心血管系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)建模及動(dòng)脈硬化與狹窄診斷研究.pdf

1、心血管系統(tǒng)是維持人體正常運(yùn)作的重要系統(tǒng)，也是疾病高發(fā)區(qū)。心血管疾病已成為威脅人類(lèi)生命的最危險(xiǎn)因素之一，全球約三分之一的人死于心血管疾病。心血管疾病的早期診斷對(duì)降低心血管疾病導(dǎo)致的死亡率和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)具有重要意義。為研究心血管疾病中動(dòng)脈硬化和狹窄的早期診斷，本文主要圍繞心血管系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)建模與仿真、動(dòng)脈硬化和狹窄診斷模型的建立、心血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)檢測(cè)儀器研發(fā)和臨床實(shí)驗(yàn)四個(gè)方面展開(kāi)研究。
　　 通過(guò)比較動(dòng)脈系統(tǒng)與電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，

2、提煉和總結(jié)了集總參數(shù)電網(wǎng)絡(luò)模型的特點(diǎn)，建立了上肢動(dòng)脈的電網(wǎng)絡(luò)模型，采用數(shù)值計(jì)算方法和Matlab中Simulink/Simpowersystem模塊進(jìn)行模型求解和仿真，結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)符合較好。但該模型不能有效模擬脈搏波的傳播和反射等現(xiàn)象。
　　 在55段人體動(dòng)脈樹(shù)分布式電網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，提出了新的基于數(shù)據(jù)鏈表和遞歸算法的模型求解方法，實(shí)現(xiàn)模型的自動(dòng)求解計(jì)算。利用模型和算法對(duì)正常人的脈搏波傳播進(jìn)行了仿真，得到動(dòng)脈樹(shù)中各點(diǎn)血壓和血

3、流波形，并將結(jié)果以3D形式呈現(xiàn)，能直觀分析脈搏波的傳播和反射特性。分析了身高、心率、每搏輸出量、動(dòng)脈內(nèi)徑和壁厚等不同生理參數(shù)對(duì)血壓和血流波形的影響，同時(shí)分析了動(dòng)脈順應(yīng)性、外周阻力、動(dòng)脈長(zhǎng)度、動(dòng)脈內(nèi)徑和壁厚對(duì)動(dòng)脈樹(shù)輸入阻抗的影響。結(jié)果表明：不同因素對(duì)血壓波形、血流波形和輸入阻抗的影響有較大不同，呈現(xiàn)各自獨(dú)有特征，是人體動(dòng)脈樹(shù)生理病理診斷的重要輔助參考。
　　 利用分布式電網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)動(dòng)脈硬化和動(dòng)脈狹窄進(jìn)行了模擬仿真，結(jié)果表明：該模型

4、能準(zhǔn)確模擬PWV隨動(dòng)脈硬化程度的改變而改變；能有效模擬脈搏波反射對(duì)收縮壓增強(qiáng)指數(shù)的影響；能有效模擬動(dòng)脈硬化參數(shù)改變對(duì)全身動(dòng)脈系統(tǒng)中的血壓和血流波形的影響；能準(zhǔn)確模擬動(dòng)脈狹窄的位置、大小和程度對(duì)ABI、血壓和血流波形的影響；傳遞函數(shù)能有效反映動(dòng)脈狹窄的位置、大小和程度等信息。
　　 以輸入阻抗為動(dòng)脈狹窄的特征參數(shù)，結(jié)合支持向量機(jī)建立了動(dòng)脈狹窄預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：不同狹窄度的總準(zhǔn)確率均在82％以上，且準(zhǔn)確率隨著狹窄程度的增加而增

5、加，當(dāng)動(dòng)脈狹窄程度超過(guò)60％時(shí)，準(zhǔn)確率大于90％；離心距離越近準(zhǔn)確率越高，主動(dòng)脈弓狹窄的準(zhǔn)確率為95％左右，但對(duì)于離心距離較遠(yuǎn)(股動(dòng)脈以下)的中度動(dòng)脈狹窄(50％)的預(yù)測(cè)有一定的局限，準(zhǔn)確率約為50％。但當(dāng)動(dòng)脈狹窄為90％及以上時(shí)，SVM對(duì)離心距離較遠(yuǎn)動(dòng)脈狹窄的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率上升為91.6％。
　　 以傳遞函數(shù)為動(dòng)脈狹窄的特征參數(shù)，結(jié)合支持向量機(jī)建立了動(dòng)脈狹窄預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明：動(dòng)脈狹窄閾值取90％時(shí)，SVM十次交叉驗(yàn)證的平均準(zhǔn)確率

6、為97.8％；對(duì)于中度和重度(50％和90％)動(dòng)脈狹窄，利用傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)傳遞函數(shù)兩點(diǎn)之間的動(dòng)脈狹窄較為理想，準(zhǔn)確率分別在87％和99％以上，而對(duì)傳遞函數(shù)兩點(diǎn)之外的分支動(dòng)脈段狹窄有一定的局限性，預(yù)測(cè)頸動(dòng)脈狹窄的總準(zhǔn)確率Q分別為62.1％和91.4％，靈敏度Qp分別在25.8％和18％左右。
　　 提出了利用傳遞函數(shù)和支持向量機(jī)對(duì)動(dòng)脈狹窄分段定位的新方法，結(jié)果表明：動(dòng)脈狹窄50％、60％、70％、80％和90％時(shí)預(yù)測(cè)總準(zhǔn)確率Q分別為

7、82.0％、80.0％、81.4％、83.7％和91.5％，說(shuō)明對(duì)動(dòng)脈狹窄度為90％及以上的情況能較好地定位，但頸動(dòng)脈和鎖骨下動(dòng)脈狹窄的定位準(zhǔn)確率分別為85.7％和44.4％，說(shuō)明在傳遞函數(shù)兩點(diǎn)之外狹窄的分段定位有一定局限性。
　　 利用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)和研制出心血管系統(tǒng)動(dòng)脈硬化和動(dòng)脈狹窄檢測(cè)儀YF/XGYD-2000B，該儀器能檢測(cè)PWV、ABI、ASI、C1和C2等多項(xiàng)參數(shù)和指標(biāo)。通過(guò)YF/XG-YD-2000B