心血管系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)建模及動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生命的最危險因素之一，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降低心血管疾病導致的死亡率和經(jīng)濟負擔具有重要意義。為研究心血管疾病中動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、動脈硬化和狹窄診斷模型的建立、心血管動力學參數(shù)檢測儀器研發(fā)和臨床實驗四個方面展開研究。
　　 通過比較動脈系統(tǒng)與電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的對應關(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，建立了上肢動脈的電網(wǎng)絡(luò)模型，采用數(shù)值計算方法和Matlab中Simulink/Simpowersystem模塊進行模型求解和仿真，結(jié)果與實際數(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段人體動脈樹分布式電網(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，實現(xiàn)模型的自動求解計算。利用模型和算法對正常人的脈搏波傳播進行了仿真，得到動脈樹中各點血壓和血

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、動脈內(nèi)徑和壁厚等不同生理參數(shù)對血壓和血流波形的影響，同時分析了動脈順應性、外周阻力、動脈長度、動脈內(nèi)徑和壁厚對動脈樹輸入阻抗的影響。結(jié)果表明：不同因素對血壓波形、血流波形和輸入阻抗的影響有較大不同，呈現(xiàn)各自獨有特征，是人體動脈樹生理病理診斷的重要輔助參考。
　　 利用分布式電網(wǎng)絡(luò)模型對動脈硬化和動脈狹窄進行了模擬仿真，結(jié)果表明：該模型

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

5、加，當動脈狹窄程度超過60％時，準確率大于90％；離心距離越近準確率越高，主動脈弓狹窄的準確率為95％左右，但對于離心距離較遠(股動脈以下)的中度動脈狹窄(50％)的預測有一定的局限，準確率約為50％。但當動脈狹窄為90％及以上時，SVM對離心距離較遠動脈狹窄的預測準確率上升為91.6％。
　　 以傳遞函數(shù)為動脈狹窄的特征參數(shù)，結(jié)合支持向量機建立了動脈狹窄預測模型，結(jié)果表明：動脈狹窄閾值取90％時，SVM十次交叉驗證的平均準確率

6、為97.8％；對于中度和重度(50％和90％)動脈狹窄，利用傳遞函數(shù)預測傳遞函數(shù)兩點之間的動脈狹窄較為理想，準確率分別在87％和99％以上，而對傳遞函數(shù)兩點之外的分支動脈段狹窄有一定的局限性，預測頸動脈狹窄的總準確率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)和支持向量機對動脈狹窄分段定位的新方法，結(jié)果表明：動脈狹窄50％、60％、70％、80％和90％時預測總準確率Q分別為

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