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1、黑龙江大学机电工程学院,第七章 循环生理检测基础,7.1 概述,1、什么是循环生理信息？,-简单地说，循环生理信息就是与血液循环系统相关的各项生理信息，它们是预防和诊断心脑血管疾病的重要依据。 -循环生理信息参数，包括血压、心电图、脉搏数、心拍出量、血含氧量、血糖量等等。 -循环生理信息的检测方法有有创性检测方法、微创性检测方法和无创性检测方法等。,7.1 概述,2、循环生理信息检测的必要性,-以高血压、动脉硬化、脑卒中为主要症状的心脑血管疾病,严重危害着我国人民的身体健康,已成为中国人因病死亡的主要死因之一 。 -我国心脑血管病的死亡率占了人口总死亡率的40%，明显高于欧美国家及日本 。 -
2、患病率、发病率仍以每年的幅度上升 。 -对循环生理信息的检测十分必要。,2、循环生理信息检测的必要性,-可以判断人体的循环生理情况 。,7.1 概述,3、日本疾病死亡率的统计,7.2 心拍出量的检测,1、什么是心拍出量？,-简单地说，心拍出量即是心输出量。 -心拍出量是衡量心功能的重要指标，在某些病理条件下，心拍出量降低，使机体营养供应不足。 -心拍出量是心脏每分钟射出的血量，等于每一拍心脏的射血量心跳的次数。 -心拍出量的方法分有创性和无创性检测两种。,7.2 心拍出量的检测,2、心拍出量的有创性检测方法,FICK法 -在开放血液循环中，以氧作为指示剂，由于肺毛细血管与肺泡之间的氧交换量与肺
3、血流量成正比，因此，可以通过测量肺动脉和肺静脉的氧浓度测量心拍出量。 -计算公式为,式中： Q血流量 Ca动脉血氧浓度 Cv静脉血氧浓度 dV/dt单位时间内氧消耗量，等于吸入气氧含量 与呼出气氧含量之差。,7.2 心拍出量的检测,2、心拍出量的有创性检测方法,热稀释法 -冷生理盐水作为指示剂，具有热敏电阻的Swan-Ganz漂浮导管作为心导管。热敏电阻置于肺动脉，向右心房注入冷生理盐水。 -计算公式为,P,式中： Q血流量 1.08冷生理盐水和血液比热及密度有关的常数 b0单位换算系数 CT相关系数 Vi，Ti生理盐水的注入量和温度 Tb，Tb血液温度及其变化量,7.2 心拍出量的检测,3、
4、心拍出量的无创性检测,心拍出量的无创性检测原理 -胸部电气阻抗法 -胸部圆筒模型,Voltage(V)=Current(I)xResistance(R),Pressure(BP)=Flow(CO)xResistance(Rp),Venulae,Arteriola,Heart,Vein,Artery,Cardiovascular system of human body,Battery,Electrical system -Ohms law-,Peripheral Vasucular Resistance (Rp),Resistance (R),循环系统和电学系统的相关联性,的胸部圆筒模型的测定
5、原理,I:通電電流 V:検出電圧 L:検出電極間距離 Sb:血管断面積 St:血管以外胸部組織（肺空気含） 断面積 b:血液比阻抗 Ts:心室駆出時間,电气阻抗法,电气导纳法,电气阻抗法与电气导纳法的计算式（估算式）,采用电气导纳法可使波形检测与计算处理简单，而且不需要有Zo与Z相比要足够大这样的条件。,Y,dY/dt,dY/dt|max,Ts,dY/dt|maxTs,PP,Y,电气导纳的检测原理,演算式,导纳检测装置的框图,用阻抗信号（）的倒数信号求出导纳信号（）,Kubicek et al (1970),normal male, 22yrs,电流分布的不同（点状电极带状电极）,点状电极,带
6、状电极,电气阻抗法的问题点,带状电极的使用会使人感到不舒服 换成点状电极（心电图电极）。但是，由于电流的分布 并不均匀，因此如何确定电极的位置成为问题。 不能检测到阻抗的绝对值 与直接法（热稀释法）之间有一定的相关性。 变化的趋势是一致的（在日本金泽大学进行了试验） 圆筒模型与人体之间的电流分布不完全相同引起的误差 胸腔部的电流分布及肺的血液循环而引起的误差。,7.3 心率的检测,1、心率的常识,-心率是指心脏每分钟搏动的次数。健康的成年人 在安静状态下平均心率是75次/min，正常范围为60100次/min。 -在不同生理条件下，心率最低可到4050次/min，最高可到200次。 -监护仪的
7、心率报警范围可由操作者根据病人的个体情况设定，通常底限在20100次之间确定，高限在80240次/min之间确定。,7.3 心率的检测,2、心率的检测,-心率测量多数用心电波形中的R波测定，也可以从主动脉波、指脉波或心音信号来计算心率。 -有两种类型的心率检测：平均心率和瞬时心率。 平均心率是在已知时间内计算脉搏数，即用R波个数来决定，即 F=N/T (次/min） T：计数时间，min；N：R波个数。,7.3 心率的检测,2、心率的检测 -R波检测,T,7.3 心率的检测,2、心率的检测 R波的处理和检出,7.3 心率的检测,2、心率的检测 心电图的检测与处理 -MATLAB -Labvie
8、w 滤波处理、R波检出和查脉冲的方法,血压波滤波处理后检波例,7.4 容积脉搏波检测,1、概述,-光电容积脉搏波是由于外周微血管的血液容积随心脏搏动而产生的脉动性变化 。 -光电容积脉搏波可以用来分析、获取血流参数 ，评价心血管功能 。 -由于光电容积脉搏波描记法并不需要复杂而昂贵的仪器设备且操作简便、适应性强等诸多优点，因而受到国内外医学界的普遍重视引起工程科技人员的广泛兴趣。,7.4 容积脉搏波检测,2、光电容积的检测原理,-借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。 -当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器。在此过程中由于受到指端皮
9、肤肌肉和血液的吸收衰减作用检测器检测到的光强度将减弱。 -皮肤肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，皮肤内的血液容积在心脏作用下呈现的搏动性变化可通过检测血液吸光量的变化来检出。,7.4 容积脉搏波检测,3、检测方法,-光电传感器透射法和反射法进行检测 。 -通过对检出波的放大和滤波得出适合的容积脉搏波 。,LED,PD,LED,PD,透射法,反射法,腕式检测系统,7.4 容积脉搏波检测,4、光电传感器检测回路,7.4 容积脉搏波检测,4、光电传感器检测回路发光管驱动回路,发光二极管型号：EL-302 正向电压：1.6V 正向电流：50mA 高峰发射波长：940nm 定电流回路
10、,EL302,7.4 容积脉搏波检测,4、光电传感器检测回路容积脉搏波滤波检测回路,光电二极管型号：HPI-2464R5 波长范围：7001050nm 高峰发射波长：940nm 滤波放大回路,HPI-2464R5,7.5 血氧饱和度检测,1、概述,-人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中去。 -传统的血氧饱和度测量方法是先进行人体采血，再利用血气分析仪进行电化学分析，测出血氧分压PO2计算出血氧饱和度。目前的测量方法是采用指套式光电传感器 .,2.两
11、波长分光法血氧饱和度检测原理,根据Beer-Lambert定律，当检测部位没有受到来自加压袖带的压迫时，其吸光度,可以由下式求得：,考虑到在V1、V2状态下的动脉血管中的血液和肌肉组织的吸光度不发生变化，并假定在袖带加压的微小的区间内来自散乱光的吸收不变，则静脉血液两波长光的吸光度的差分别为,当检测部位加压到a1、a2状态时，静脉血管已经闭锁，肌肉组织与散乱光的吸光特性的假定不变，则只有动脉血管中的血液的光路发生变化，其两波长光的吸光度的差别分别为,将静脉血氧饱和度用、动脉血氧饱和度表示，并由下列计算式定义，,经过推导：,b为选择Hb和Hbo具有等吸收点波长时Hb和Hbo的吸光系数,图2-3 Hb与Hbo对红光与红外光的吸收曲线,The End,
