双侧脑血流监护仪的设计与脑血流信号处理方法的分析

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1、-重庆大学硕士学位论文1绪论测量血管上游以及下游的指示剂浓度获取血流量。1940年Kety和Schmidt采用一氧化二氮气体作为指示剂，经颈动脉采样首次定量计算出人的脑血流指标。此方法经过不断改进，在医学分析和临床上得到长期应用，直到2001年仍有采用吲哚花青绿作为指示剂准确测量脑血流的相关报道[1]。指示剂稀释法可以较准确的检测脑血流，但是对被测量对象有创伤。综上所述，这些方法在脑血流监测方面均具有较大的局限性，更难应用于床旁的连续实时监护。生物电阻抗是一个边缘性的分析领域。由于生物电阻抗技术具有无创、操作简便、信息丰

2、富和可连续长时间进行测量等优点，医生和病人均易于接受。80年代以来中外学者加强了基础理论和检测方法的分析，目前已在心、脑、肺、肢体等循环功能检测领域得到广泛的应用，并不断取得进展。对生物组织电特性的分析可以追溯到18世纪，而把生物阻抗测量与生物功能 首先联系起来的是Nyboer，他利用电阻抗体积描记和分析动脉脉冲波与流入人体器官中的动脉血流，还将阻抗特性用于人体肢体测量并获得了较好的效果。后来在此基础上Henry等人开始了用生物电阻抗测量来评价人体成分的方法的分析，分析结果初步显示了阻抗法分析人体成分的可行性与有效性。阻

3、抗体积描记法，是采用生物电阻抗技术提取与人体生理、病理状态相关的血液动力学信息的一种无创的电测量方法[34]。与心电图、脑电图、肌电图不同的是，它所记录的不是体内电势的变化，而是电阻抗的变化。它借助置于生物体体表的电极系统，向生物体的特定部位通以过机体无损伤的微弱的、高频的交流电流，描记出生物体的电阻抗随时间的变化，据此来反映体内波动性血管或呼吸所造成的容积的变化。通过测量头部组织体积变化获得血流量，能够反映颅内大血管内血液流速的变化以及动脉弹性状态，为长时间连续动态的监护脑血流提供了一种可行的方案。1950年Polze

4、r和Schuhfried首次采用电阻抗方法测量脑血流。他们将两个电 极放置在单侧颈动脉阻塞患者的头部，并测量其对于20KHz交流信号的电阻抗变化值。测量结果表明在阻塞一侧的阻抗变化幅度明显减小，提示可以通过这种方法对脑血流进行测量。由于当时脑血流测量十分困难，并且当时唯一的脑血流测量技术——指示剂稀释法是有创伤测量方法，因此无创伤、易操作的脑血流图迅速引起神经科学方面科研和临床的高度重视，并得到快速发展。1957年Jenkner引入了脑血流图的概念，并对电阻抗脑血流测量方法进行了详细的阐述。早期的典型脑血流测量系统采用两

5、电极法，恒流激源频率为70KHz，峰峰值为1mA。由于双电极法易受边缘效应的影响，Lechner和Rodler发展了采用单一激励源，头部左右两侧分别测量阻抗变化的脑血流图方法。此方法采用四电极，减小了边------4------重庆大学硕士学位论文1绪论缘效应的影响[12]。医生通过比较头部两侧的脑血流，可以方便诊断大脑单侧发生的脑供血异常，因此在临床上得到了广泛的应用。电生物阻抗技术具有价格低、使用方便、可靠、安全，易于操作等特点，且无需接受特殊培训，能够进行无创伤测量，因此愈来愈受到人们的重视。它目前已广泛应用于人体

6、组成成分的分析，阻抗成像，细胞内外液分布以及脂肪分布等诸多方面，并取得了较好的效果。设备的低成本更使得电生物阻抗技术的大范围推广成为可能。1.3课题主要的分析内容本课题主要完成导纳式双侧脑血流监护系统硬件电路及其相应的软件部分的工作，并结合脑血流波形在信号处理上做了一定分析：1）设计并建立了一个高精度和高稳定度电流和频率连续可调的正弦波恒定电流源模式下的脑血流监护系统，具体包括：电极、激励源、阻抗解调、高低通滤波、低通放大、A/D转换、数据采集与波形显示软件。2）分析了关于脑血流信号的一些处理方法，并结合实验验证了效果。

7、 3）获得了人体头部实测的脑血流图波形，并计算出相关指标参数。 4）通过临床实验分析人体头部血管功能状况与脑血流图相关指标参数之间的关系，并给出相关评判标准。5）分析了系统的性能，对不足之处给出改进意见。------5------重庆大学硕士学位论文2脑血流信号检测基本原理及方法2脑血流信号检测基本原理及方法本章从生物医学信号的特点、生物电阻抗方面详细介绍了医学信号检测的基本原理及方法。对生物电阻抗原理在临床中的重要应用——阻抗图和导纳图进行了阐述，进而将其进行比较，得到“用导纳图技术测量生物体的容积变化效果好”的结论，

8、并就生物电阻抗技术存在的问题和发展方向做了一定的分析。1.1生物医学信号2.1.1生物医学信号的特点一般地说，在处理信号时，首先需要了解处理对象的性质，以便于选择适当的处理方法。因此，我们首先讨论生物医学信号的特点。生物医学信号源于生物体，其种类繁多，如心电、脑电、肌电、皮肤电等等，而且产生机理相当复杂[21]。但仍