第七章循环生理信息检测原理及技术课件

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。--患病率、发病率仍以每年５％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。3060901201503040506070802055065075085095034561015253035SittingPosition

StandingPositionECGR-Rinterval[ms]BloodPressure[mmHg]StrokeVolume[ml]CardiacOutput[l/min]PeripheralVascularResistance[mmHg/l/min]SystolicPressureMeanPressureDiastolicPressureTime[S]Dizziness,Lightheadedness(orthostatichypotension)7.1概述3、日本疾病死亡率的统计心脏疾病(15.5%)脳血管疾病(12.5%)其他厚生労働省「平成16年人口動態統計」より循環器系疾病(28.0%)日本人的死因癌(31.1%)脑血管疾病心疾病心肌梗塞狭心症脑梗塞脑出血视网膜下出血主要的循环系疾病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、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

胸部电气阻抗法TsPPVL★★Y=I/VI检测电极心拍出量检测技术Voltage(V)=Current(I)xResistance(R)Pressure(BP)=Flow(CO)xResistance(Rp)VenulaeArteriolaHeartVeinArteryCardiovascularsystemofhumanbodyBatteryElectricalsystem-Ohm'slaw-

Cardiacoutput(CO)Current(I)PeripheralVasucularResistance(Rp)Resistance(R)BloodPressure(BP)Voltage(V)循环系统和电学系统的相关联性Ｎｙｂｏｅｒ的胸部圆筒模型的测定原理ＬΔＳｂＳｂΔＶｂ＝Ｌ×ΔＳｂＳｔＳｏ＝Ｓｔ＋ＳｂＺｏ[Ｙｏ]Ｚ１＝Ｚｏ[Ｙ１＝Ｙｏ]Ｚｏ[Ｙｏ]Ｚｂ[Ｙｂ]Ｚ２＝Ｚｏ//Ｚｂ[Ｙ２＝Ｙｏ＋Ｙｂ]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:血管以外の胸部組織（肺の空気も含む）の断面積ρb:血液比阻抗Ts:心室駆出時間VLY=I/VI計測電極ΔＺ＝Ｚ２－Ｚ１＝－（Ｚｏ＋Ｚｂ）Ｚｏ２ρｂＬ２ΔＺΔＶｂ＝－Ｚｏ（Ｚｏ＋ΔＺ）Ｚｏ２ρｂＬ２ΔＺ－ＬＳＶ＝－ρｂＺｏ２∂ｔ∂ＺＭｉｎＴｓΔＺ＝Ｙ２－Ｙ１Ｚｂ＝ΔSｂρｂＬ＝ΔＶｂρｂＬ２ΔＹ＝ρｂＬΔＳｂ＝ΔＶｂρｂＬ２ΔＶｂ＝ρｂＬ２ΔＹＳＶ＝ρｂＬ２∂ｔ∂ＹＭａｘＴｓ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（Ｋｕｂｉｃｅｋ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ΔZ相比要足够大这样的条件。Ｚｏ[Ｙｏ]Ｚ１＝Ｚｏ[Ｙ１＝Ｙｏ]Ｚｏ[Ｙｏ]Ｚｂ[Ｙｂ]Ｚ２＝Ｚｏ//Ｚｂ[Ｙ２＝Ｙｏ＋Ｙｂ]ΔYdY/dtdY/dt|maxTsdY/dt|max・TsPP★★SV=ρb・L2・dY/dt|max・TsCO=SV・HR=SV・(60/PP)••VIY=I/VΔY＝Ｙ２－Ｙ１ΔＹ＝ρｂＬΔＳｂ＝ΔＶｂρｂＬ２ΔＶｂ＝ρｂＬ２ΔＹＳＶ＝ρｂＬ２∂ｔ∂ＹＭａｘＴｓ电气导纳的检测原理演算式导纳检测装置的框图交流定電流源交流电压计除算器Ｙ信号人体Ｚ信号用阻抗信号（Ｚ）的倒数信号求出导纳信号（Ｙ）Kubiceketal(1970)normalmale,22yrs电流分布的不同（点状电极・带状电极）点状电极带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60~100次/min。--在不同生理条件下，心率最低可到40~50次/min，最高可到200次。--监护仪的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20~100次之间确定，高限在80~240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T7.3心率的检测2、心率的检测

—R波的处理和检出数字滤波后的心电波形R波候补发现7.3心率的检测2、心率的检测

—心电图的检测与处理--MATLAB--Labview

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

。LEDPDLEDPD透射法反射法腕式检测系统气袋压力压力传感器电空变换器气泵光电容积传感器气袋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EL3027.4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：700~1050nm高峰发射波长：940nm滤波放大回路HPI-2464R57.5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.2.两波长分光法血氧饱和度检测原理

状态

v1v2a1a2肌肉组织静脉动脉吸光反射光I0l透过光Il散乱光Isl吸光度log(I0l1/Il1)吸光度log(I0l2/Il2)检测部位构造图根据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、