第一心音特征与心脏血流动力的关系分析

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1、大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1研究背景与意义心血管疾病，又称循环系统疾病，是指与血液循环系统有关的疾病。在我国，心血管疾病发病率居高不下，且呈现出明显的年轻化趋势。2013年，中国国家心血管病中心发布的《中国心血管疾病报告2012))显示，我国现有心血管疾病患者约2．9亿，大约每年将有350万人死于心血管疾病，占到所有死亡原因的41％，高居各类死因榜首【11。由于心血管疾病的三高特性(即高发病率、高致残率和高死亡率)，使得它已成为我国乃至全世界的重大公共卫生问题，因此加强心血管疾病的防治工作已刻不容缓。作为心血管疾病初步诊断的一种重要途径，心

2、脏听诊发挥了不可替代的作用。心脏听诊是使用听诊器听取体表心音信号并据此做出疾病诊断的一种常规方法，它具有操作简单、无创和价格低廉等特性。但是心脏听诊也存在明显的缺点，比如它要求听诊者必须具备丰富的医学知识和经验。为了精确地检测和诊治心血管疾病，理解心音的产生原理就显得尤为必要。我们知道，心血管结构的生理及病理改变、呼吸作用等许多因素都会改变心脏的血流动力，从而导致心音产生变化。由于心音的产生与心脏血流动力密切相关，因此在理解了它们之间的关系后，就可以通过数学建模的方式定量地研究不同的心音特征与心脏血流动力之间的关系，从而通过心音的特征实现对人体血流

3、动力、心脏收缩性能以及呼吸功能的监测。比如，早期的研究只是定性研究了心音幅度特征与左心室血压上升速率之间的关系。通过数学建模的方式研究了它们之间的关系后，就可以通过体表心音的幅度特征对左心室血压进行实时监测。这种方法能有效避免有创实时测血压的诸多弊端。心音特征的定量分析为研究心脏血流动力与心血管系统之间的相互作用提供了途径，同时，对心血管疾病的诊断和治疗也具有重要的参考意义。1．2国内外研究现状研究者们普遍认同，第一心音的产生与心脏血流动力密切相关，并且对此做了大量研究。1954年，Leathamt2】分析了健康志愿者的心音图后发现：从时间先后顺序

4、看，第一心音中存在2个相隔较近的高频分量(间隔时间为20ms～30ms)。进一步研究发现：第二个分量发生在主动脉压上升之后，是由三尖瓣关闭导致的，并将第一个分量的产生归因于二尖瓣的关闭。在Luisada【3】和Minhas[41等人的研究中，同样发现第一心音存在两个高频分量，且将第一个分量的产生归因于二尖瓣的关闭，然而他们认为主动脉瓣的打开导致了第二个分量的产生。Heintzen[5J等通过研究儿童的心音数据得出的结论则进一步验证了Leatham的观点。1958年，Luisada[6】等研究了选择性滤波后的心音信号(保留第一心音特征与心脏血流动力的

5、关系研究60Hz．100Hz之间的信号)。研究发现第一心音包含三组振动：从时间先后顺序看，第一组是低频振动，由心肌收缩产生；第二组是高频振动，由瓣膜运动产生；第三组也是低频振动，由血管效应产生。同时，第二组高频振动由四个部分组成，按照时间先后顺序它们分别对应着四个瓣膜的启闭：二尖瓣关闭，三尖瓣关闭，肺动脉瓣打开，主动脉瓣打开。Braunwald[7。9】等着重研究了上述四个瓣膜的关闭时间顺序，进一步验证了Luisada的观点。1961年，Rushmer[10】等研究发现：心音不是由于瓣膜运动产生的，而是由血流的加速与减速产生的。1963年，Shah

6、[11】等研究发现第一心音存在三个分量：从产生时间的先后顺序看，第一个分量发生在二尖瓣关闭之后，与左心室血压一阶导数(左心室血压上升速率)的快速上升时刻相对应，因此，二尖瓣关闭不是其产生的主要因素；第二个分量发生在主动脉瓣打开之前，与左心室血压一阶导数的突然改变相对应，其产生与右心事件无关；第三个分量发生在主动脉瓣打开之后，似乎与主动脉壁张力的突然增大有关。Shah等人的结论也进一步证实了RusllIIler【loJ的观点，同时也使得研究者们开始着重研究心音和左心室血压上升速率之间的关系。1961年，Dock[12】等发现：当心脏血流动力发生改变时

7、，左心室血压最大上升速率和第一心音幅度之间始终是线性关系。在Sak锄oto【13，14】等人的研究中，研究者使用了不同药物改变狗的血流动力，研究结果显示：只有左心室血压最大上升速率与第一心音幅度之间存在线性正相关的关系，～此结论也验证了Dock的观点。后来，该结论被进一步证实，并应用于左心室收缩功能异常的快速检测中【15】。1972年，La越er【l6】等研究了一组二尖瓣疾病患者的心音数据，发现左心室血压上升速率越大，第一心音二尖瓣分量(又称M分量)的幅度值就越大。在Luisada【l7]等人的研究中，志愿者通过运动的方式改变自身的血流动力，结果显

8、示：心音的幅度随着左心室血压上升速率的改变而改变。1989年，Hasen[18】等人对动物实验数据统计分析后定性地指出：左