库,采用基于MIV-RF多参数融合的方法对结果进行测试,其中收缩压的误差为-0.05±4.07mmHg,舒张压的误差为0.03±2.21mmHg,同时满足美国医疗器械促进协会（The association for the advancement of medical in strumentation,AAMI）对血压测量的标准和英国高血压协会（British and irish hyperte-nsion society,BHS）的A级标准;采用基于ARU-net网路重构动脉血压,不仅可以重构动脉血压波形,而且可以追踪血压动态变化,波形重构误差为-0.81±5.32mmHg。结果表明,本文所提算法在无创连续血压估计上具有巨大的潜力,可用于长期的血压监测。

关键词：无创连续血压血压波形重构随机森林 U-net网络

腹腔镜手术中无创连续血压监测与有创动脉压监测的一致性

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广东医学 2016年第1期37卷 27-30页

作者：李雨泽陈小杏招伟贤洪庆雄邵兰广州中医药大学第二附属医院麻醉科广州510120

目的在腹腔镜胃肠癌切除手术中观察无创连续血压监测（CNAP）与动脉有创血压监测（IBP）的一致性。方法选择20例择期在腹腔镜下实施胃肠癌手术的患者进行观察。采用CNAP血压监测仪和Philips MP60监护仪连接FloTrac传感器分别连续监测... 详细信息

目的在腹腔镜胃肠癌切除手术中观察无创连续血压监测（CNAP）与动脉有创血压监测（IBP）的一致性。方法选择20例择期在腹腔镜下实施胃肠癌手术的患者进行观察。采用CNAP血压监测仪和Philips MP60监护仪连接FloTrac传感器分别连续监测无创和桡动脉有创血压,并以麻醉诱导期（T1）、气腹手术期（T2）、术毕拔管期（T3）以及低血压（Low）、正常血压（Nor）和高血压（Hi）等不同时期和血压状态对比分析两种血压监测方法的一致性。结果 20例血压监测获得匹配数据3721对。两种方法测得的收缩压、舒张压和平均压对比差异均有统计学意义（P=0.000）,Bias和95%置信区间分别为（-6.7±21.3）（-35.0∽48.4）、（8.4±10.8）（-29.6∽12.7）和（3.8±13.0）（-29.2∽21.6）mmHg。CNAP在T1和T3的收缩压及在T2的平均压与IBP对比,差异均无统计学意义（P〉0.05）。Bias及95%置信区间分别为（2.8±23.7）（-49.3∽36.2）、（3.6±31.8）（-65.9∽48.7）和（1.7±13.3）（-27.8∽20.3）mmHg。两种血压监测在3种血压状态时的监测值均差异有统计学意义（P=0.012∽0.000）,其Bias平均值及95%置信区间变异较大。结论腹腔镜胃肠癌手术中不同麻醉手术阶段或不同血压状态下,CNAP与IBP血压值均存在较大的偏离性。CNAP监测的可靠性尚有待进一步提高。

关键词：无创连续血压有创动脉血压偏离性胃肠癌手术

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基于脉搏波速度的无创连续血压测量系统研究

基于脉搏波速度的无创连续血压测量系统研究

作者：于潇吉林大学

学位级别：硕士

随着人们的生活质量以及饮食结构的逐步提高，由于受到高血压人群的发病率和死亡率威胁，心脑血管疾病越来越广泛引起人们的重视。血压是生命体征监测的重要内容之一，它不仅是反映心血管功能的生理指标，也是反映人体循环系统技能的重... 详细信息

随着人们的生活质量以及饮食结构的逐步提高，由于受到高血压人群的发病率和死亡率威胁，心脑血管疾病越来越广泛引起人们的重视。血压是生命体征监测的重要内容之一，它不仅是反映心血管功能的生理指标，也是反映人体循环系统技能的重要参数，为疾病诊断、治疗效果观察、康复过程监控和进行预后判断等决策提供了重要依据。因此对于无创血压测量技术的研究具有非常重要的现实意义和临床参考价值。无创血压的测量分间断和连续两种方式。传统间断无创血压测量（如柯氏音听诊法和示波法）无法实时检测，且影响因素多，误差较大。连续无创血压测量能够监测每个心动周期中的动脉血压波形变化，无论是日常家庭护理，还是心血管疾病患者监测，甚至是航天员超重、失重训练等方面都体现出了较传统测量方法的明显优势，因此，与间断测量方法相比，无创血压连续测量在临床和医学研究中显得更为重要。本文充分了解研究课题的背景和意义，选择基于脉搏波速度的无创连续血压测量方法，并设计完整的无创连续血压测量系统。本研究的主要工作及成果有以下几个方面： 1、深入分析了血压和脉搏波的形成机理、影响因素，对脉搏波信号的波形特征、频带分布特点以及脉搏波信号中各种噪声的来源展开分析，并设计多种算法对脉搏波信号进行降噪处理和特征点提取。讨论了脉搏波速度与血压之间的相关关系，建立二者的数学模型，确定检测方法。 2、设计了一套基于脉搏波速度的无创连续血压测量系统。硬件设计主要包括：MC9S12XS128单片机最小系统设计、加法器的设计、键盘电路、LCD液晶显示模块、双路D/A转换器电路设计、串口通信接口模块设计。本系统利用内部自带12位A/D和存储器的飞思卡尔单片机进行高速的脉搏波速度数据实时采集与存储，计算并实时显示脉搏波速度值。系统通过串口与上位机进行通信，由matlab软件平台进行数据的分析、处理和显示。通过对脉搏波速度值与血压值的曲线拟合，实现动脉血压值的计算，完成了整个系统的设计。 3、系统验证及实验结果分析。用欧姆龙电子血压计以及自主研发的基于脉搏波速度的血压测量系统分别对多个不同个体进行测量，将电子血压计的测量值与系统的计算值进行误差分析，对比发现基于本方法研制的系统，测试结果准确性满足标准误差范围，证明方法切实可行，达到了预期目标。本文对基于脉搏波速度的无创连续血压测量系统的研究和设计内容进行了详细的叙述。采用肱动脉和桡动脉两个位置进行脉搏波信号实时采集和存储，拥有强大的人际交互平台，系统体积和功耗较小，且分析能力强，能够完成数据实时多点采集、处理、分析和显示等都是本血压测量系统的优势。当然也存在如距离测量出现误差、传感器信号定位耗时以及实验对象不够全面等不足。因此，为改善系统，我们需要进行更加深入的研究，以期能够为临床医疗诊断以及家庭护理提供更可靠的依据和应用价值。

关键词：无创连续血压脉搏波传导速度收缩压舒张压

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基于PTT无创血压测量影响因素的研究

基于PTT无创血压测量影响因素的研究

作者：于双天津工业大学

学位级别：硕士

血压是人体重要的生理参数之一,能够反映人体心脏以及血管的功能状况,是临床医学上诊断疾病、观察治疗、预后判断的重要依据。人体血压会随着生理周期、个人情绪等各种刺激产生变化,具有明显的波动性。由于血压受到身体状况和生理韵律... 详细信息

血压是人体重要的生理参数之一,能够反映人体心脏以及血管的功能状况,是临床医学上诊断疾病、观察治疗、预后判断的重要依据。人体血压会随着生理周期、个人情绪等各种刺激产生变化,具有明显的波动性。由于血压受到身体状况和生理韵律等诸多因素的影响,基于脉搏波传导时间的无创血压测量方法对于单一个体来说,在一段时间内相对比较稳定,然而在不同个体之间,还存在着较大的差异,因此导致基于脉搏波传导时间的无创连续血压测量没有被广泛的应用。针对上述现状,本文提出一种基于PTT与脉搏波特征参数的无创血压预测模型。该研究在利用脉搏波传导时间计算血压的基础上引入了脉搏波特征参数,而这些脉搏波特征参数又在一定的程度上可以直接或者间接的反映不同个体之间的差异性。根据相关性分析,选出相关系数高的特征参数,利用偏最小二乘法进行训练建模,建立收缩压、舒张压的预测模型。将预测结果与欧姆龙血压计测量结果进行比较,收缩压的标准偏差为5.16mmHg,舒张压的标准偏差为5.27mmHg,其预测结果满足国际AAMI电子血压计设计标准。然后对预测模型进行验证性实验,收缩压的标准偏差为2.11mmHg,舒张压的标准偏差为2.00mmHg。其结果表明,将优化的脉搏波特征参数和PTT引入到连续血压预测模型当中,有助于提高血压预测模型的准确度和普适性,有助于无创连续的血压检测临床应用。

关键词：无创连续血压脉搏波传导时间脉搏波特征参数相关性

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基于脉搏波的无创血压检测样机的研究与设计

基于脉搏波的无创血压检测样机的研究与设计

作者：李志颖吉林大学

学位级别：硕士

动脉血压是能够反应出人体心血管的功能状况的重要生理指标,是临床上诊断疾病、观察治疗效果、进行预后判断的重要依据。人体血压随着生理周期、个人情绪、外界和内在的各种刺激而产生变化,具有明显的波动性。血压参数受身体状况、环境... 详细信息

动脉血压是能够反应出人体心血管的功能状况的重要生理指标,是临床上诊断疾病、观察治疗效果、进行预后判断的重要依据。人体血压随着生理周期、个人情绪、外界和内在的各种刺激而产生变化,具有明显的波动性。血压参数受身体状况、环境条件及生理韵律等诸多因素的影响,单次测量或断续测量的结果存在较大差别,而连续测量方法可在每个心动周期测量血压,在家庭保健和临床诊断中具有更重要的意义。本论文在研究动脉血压和脉搏波传播的相关理论基础上,建立了基于脉搏波传播时间和归一化光电容积脉搏波测量血压的数学模型,并通过搭建软硬件系统,实现了动脉血压的连续测量。整个系统包括脉搏波检测模块、心电信号检测模块、基于单片机的数据采集和传送模块、电源管理模块、计算机数据分析及处理。系统进行了实际测试,分别利用示波法和本研究方法对不同测试个体的血压参数进行了同步测量,测量结果表明,本系统采用的无创血压测量方法切实可行。

关键词：动脉血压脉搏波传播时间光电容积脉搏波无创连续血压

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基于张力法的腕部穿戴血压测量装置研究

基于张力法的腕部穿戴血压测量装置研究

作者：陈智鹏浙江大学

学位级别：硕士

心血管疾病严重威胁到了人们的健康,在我国,占城乡居民总死亡原因的首位便是心血管病,而高血压是危害心血管的主要因素。实施血压监测,可以有效地降低高血压死亡率。人体血压值是随着生理节律变动的,现有普遍使用的间断血压测量只能提... 详细信息

心血管疾病严重威胁到了人们的健康,在我国,占城乡居民总死亡原因的首位便是心血管病,而高血压是危害心血管的主要因素。实施血压监测,可以有效地降低高血压死亡率。人体血压值是随着生理节律变动的,现有普遍使用的间断血压测量只能提供测量时刻的血压值,个人测量结果存在较大的差异,而连续测量记录的信息更为丰富和全面。一种舒适便携、安全可靠的连续血压测量装置,将会给血压长程实时管理提供可能。动脉张力法,作为一种连续非侵入式的血压监测方式,其测量精度高,但要使测量传感器处于最佳测量点需要专业人员操作,这严重影响其推广使用。针对此现状,本文借鉴手指的生理结构以及帕斯卡原理,提出了一种具有位置容错能力的液封薄膜结构的血压传感器。传感器以PDMS柔性材料作为弹性膜,保证接触部位的安全性和舒适性,借助液体压力传递的特点克服弹性体应力分布不均匀性的缺点。在此基础上,从硬件和软件上完成了基于张力法腕部穿戴的血压测量系统开发,通过低功耗蓝牙等方式与上位机进行通讯,同时充分地研究了脉搏波的信号处理和特征提取方法。实验结果表明,系统测量结果与AAMI标准相符。本文主要的研究工作如下:(1)建立皮肤与桡动脉的有限元模型,分析动脉压力在皮肤表面的分布情况。针对脉张法的实际测量,提出了柔性要求和位置容错要求,借鉴手指的生理结构以及帕斯卡原理,设计了一种液封薄膜结构的血压传感器。通过建立一维弹簧-质量-阻尼力学模型,分析该传感器刚度和阻尼参数对测量的影响。基于固液耦合原理,进一步建立有限元仿真模型分析其位置容错性能。随后通过膜成型、金线邦定以及真空液封等流程,制备相应的液封薄膜结构传感器。搭建平台并进行实验测试,结果验证了传感器有很好的线性度和位置容错性。(2)在满足小型化、低功耗、携带方便等要求下,完成了基于张力法的腕部穿戴血压测量装置样机的硬件和软件开发。在硬件中,完成了信号调理、BLE片上系统、加速度计和电源管理的相关芯片选型和电路设计。在软件中,实现了硬件驱动程序设计,BLE协议相关参数设置,血压测量程序,以及手机端安卓应用软件开发。(3)提出了一个新的脉搏信号预处理和特征提取级联框架,通过双密度小波变换滤波平滑后,再通过数学形态学或三次样条插值去除基线漂移,最后改善了斜率和函数的检测方法,鲁棒地定位波峰,并在检测中增加信号质量评估方法,去除质量不好的信号。实验结果表明,该算法能有效提高脉搏波的信噪比,减少均方差,并提高特征提取的准确性。

关键词：无创连续血压动脉张力法柔性封装位置容错双密度小波数学形态学

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伤员后送中无袖带式连续血压监测方法

伤员后送中无袖带式连续血压监测方法

作者：候飞翔天津工业大学

学位级别：硕士

在日常生活中,由于车祸、地震或其它意外情况会导致人体出血。伤员在转运过程中,大量出血若不被及时发现,会导致失血性休克造成生命危险。由于血压无法被连续监测,使得伤员错失最佳治疗时机。一方面由于转运过程中,无法提供无菌静止的环... 详细信息

在日常生活中,由于车祸、地震或其它意外情况会导致人体出血。伤员在转运过程中,大量出血若不被及时发现,会导致失血性休克造成生命危险。由于血压无法被连续监测,使得伤员错失最佳治疗时机。一方面由于转运过程中,无法提供无菌静止的环境,有创连续血压测量操作不当会加重伤员失血,因此伤员无法在转运途中开展有创连续血压监测。另一方面,目前袖带式血压监测方法无法对血压进行连续监测。因此,对伤员进行连续血压监测,及时干预具有重要意义。常用的无创连续血压测量法,有脉搏波传导时间法。该方法可以连续监测血压,并且是无袖带式无创的方法。但是该方法对单一个体,在一段时间内,能有效的预测血压,对于不同个体,存在较大的个体差异性。在失血状态下,脉搏波传导时间法对血压的预测效果,还没有成熟的理论成果。因此,脉搏波传导时间法在临床医疗和外科手术上,还没有被广泛应用。针对上述问题,本文提出一种基于PWTT、PPG、HR和HRV的无袖带式无创连续血压测量方法。在PWTT法的基础上,通过加入PPG特征参数、HR和HRV,来补偿个体差异性和血容量发生变化对血压监测方法的影响。失血状态下,血管内的血容量的发生了变化,PPG能够反映血容量的变化对它的影响。失血会引起生物神经调控,导致心率和心率变异性产生变化。本文做了模拟失血状态与药物干预状态的动物猪实验,总共做了 8头猪实验。由于PPG信号采集部位不同,发现猪鼻子处采集到的PPG信号最优,该部位采集共做了 5头猪实验。失血模型得到1229个样本。药物干预模型得到1635个样本。通过偏最小二乘法,建立失血和药物干预两种血压预测模型,即本文得到的RRi-HRV-PWTT模型。基于RRi-HRV-PWTT的失血和药物干预模型,SBP相关性系数r分别为0.9192和0.8754。传统使用PWTT建模的失血和药物干预模型,SBP相关性系数r分别为0.7731和0.6840。RRi-PWTT失血和药物干预模型,SBP相关性系数r分别为0.8943和0.8772。HRV-PWTT失血与药物干预模型,SBP相关性系数r分别为0.9169和0.6983。RRi-HRV-PWTT失血比其它三种模型r相关性分别提高了 18.9%,2.8%和0.2%。RRi-HRV-PWTT药物干预模型,比其它三种模型相关性r分别提高了 28.0%,-0.2%和25.4%。综合比较,通过这些特征参数建立的血压预测模型与有创血压显著相关。对未来失血性休克和失血情况发生起到一个提前实时监测,为失血状态下无袖带式连续血压监测提供理论依据和技术指导。

关键词：无创连续血压脉搏波传导时间多源生理信号特征参数失血药物干预