光电容积脉搏波在心房纤颤预警、诊断及整合管理中的应用

心房纤颤（AF）是最常见的快速性心律失常,早期诊断及有效管理是降低其不良事件的关键。光电容积脉搏波（PPG）常辅助可穿戴设备进行持续的心电监测,显示出其独特的价值。PPG技术的发展为AF管理提供了新的方案。一系列旨在用移动健康技术提高AF筛查及优化整合管理的研究,已经对PPG在AF患者的筛查、诊断、早期预警、整合管理等方面的应用进行了探索。本文总结了近年搭载PPG技术的人工智能及移动医疗在AF领域应用的最新进展,以及当前研究的局限性和未来研究的关注重点。     

基于Relief算法的心血管疾病辅助诊断研究

本文研究了Relief特征选择方法在光电容积脉搏波(PPG)中的应用,分析寻找区分心血管疾病的指标,提出了一种辅助心血管疾病诊断的方法。通过收集40位志愿者的生理病理信息,并实时采集血压与指尖PPG波形数据,形成样本数据集。基于PPG波形,定义并提取了52个特征参数,通过特征选择Relief算法筛选出10个核心特征参数,形成最优特征子集,并分析它们对心血管疾病的影响。最后使用分类算法建模,对心血管疾病做出了辅助诊断,k邻近算法(k NN)模型对心血管疾病的预测正确率达到66.67%,支持向量机(SVM)模型对心血管疾病的预测正确率达到83.33%。结果表明:(1)年龄对心血管疾病辅助诊断最为重要;(2)最优特征子集元素特征为心血管健康状况评价与预测提供了重要依据。本研究表明,经Relief算法选择得到的最优特征子集为心血管疾病辅助诊断提供了更高的准确性。     

基于心电信号-光电容积脉博波信号多特征参数无创血压监测系统设计

针对传统血压计袖带使用给患者带来的不便以及现有的利用单一脉搏波传导时间(pulse wave translation time,PWTT)进行无创血压监测稳定性较差等问题,本研究提出基于心电信号(electrocardiograph,ECG)-电容积脉搏波信号(photoplethysmo graphy,PPG)多特征参数融合的无创血压监测、检测方法,并设计相应的血压监测系统。系统通过采集ECG和PPG提取特征并建立血压计算模型。模型以PPG传导时间PWTT、PPG上升支时间与PPG周期之比λ和PPG峰峰值φ为自变量,实测血压值为因变量进行回归分析,得到收缩压(systolic blood pressure,SBP)和舒张压(diastolic blood pressure,DBP)回归方程,实现无袖带血压连续监测、检测。利用该方法对30名志愿者进行验证实验,结果显示,本系统所测SBP与实测SBP绝对误差均值E_d=2. 3067 mmHg,标准差S_D=1. 4633 mmHg; DBP绝对误差均值E_d=2. 4133 mmHg,标准差S_d=1. 9894 mmHg,符合AAMI推荐标准。通过Bland-Altman一致性分析,本系统与水银血压计所测SBP、DBP相关系数分别为0. 9878、0. 9730,一致性界限分别为(-4. 9300,5. 6770)、(-6. 1950,6. 0620)。实验结果证明,通过本方法可以实现无袖带血压的连续监测、检测,为便携式可穿戴设备血压实时监测及临床无袖带血压检测提供了可参考的实施方法。     

基于USB接口的个人健康信息采集终端

为适应医疗模式的改变和医疗健康行业的发展,满足人们对于个人健康状况关注的需要,基于USB接口,我们设计了一套呼吸与血压的个人健康信息采集终端系统.该系统由信息采集模块、个人计算机以及系统软件构成,信息采集模块采用统一电路模式搭建,简化了系统设计,并能实时采集个人的呼吸、血压等生理参数.信息采集模块通过USB接口传输到计算机,实现了个人健康信息的采集、数据存储、远程辅助诊断和健康信息打印等功能.实验证明,该系统运行稳定,信息采集准确,具有应用灵活、方便的优点.     

结合呼吸运动的改进型多分支心血管系统建模与仿真

目的根据电网络模型法提出一个改进型的多分支人体心血管系统模型,以深入研究人体心血管及体循环系统。方法该模型包括心脏、肺循环、头颈循环及四肢循环,共包括48个微分方程,在此基础上建立了呼吸运动中心肺交互作用的数学模型,并应用MATLAB软件中的SIMULINK模块仿真实现得到各段血管的血压及血流量等生理信号。结果模型可模拟健康及多种心血管疾病的血压血流状态,模拟波形与Physio Bank数据库中实际生理波形相符,在健康、心力衰竭及动脉粥样硬化三种条件下,模拟波形的收缩压(SBP)、舒张压(DBP)、每搏输出量(SV)及心输出量(CO)等生理参数均符合临床测量值。将所选数据库中的呼吸信号代入模型后,可直接观察心率和血压随呼吸运动的变化规律:吸气过程经约1.5~2 s的延迟后心率代偿性加快,呼气过程则发生相反的变化趋势,与实际心肺交互过程中的呼吸性窦性心律不齐(respiratory sinus arrhythmia,RSA)现象相符。结论此改进型心血管及体循环系统模型的仿真结果与临床实际数据相符,灵活性高,对诊断和治疗心血管系统疾病具有重要意义。     

肾上腺髓质素的心血管作用

肾上腺髓质素 (Adrenomedullin)是一种广泛分布于机体组织的活性多肽 ,具有扩张血管、降低血压等作用 ,以自分泌或旁分泌方式参与机体的多种生理、病理调节 ,可能在心血管系统疾病 (如充血性心衰、高血压、急性心肌梗塞、动脉粥样硬化 )的发生发展中发挥重要的代偿作用。作为一种监测指标对上述疾病病情的评估具有重要的意义 ,有望成为其诊断的辅助指征 ,也为相关疾病的预防与治疗提供新的思路。     

基于ADuC845的多功能便携式医疗监护系统的设计

本文设计一个适用于家庭应用的多功能便携式医疗监护系统.该系统通过嵌入式采集端与PC存储端的协作,实现了对人体体温、血压、心率等重要生理参数的采集和存储.同时系统采集端还具有显示及报警功能.多功能便携式医疗监护系统为医疗监护仪器的微型化和家用化提供了便捷的解决方案,可以方便将病人更多有用的生理信息提供给医生,帮助医生诊断和治疗.     

人工智能在心血管疾病研究和临床中的应用

本文从心血管疾病的诊断、预测、治疗和基础研究等多方面简述了人工智能(AI)在心血管疾病研究和临床中的应用,回顾了AI在这些领域的应用,分析了其面临的困难和未来前景。AI在心血管疾病的诊断和预测领域已经取得广泛进展,如AI结合心电图和心血管影像数据可实现精准诊断,AI联合心血管影像数据和其他临床数据可实现冠状动脉疾病、先天性心脏病、心力衰竭等心血管疾病的早期筛查和风险预测,但其适用范围仍有待进一步观察。此外,AI辅助的心血管介入治疗和临床决策等尚处于开发阶段,AI辅助的多组学研究也远未达到临床应用水平,是未来的主要研究方向。在此基础上,总结了AI在心血管疾病的诊断、预测、治疗和基础研究中所面临的问题,并对AI在心血管领域的应用前景进行了展望。     

无创光电容积脉搏波检测分析系统

目的 光电容积脉搏波（photoplethysmography,PPG）信号是目前心血管生理病理研究的应用热点之一.针对准确、快速的应用需求,本文设计一种无创PPG检测分析系统.方法 该系统分为前端采集装置和信号处理两部分,其中前端装置以MSP430为核心,完成指端PPG信号的采集、处理与传输;计算机（personal computer,PC）则根据指端PPG信号分析受试者血管弹性信息.在检测过程中,采集前端实时获取心率（heart rate,HR）和血氧饱和度（blood oxygen saturation,SaO2）信息,PC计算的参数有血管硬化系数（stiffness index,SI）和血管反射系数（reflect index,RI）.结果 通过年轻组和年长组的对比实验证明,系统能快速准确采集指端PPG形态特征,能准确描述SI和RI参数变化,其对动脉弹性的评估具有一定参考价值.结论 该系统是适用于PPG信号采集与分析的实验装置.     

脑电图在神经重症患者中的临床应用及研究进展

脑电图是常用的脑功能评估方法之一,具有简单无创、床旁连续监测、费用低廉、重复性好等优势,被越来越多的运用于临床神经重症患者的脑功能监测。脑电图能早期反应脑功能的变化,预测和发现脑缺血以及脑代谢异常情况,可提供中枢神经系统感染和代谢性脑病的诊断依据,明确癫癎发作并指导癫癎药物治疗等,因此,可用于各种神经重症疾病的早期诊断、病情轻重及预后的评估。本文对脑电图在各类神经重症患者中的临床应用及进展作一综述。     

The Valsalva manoeuvre: physiology and clinical examples

The Valsalva manoeuvre (VM), a forced expiratory effort against a closed airway, has a wide range of applications in several medical disciplines, including diagnosing heart problems or autonomic nervous system deficiencies. The changes of the intrathoracic and intra‐abdominal pressure associated with the manoeuvre result in a complex cardiovascular response with a concomitant action of several regulatory mechanisms. As the main aim of the reflex mechanisms is to control the arterial blood pressure (BP), their action is based primarily on signals from baroreceptors, although they also reflect the activity of pulmonary stretch receptors and, to a lower degree, chemoreceptors, with different mechanisms acting either in synergism or in antagonism depending on the phase of the manoeuvre. A variety of abnormal responses to the VM can be seen in patients with different conditions. Based on the arterial BP and heart rate changes during and after the manoeuvre several dysfunctions can be hence diagnosed or confirmed. The nature of the cardiovascular response to the manoeuvre depends, however, not only on the shape of the cardiovascular system and the autonomic function of the given patient, but also on a number of technical factors related to the execution of the manoeuvre including the duration and level of strain, the body position or breathing pattern. This review of the literature provides a comprehensive analysis of the physiology and pathophysiology of the VM and an overview of its applications. A number of clinical examples of normal and abnormal haemodynamic response to the manoeuvre have been also provided.     

简易模拟心血管系统的设计与控制

为评测人工心脏,尤其是直接辅助式人工心脏,本文提出了利用泵、阀、管道、弹性腔和相应的控制器建立一套能反映血液动力学特性的简易体外血液循环模拟实验装置的方法。在该装置中,任意时刻流量的估计,是利用测量模拟心脏的血压和循环周期总流量获得。通过改变控制信号的频率、占空比和阀的开度模拟心脏不同心率、不同心收缩周期、不同程度的泵血功能,实验结果与生理情况分析基本相符合。该装置的模拟心脏具有类似心脏的形状,直接心辅装置可以直接固定在其上工作。     

The beat-to-beat blood pressure response to postural change in young and elderly healthy adult males

Heart rate and blood pressure were studied with the beat-to-beat tracking cuff system in two groups (n=20 per group) of healthy, unmedicated males, one between 60 and 75 years of age and the second between 18 and 29 years of age. The study confirms the previously reported blunted heart rate response to standing and the fact that, when blood pressure is recorded by conventional means, the response exhibited during orthostasis does not differ in healthy groups of young and elderly subjects. With the tracking cuff system, however, the elderly exhibited a smaller immediate systolic and diastolic drop in response to the change to upright posture and less variability in beat-to-beat blood pressure changes. The results have implications for cardiovascular studies, where age and posture can influence both blood pressure and heart rate.This research was supported by National Heart, Lung, and Blood Institute Research Grant HL-31184-05.     

Regulation of blood volume—implications for cardiovascular pathophysiology in sleep apnoea

SUMMARY  Volume homeostasis plays an important role in the regulation of the cardiovascular system and maintenance of haemodynamics. The heart-kidney axis represents the central part of the volume regulating system: the heart senses changes in the volume status and influences renal function via neural and humoral pathways in order to compensate for disturbances in volume homeostasis and prevent under- or overfilling of the heart. An undisturbed circadian rhythmicity of volume homeostasis, renal function and secretory pattern of volume regulating hormones may be of physiological importance. Disturbances in volume regulation are involved in the pathogenesis of cardiovascular diseases, e.g. arterial hypertension and heart failure. Nocturia in sleep apnoea (suggesting heart failure) may be explained by changes in volume-regulating hormones indicating hypervolaemia of the central part of the cardiovascular system ('central hypervolaemia') caused by exaggerated venous return during repetitive Muller manoeuvres. Treatment of sleep apnoea abolishes nocturia and restores normal circadian rhythm of volume homeostasis and secretion of volume-regulating hormones. Chronic cardiac volume overload during sleep may be implicated in the pathogenesis of cardiovascular sequelae in sleep apnoea: cardiac hypertrophy and heart failure. Central hypervolaemia during sleep can cause long-term disturbances in blood pressure control by different mechanisms and may be in part responsible for the development of daytime hypertension in sleep apnoea. In summary, volume homeostasis is controlled by a complex interaction of heart and kidney. Disturbances may reflect cardiovascular diseases or may even be the cause. In sleep apnoea disturbances in volume regulation may be important for the development of cardiovascular sequelae.     

Verylow frequency variability in arterial blood pressure and blood volume pulse

Several parameters of the cardiovascular system fluctuate spontaenously owing to the activity of the autonomic nervous system. In the study, the simultaneous very low frequency (VLF) fluctuations of the arterial blood pressure, the tissue blood content and the tissue blood volume pulse are investigated. The latter two parameters are derived from the baseline BL and the amplitude AM of the photoplethysmographic (PPG) signal, measured on the fingertips of 20 healthy male subjects: the changes in the PPG parameters AM and BV, defined by BV=const.-BL, are related to the change in the tissue blood volume pulse and the total tissue blood volume, respectively. The VLF fluctuations in BV and AM are directly correlated, those of AM preceding those of BV by 4–13 heart-beats. The VLF fluctuations in the systolic (SBP) and the diastolic (DBP) blood pressure are inversely correlated to those of AM and BV, those of AM preceding those of SBP and lagging behing those of DBP by about one heart-beat. For most subjects, the period P of the PPG pulse, which is equal to the cardiac cycle period, directly correlates with AM and BV and inversely correlates with DBP and SBP. On average, the fluctuations fluctuations in tissue blood volume, systolic blood volume pulse, diastolic and systolic blood pressure, and heart period, together with their interrelationship, can provide a better understanding of the autonomic nervous control of the peripheral circulation and a potential tool for the evaluation of its function.     

基于反向传播神经网络和医疗物联网的心理压力评估方法

针对基于脉搏信号的人体心理压力测量分类结果精度不高的问题,提出一种基于反向传播（BP）神经网络和医疗物联网（IoMT）的心理压力检测系统设计方法。该系统采用以MAX30101为核心的光电容积脉搏波（PPG）采集模块来获取人体PPG数据,并基于小波去噪和RR尖峰检测方法得到心室搏动间距,利用时域和频域上的处理提取出心率变异性（HRV）作为特征,设计Adam自适应优化算法训练的神经网络模型实现心理压力程度3分类。同时为实现长时间不间断的检测与分析,设计基于IoMT的心理压力检测数据远程平台,实现24 h连续用户健康检测。实验结果表明,该系统检测准确度达到88.7%,较传统的心理量表测评和激素测量法能够有效方便的对心理压力程度进行分类。     

基于LabVIEW的心血管动力学参数分析与研究

目的:根据脉搏波理论设计出一套基于虚拟仪器的心血管动力学参数分析系统。方法:本文以LabVIEW7.0作为软件开发平台,根据示波法原理和弹性腔理论总结提炼出收缩压、平均压、舒张压、心率、每搏心输出量、每分心输出量、外周阻力等参数。结果:通过心血管动力学参数的分析能判断心血管病患者与正常人的差异性,对心血管病的预防及疾病早期发现都能发挥很大的作用。大量的实测结果表明系统有较好的准确性和稳定性。结论:此采集分析系统有操作便捷,灵活性高,可扩展性好的特点,可以直观地观测病人的心血管状况以便及时的对心血管疾病采取措施和进行预防,为心血管动力学参数的分析研究提供了一种简便有效的途径。     

模拟心血管系统装置的研制及其在血液动力学测试中的应用

为研究心血管系统血液动力学特性和评测人工心脏,本文根据弹性腔模型建立了一套能反映血液动力学特性的体外血液循环模拟实验装置,测试血液动力学参量与心室后负荷(即外周阻力R和动脉顺应性C)以及每搏心输出量Vs,心动周期T,心室收缩时间间隔Ts和前负荷等六个参量之间的相互关系,通过改变六个参量的某一个参量而固定其余参量,测试这个参量对动脉血压及流量的影响情况.实验结果与生理情况和数学模型分析相符合,整个模拟装置能够反映血液动力学特性.     

Apelin/APJ系统在心血管系统中的作用

Apelin是孤儿受体APJ的天然配体，apelin/APJ系统对心血管系统的作用主要为：可以通过拮抗血管紧张素Ⅱ的作用而舒张血管降低血压；可以作用于心肌引起强烈的正性肌力作用；在心力衰竭早期表达增加而心力衰竭晚期表达降低，因此，推测apelin/APJ系统可能是防止心力衰竭发生的有效的代偿方式。Apelin/APJ系统还可能参与调节胰腺对胰岛素的分泌，并且该系统还可以促进视网膜毛细血管的增生。Apelin/APJ系统在心血管系统的这些作用提示该系统可能在高血压、糖尿病血管病变、心力衰竭中发挥了一定的作用。