基于生物雷达的脉搏波传导时间提取技术的初步研究

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在临床监护领域,脉搏波传导时间(Pulse Wave Transit Time,PWTT)是一项重要的生理指标,它可以表达心血管相关的诸多生理参数,例如血压变化、阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征、大动脉顺应性、动脉硬化以及呼吸努力度等,尤其对于烧伤、精神病以及老年患者来说以上参数极为重要,然而提取PWTT的传统方法均为接触式检测,对于以上患者来说,在其身体贴置电极或传感器来采集心电图(Electrocardiogram,ECG)中的R波作为采集PWTT的开始时刻恰恰是不方便而且有时是不可行的。生物雷达(Bioradar)技术近年来发展迅速,在临床监护方面具有特殊的应用价值,其非接触、对患者无约束等优势是传统接触式医用传感器无法媲及的。基于此,通过采用生物雷达技术非接触采集PWTT开始时刻,再结合指尖脉搏波希望能够解决和弥补接触式测量手段的不足。本课题主要研究基于生物雷达的脉搏波传导时间提取技术,提出采用生物雷达技术非接触式获得心脏搏动波形,依此波形的特征点(波峰)作为PWTT开始时刻点,结合指尖脉搏波的特征点(波峰)作为PWTT的终止时刻点,计算二者之差即得PWTT值。本课题主要完成了以下工作:1:结合生理学基础,对比分析了人体心电图和心搏动图,发现心电图R波法测量到的PWTT存在射血前期(pre-ejection period,PEP)时间的干扰,而与人体电信号机理不同的是,心脏搏动的机械运动曲线图恰能很好的排除此干扰。2:建立了基于生物雷达的非接触PWTT采集实验系统,该系统由生物雷达、呼吸传感器、脉搏传感器、ECG采集模块以及多通道生理记录仪组成,并与计算机相连,利用Matlab以及MedCalc软件分析数据。通过对心率的采集和分析,调试系统并调整生物雷达最佳采集距离。3:为了对比接触式和非接触式所采集到的PWTT,需要保证多通道对比实验时通道间的同步精度,所以设计完成了系统同步性验证实验,对信号同时进行多通道采集,并作相关性分析、相位差计算。实验表明同步精度满足PWTT误差要求。4:完成了对多名测试对象PWTT值的采集和对比分析实验。同步采集基于心电图R波法(R-wave-gated Pulse Wave Transit Time,RWPWTT)和生物雷达法的两组PWTT值,做Bland-Altman统计分析,验证了两种方法具有较强的一致性。5:设计了基于生物雷达技术的PWTT与实时血压(Blood Pressure,BP)的对比实验。通过对比分析论证了PWTT与BP之间强关联的结论,同时也论证了基于生物雷达技术的非接触式PWTT测量在临床应用方面具有可行性。本课题的创新点:1:提出了一种基于生物雷达技术的非接触式测量PWTT的新方法。2:发现传统心电图R波法采集到的PWTT值所包含的射血前期时间干扰,可以通过基于生物雷达技术的PWTT测量方法有效排除。
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