不同行为状态下主动脉血压中低频波的测量与计算

上海大学2014～2015学年秋季学期研究生课程报告课程名称：生物医学工程进展课程编号：071203901题目:不同行为状态下主动脉血压中低频波的测量与计算研究生姓名:廖宇郭城李琦学号:评语:成绩:任课教师:评阅日期:摘要主动脉搏波是人体重要的一个生理参数，可以通过脉搏波估算出人体血压，心率等。脉搏波是一个由多信号组成的复杂波，包括心率信号（1HZ），呼吸信号（0.5HZ左右）以及其他低频信号。其中，有研究者认为在0.05-0.2HZ频段中存在一路低频信号，可以反映人体血管相关的生理状态。然而，这路信号会因为不同的人或相同的人在不同的行为状态下出现的频率而略有差异。本文利用脉搏波传导时间与血压之间在一段时期内存在的一种线性关系，可以连续无创的测量血压的方法对血压进行测量，然后再进行功率谱分析，可以在峰值处找到这路信号。AbstractTheactivepulsewaveisoneofhumanbodyimportantphysiologicalparameters;itcanestimatethepulseofhumanbodybloodpressure,heartrate,etc.Pulsewaveiscomplexandcomposedofmultiplesignalwaves,includingheartratesignal(1HZ),respiratorysignal(0.5HZ),aswellasotherlowfrequencysignal.Amongthem,theresearchersthinkthatthereexistsalowfrequencysignalinthe0.05-0.2HZfrequency,whichcanreflectthephysiologicalstateofthehumanbodybloodvesselrelated.However,thissignalwillbeslightlydifferentbecauseofthedifferentpeopleorthesamepersonintheconditionofdifferentbehavior.Thispaperusesalinearrelationshipofthetimebetweenbloodpressureandpulsewaveconductioninaperiod,whichcancontinuousnoninvasivemeasurementmethodtomeasurebloodpressure,andthenthroughpowerspectrumanalysis,thesignalcanbefoundinthepeakintheroad.1.引言血压是反映人体循环系统机能的重要参数。通常所说的血压都指动脉血压,即由心脏泵血活动造成的血液对单位面积血管壁的侧压力，它和心脏功能及外周血管的状况有密切联系。血压在每个心动周期中都连续变化,压力的最大值称为收缩压(systolcipersus,SP)，最小值为舒张压(diasotliePerssuer,DP)。一个完整的心动周期中的平均压力称为平均压(eanarteyrperssuer,MAP)。利用脉搏波速度测量血压是一种无创连续测量方法。早在1922年,Bazzett已发现脉搏波传导速度(pulsewaveantrsitve-loeity,PWTV)或传导时间(pulsewaveartnsittime,PWTT)和动脉血压值有关,也同血管容积和血管壁弹性量有关网。此后有多篇利用脉搏波速度估算动脉血压的报道。1957年,Lansdown提出在一定范围内,PWTT和动脉血压BP之间呈线性相关,而且这种关系在某一个体身上,在一段时期内是相对稳定的阁。但是,对每位个体来说,这种PWTT和BP之间的比例系数又是由于各个血管壁组织结构不同而差别较大。在以往的应用PWTT估算血压的研究中,对不同个体多是采用同样的参数来计算。事实上,动脉壁的弹性因人而异。所以,在利用脉搏波传递时间估算特定个体的血压之前,应该首先获得被测个体的特征参数。本文利用流体静力差原理,改变人体特定部位血管内的压力,从而得到不同个体的特征参数,构建出针对特定个体的血压方程并利用此方程由PWTT估算出血压[1]。2.原理与方法研究表明，在一定范围内，脉搏波传导时间PWTT和血压BP呈线性相关，并且在一定时间内这种相关关系是稳定的，即BP=A-B*PWTT。其中，A，B表示待定系数，其值因个体和状态而异，但是同一个个体在短时间内，这个数值是确定的。从原理上讲，只要两个独立的实验就可以确定它们的值，但是，考虑到在不同行为状态下，可能改变血管壁的特性，从而改变脉搏波传导速度，导致脉搏波传导时间的变化，最终测得的值会有很大的偏差。于是，我们进行了两组独立的实验，即静息状态和运动后状态，然后通过在两种不同状态下的人体不同的动作（平坐，抬腿）下分别进行测量血压和脉搏波传导时间。PWTT的计算如下图所示：取心电R波峰值为起始点，到脉搏波起始上升至1/4处止，这段时间差值为PWTT我们通过检测2min的脉搏波和心电信号，随后便通过手臂式血压测量仪测量血压值，这样就能得到四组（静息平坐，静息抬腿；运动后平坐，运动后抬腿）不同的BP与PWTT的值，再利用它们的线性关系可以得到系数A,B值。3.结果手臂血压仪测得的血压：状态血压（mmHg）静息平坐70静息抬腿74运动后平坐70运动后抬腿71通过心率波和脉搏波得出的PWTT：状态平均PWTT（ms）静息平坐287.8361静息抬腿283.8153运动后平坐274.9816运动后抬腿260.1016通过线性关系公式系数A,B的计算结果:状态系数A,B代入后得到的血压平均值（mmHg）静息A=356.347,B=0.994874.0076运动后A=88.4799,B=0.067270.0077这样得到各自的血压方程：静息（BP=356.347+0.9948·PWTT）运动后（BP=88.4799一0.0672PWTT）（1）静息时平坐与抬腿功率谱对比：平坐抬腿血压波对比：平坐抬腿（2）静息平坐与运动后平坐功率谱对比：平坐抬腿血压波对比：平坐抬腿（3）静息抬腿与运动后抬腿功率谱对比：平坐抬腿血压波对比：平坐抬腿总的来说，运动后的血压波高频成分功率更大；静息时低频波段的功率值呈递减趋势，运动后低频波段出现波峰，该波峰在频率为0.13Hz左右出现；抬腿与平坐相比，血压值变大，高频成分也增多。4.讨论对由心电信号的R波峰值作为起点计算的脉搏波传导时间，事实上包含2部分：等容收缩期和真正的脉搏波传导时间。从R波顶点(相当于左心室开始收缩)到心室开始射血时的时间为等容收缩期，而脉搏波从主动脉瓣处传导到外周的时间才是真正的PWT。如果测量过程中等容收缩期改变，这种改变将反映计算得到的PWTT中，从而影响对血压的估算。在测量过程中，由于测量仪器（感觉误差很大）的限制，导致测出来的血压值与理想的血压值有较大的偏差，在数据处理的过程中，给我们带来很大的困难，感觉自己做的结果是错误的，但是在尊重实验结果真实性的基础上，还是处理下来，与参考值有很大的差距。还有，这次实验的数据样本非常少，也就是说，测量出来的数据存在很大的偶然性，如果能多测几组血压值，当然，在静息状态下可以实现，但是对于在运动后状态，随着时间的推移，血压会慢慢平缓。这就使我们必须瞬时，连续的记录多组数据变得困难，而且，现阶段也没有一定的技术支持。参考文献[1]向海燕俞梦孙.用脉搏波传导时间实现血压连续测量【D】.第四军医大学生物医学工程系，2005.