信號(hào)處理方法分析腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能文檔資料

1、內(nèi)內(nèi) 容容 研究意義研究意義1 相關(guān)知識(shí)介紹相關(guān)知識(shí)介紹2方法介紹方法介紹3工作內(nèi)容工作內(nèi)容4研究意義研究意義大腦大腦： 腦組織幾乎沒(méi)有能量?jī)?chǔ)備，大腦依靠連續(xù)不斷血液循環(huán)來(lái)提供氧和腦組織幾乎沒(méi)有能量?jī)?chǔ)備，大腦依靠連續(xù)不斷血液循環(huán)來(lái)提供氧和葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持正常的功能和結(jié)構(gòu)的完整性。葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持正常的功能和結(jié)構(gòu)的完整性。 大腦的重量約占人體體重的大腦的重量約占人體體重的2%，但是卻要消耗人體，但是卻要消耗人體25%的氧和的氧和1520%的供血（安靜平躺的情況下）。的供血（安靜平躺的情況下）。 大腦對(duì)缺血十分敏感，當(dāng)大腦的供血不足或中斷時(shí)，由于沒(méi)有氧、大腦對(duì)缺血十分敏感，當(dāng)大腦的供血

2、不足或中斷時(shí)，由于沒(méi)有氧、葡萄糖和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在葡萄糖和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在35分鐘后腦細(xì)胞就開(kāi)始軟化甚至死亡。為分鐘后腦細(xì)胞就開(kāi)始軟化甚至死亡。為保護(hù)腦組織不受缺血的影響，大腦就需要一種能夠保證相對(duì)穩(wěn)定的供血保護(hù)腦組織不受缺血的影響，大腦就需要一種能夠保證相對(duì)穩(wěn)定的供血機(jī)能，這就是腦血流調(diào)節(jié)機(jī)能。機(jī)能，這就是腦血流調(diào)節(jié)機(jī)能。具有正常的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力對(duì)于腦機(jī)體是至關(guān)重要的。但是，當(dāng)發(fā)生腦卒中、高血壓、腦外傷、腦腫瘤等嚴(yán)重的腦損傷時(shí)會(huì)使腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能下降。目前在臨床上雖然可以控制動(dòng)脈血壓，但由于不了解每一個(gè)體的腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，無(wú)法實(shí)時(shí)的調(diào)整腦灌注壓，也就無(wú)法保證腦血流量的恒定。因此，如果能及

3、時(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)患者的腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，對(duì)腦血管疾病的診斷及治療有重要的指導(dǎo)意義。研究意義研究意義研究意義研究意義大腦自動(dòng)調(diào)節(jié)功能可以簡(jiǎn)單的描述成在當(dāng)灌注壓（cpp）變化時(shí)大腦維持腦血流在恒定的范圍的機(jī)制 。cbf = cpp / cvrcbf = cpp/(8*l)/r4相關(guān)知識(shí)介紹相關(guān)知識(shí)介紹1、肌源性學(xué)說(shuō)2、代謝學(xué)說(shuō) 3、神經(jīng)源性學(xué)說(shuō) 4、內(nèi)皮細(xì)胞源學(xué)說(shuō) 腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的生理機(jī)制還沒(méi)有完全的被解釋.目前主要有4種學(xué)說(shuō)以解釋腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的生理機(jī)制。數(shù)據(jù)采集連續(xù)血壓測(cè)量?jī)x 多譜勒超聲測(cè)量腦血流速度 (tcd)分析dca的數(shù)據(jù)1、 外界模擬abp改變 束帶法通過(guò)使受試者周期的呼吸引起

4、abp周期波動(dòng)等、自發(fā)abp改變 休息狀態(tài)的abp改變 方法介紹方法介紹靜態(tài)腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)分析：研究血壓變化引起的血流變化腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，在沒(méi)有考慮時(shí)間因素條件下。腦血流動(dòng)脈血壓靜態(tài)腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)的上限：當(dāng)動(dòng)脈灌注壓升高到維持腦血流量恒定的最高值時(shí)，腦血管阻力增高到最大限度，如果動(dòng)脈灌注壓超過(guò)該點(diǎn)時(shí)，腦血流則呈線性增高，腦血管阻力反而降低。維持腦血流恒定的最高灌注壓值，即為腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)的上限。腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)上限，是機(jī)體保護(hù)腦組織免受因灌注壓過(guò)高而使腦血流增高的最大耐受能力。若超過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)的上限，則可立即導(dǎo)致腦的過(guò)渡灌注，從而引起腦水腫和顱內(nèi)壓增高等癥狀。自動(dòng)調(diào)節(jié)的下限：若動(dòng)脈灌注

5、壓降低到維持腦血流恒定的最低值時(shí)，腦血流量固定不變，腦血管阻力達(dá)到最低，此值即為腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)的下限。若動(dòng)脈灌注壓下降至低于自動(dòng)調(diào)節(jié)的下限時(shí)，腦血流則呈線性減少。動(dòng)脈灌注壓降低到出現(xiàn)腦缺血癥狀時(shí)，此灌注壓值即為機(jī)體的最低耐受壓。腦血流動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)（dca）動(dòng)脈血壓腦血流速度傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析方法1、tiecks model tiecks1995年提出一個(gè)簡(jiǎn)單的二階微分方程公式去描述腦血壓和腦年提出一個(gè)簡(jiǎn)單的二階微分方程公式去描述腦血壓和腦血流的關(guān)系，它是第一個(gè)試圖去量化大腦自動(dòng)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性。血流的關(guān)系，它是第一個(gè)試圖去量化大腦自動(dòng)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性。 dp = (mabp - iabp)/(iabp

6、- ccp) (4.1) x2 = x2 + (x1 - 2d * x2)/(f * t) (4.2) x1 = x1 + (dp- x2)/(f * t) (4.3)mcav = imcav * (1 + dp - k * x2) (4.4) matlab仿真結(jié)果:在這個(gè)數(shù)學(xué)模型中,定義腦自動(dòng)調(diào)節(jié)指數(shù)ari,從上圖底到上依次定ari=0-9,9個(gè)等級(jí),9代表腦血流調(diào)節(jié)的最佳狀態(tài),0代表自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)能完全消失。 通過(guò)下肢束帶法實(shí)際測(cè)得的曲線與之比較,利用最小二乘方法選擇最符合的曲線，即為受試者實(shí)際的自動(dòng)調(diào)節(jié)指數(shù).在算法中t、d、k分別表示時(shí)間常量、衰減因子、動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)因數(shù)。 由于算法是最先被引

7、入的方法，較為經(jīng)典，被各國(guó)研究者廣泛應(yīng)用。但是tiecks模型完全根據(jù)數(shù)學(xué)公式，引入t、d、k分別表示時(shí)間、衰減因子、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)因數(shù)三個(gè)參數(shù)，并沒(méi)有考慮腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)的生理機(jī)制，同時(shí)由于該算法需要外界干擾血壓和可重復(fù)性較差，所以不是“金”標(biāo)準(zhǔn)。2、transfer function analysis 利用腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)的高頻濾波特性，同步記錄平均動(dòng)脈壓和腦血流速度的自然波動(dòng)曲線，利用譜分析的方法來(lái)評(píng)價(jià)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。把腦血流速度和動(dòng)脈血壓的時(shí)域自發(fā)曲線經(jīng)離散傅立葉變換獲得頻域的動(dòng)脈血壓、腦血流速度功率譜和交叉譜，分析得出腦血流速度和動(dòng)脈血壓相位移。 （f）、v（f）是abp和cbfv的fft頻域轉(zhuǎn)

8、換。通過(guò)頻域轉(zhuǎn)換表明腦血流動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)與頻率相關(guān)，三個(gè)頻率范圍可能有不同的特性：1、低頻部分(0.2hz)有高相關(guān)系數(shù)、較大幅值和較小相位3、中間頻率（0.07-0.2hz）增加的相關(guān)系數(shù)0.5hz、增加的幅值、減小的相位。( )( )* ( )ppgfe p fp f( )( )* ( )ppgfe p fp f( )( )* ( )ppgfe p fp f( )( )* ( )ppgfe p fp f()()*()ppgfe p fp f()()*()pvgfe p fvf22()()()()p vv vp pgffgfgf()()()p vp pgfhfgf1/222( )( )( )r

9、ih fhfh f1()()tan()irhffhfabp自相關(guān)譜abp、cbfv互相關(guān)譜平方相關(guān)系數(shù)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)幅值是由傳遞函數(shù)實(shí)部和虛部求得相位3、physiological models生理模型是一種使用生理參數(shù)（abp、cbf、icp和cpp等）生理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示法，這種模型被用于研究系統(tǒng)的生理和病理機(jī)制。 下面是ursinos的描述血流控制系統(tǒng)特征的一種非線性電子電路模型。通過(guò)電子原器件模擬腦血流循環(huán)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。使用ursinos提供的參數(shù)變量，模型能夠仿真出相應(yīng)的icp和cbfv在生理和病理?xiàng)l件下任意的abp變化。比起上面描述的模型，這個(gè)模型考慮了較全面的一系列腦血流調(diào)節(jié)系統(tǒng)參

10、數(shù)。但是這種模型也是在部分理想假設(shè)的生理?xiàng)l件下 。圖 ursinos 模型4、linear adaptive filter model 在頻率0.04hz-0.2hz范圍abp和cbfv有較高相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)更強(qiáng)線性關(guān)系,使用線性自適應(yīng)濾波器有：算法簡(jiǎn)單參數(shù)相對(duì)較少的特點(diǎn)可以快速跟蹤cbfv變換,量化腦血流較強(qiáng)抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)并且易應(yīng)用到臨床中( ) ( ), (1), (2),., (1)x nx n x nx nx nm12()(),(), .,()mwnwnwnwn()()()tynxnwn()()()()()()tendnyndnxn wn(1 )()2()()wnwnenxn傳統(tǒng)傳統(tǒng)lm

11、s算法自適應(yīng)濾波器算法自適應(yīng)濾波器n時(shí)刻輸入信號(hào)矢量：m是自適應(yīng)濾波器的階數(shù)，加權(quán)向量：濾波器輸出：d （n）為系統(tǒng)的期望響應(yīng)信號(hào)，以e（n）值控制權(quán)向量使得y （n）逼近d（n），權(quán)系數(shù)的修改算法。步 驟系統(tǒng)辯識(shí)5、nonlinear adaptive filter model由于多方面的原因,volterra級(jí)數(shù)模型是非線性系統(tǒng)最廣泛采用的模型.非線性系統(tǒng)的volterra級(jí)數(shù)展開(kāi)是非遞歸級(jí)數(shù)組成的, (針對(duì)二階級(jí)數(shù)和n階濾波器, volterra lms算法)輸入信號(hào)和權(quán)系數(shù).22( )(1).()( )( )( ) (1).( ) ().() (1)()x nx nx nnx nx n

12、x n x nx n x nnx nn x nnx nn010,00,10,1,( )( ).( )( )( )( ).( ).( )( )nnn nn nw nw nwnwnwnw nwnwnwn， ()()()tynwnxn22( )( ) 2 ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )ttte nd nd n w n x nw n x n x n w n1111(1)( )2( ) ()llwnwne n x nl1, 22212(1)( ) 2( ) () ()l llwnw ne n x n l x n l輸出信號(hào)：均方誤差（mse）目標(biāo)函數(shù)的估計(jì)：采用lms算法使目標(biāo)函數(shù)最小化：一階和二階項(xiàng)采用不同的收斂因子線性自適應(yīng)濾波器： mse =6.3391非線性自適應(yīng)濾波器： mse=2.2875異常信號(hào)檢測(cè)與處理步驟：1、選窗 約1s 采樣點(diǎn) 50 2、求pressure and velocity cross-correla