一种穿戴式心肺监测系统的设计及其试验研究

目的:设计一种穿戴式心肺监测系统,并通过人体初步试验验证该系统的性能。方法:该系统由数据采集器、穿戴胸衣以及信息管理平台组成。其中,数据采集器以EFM32GG330单片机作为主控单元(microcontroller unit,MCU),其内部主要包括呼吸调制模块、心电调制模块、体位调制模块、无线通信模块(含蓝牙模块和Wi-Fi模块)、存储模块、电源管理模块等。穿戴胸衣采用开衫式结构设计,内侧设计有心电传感器和呼吸运动传感器。信息管理平台采用客户端/服务器(Client/Server,C/S)架构,通过Java/JavaScript实现软件编程。通过人体初步试验,将该系统与医院常规使用的迈瑞IPM10多参数监护仪进行对比,验证该系统监测人体心率及呼吸率的有效性。结果:该系统可长时间连续监测人体的心率和呼吸率,且监测结果与迈瑞IPM10多参数监护仪的监测结果具有很好的一致性。结论:该系统可用于训练或运动中的心肺指标医学监测,为健康管理提供精准的生理信息。

基于心率变异性的长航时模拟飞行疲劳评估

目的分析长航时模拟飞行中执行夜间飞行任务的驾驶员的状态,初步对受试者夜间执行任务的状态和可能预警点进行评估。方法选取8名健康男性,每2人一组分别执行机长和副机长的任务,共4组,开展模拟48 h连续飞行任务,其中,机长和副机长进行轮班制度,每飞行4 h进行45 min的睡眠以及45 min的恢复,根据该模拟飞行任务中所采集的心电数据,利用心率变异性(HRV)方法对试验对象的疲劳程度进行分析。结果HRV指标区分疲劳与非疲劳状态准确率大于90%的段落主要分布在夜间,且上半夜相较于下半夜飞行员的疲劳程度更大,试验第2日相较于第1日飞行员疲劳感更为明显。结论HRV分析体现了不同状态下的自主神经系统变化,通过结合相关分类模型,可靠地区分了模拟飞行试验中飞行员的疲劳与非疲劳状况。

一种适用于微动敏感床垫的呼吸努力识别的新算法

本文提出了一种适用于微动敏感床垫的检测呼吸努力的新算法。该方法首先对胸冲击图进行预处理,突出其中呼吸努力的成分,然后利用基于呼吸努力的形态特征和幅度跨度相似性的算法,初步检测出呼吸努力,并在总结呼吸努力在床垫系统上动态响应的特点的基础上,提出了基于胸冲击积分信号自相关变换功率谱分布的呼吸努力校正方法,对呼吸努力进行校正。本方法的检测结果与食道内压的检测结果对比表明,本算法可以识别出典型的呼吸努力,并与食道内压检测结果对应性良好。

星状神经节后心下交感神经同步电活动的记录及预处理方法

目的: 建立提取心下交感神经电活动的动物实验、记录及预处理方法. 方法:采用猫做为实验动物模型,信号通过生理数据采集系统记录,运用自回归模型谱分析法、有限冲击响应数字滤波器以及基于成组t检验的算法对原始信号进行预处理. 结果: 获得具有明显同步特征的心下交感神经电活动信号,提取出 4种可用于进一步分析的电活动特征参数.结论:动物模型及记录系统能够实现心下交感神经电活动的准确记录,预处理方法从原始信号中提取出电活动特征参数.

星状神经节后心下交感神经放电活动的DFA分析

本文采用猫做为实验动物模型,运用去趋势波动分析的方法,对星状神经节后心下交感神经电活动的分形性质进行了分析。实验结果表明,该电活动无论是在发放方式上还是在发放强度上,都具有明显的分形特征。此结果有助于揭示HRV中分形成分产生的原因,并具有重要的基础研究意义。

交感神经放电特征分析的研究进展

对交感神经电活动的分析方法进行分类,介绍国外各小组在交感神经放电特征的统计学分析、功率谱分析、非线性动力学分析以及和其它生理指标的多变量耦合分析方面所取得的研究进展,总结当今交感神经电活动分析上存在的问题和缺陷,并展望这一工作的发展趋势。

采用低频旋转磁场治疗高原红细胞增多症的可行性研究

高原红细胞增多症(HAPC)是最典型、最具有代表性的慢性高原病,发病率高、危害严重,且常成为其它慢性高原病的初始肇因。HAPC的治疗属于世界性难题,目前有物理治疗和药物治疗。前者以放血疗法或血液稀释疗法为代表,虽有一定效果但不是病因治疗,复发率高;后者近年来取得一定进展,但有效性和安全性均有待进一步验证。大量文献表明:旋转磁场可改善红细胞血液流变学特性,可促进微循环。基于此,通过研究观察低频旋转磁场对红细胞增生的作用,以探索治疗高原红细胞增多症的新方法。使用低频旋转磁场系统对6名志愿者进行治疗,从红细胞计数、红细胞压积、血红蛋白浓度、血尿酸等4个方面对治疗效果进行评估。经过低频旋转磁场治疗14 d后(60 min/d),患者的红细胞计数、红细胞压积、血尿酸平均值分别降低7.87%、9.67%、31.59%,而血红蛋白浓度则较为稳定(仅降低3.61%)。初步的试验显示,低频旋转磁场对治疗红细胞增生有一定的效果,有望被用于辅助治疗高原红细胞增多症,但其作用机理和临床效果还需要进一步的研究。

考虑个体特征的非脑电睡眠分期

利用非脑电信号进行睡眠分期是睡眠医学的重要课题。提出一种自动分期算法,利用心率、呼吸率、血氧饱和度和体动信息。首先对前2种信号进行模式描述,形成描述单元;描述单元在规则库的指导下吸纳其他通道的特征,最终形成对应某个分期的完整描述;再用不确定推理的方法完成分期。实验表明,病人的分期符合率和健康人保持在同一个水平。整个算法模拟了人的思维过程,可扩充性强,具有良好的临床应用前景。

利用心率的去趋势波动分析提取睡眠呼吸暂停低通气综合症患者的睡眠结构信息

以经基于心率变异性的睡眠分期大都是针对健康人进行的,拟利用心率变异性分析睡眠呼吸暂停低通气综合症(SAHS)病人的睡眠结构。根据微动敏感式床垫式睡眠监测系统(MSMSMS)所得10名健康者的心率和30名不同程度SAHS患者的心率,利用去趋势波动分析(DFA)方法,计算他们在各睡眠阶段的标度指数。实验结果显示,SAHS患者各个睡眠阶段的标度指数具有明显差异,与健康者也有不同,为基于心率变异性对SAHS患者进行睡眠分期以及SAHS患者的判定提供了依据。

基于光电容积脉搏波特征信息的睡眠呼吸事件判别

研究脉搏波特征信息与睡眠呼吸事件的关系,实现对呼吸事件的初步判别。采用小波变换的方法分析光电容积脉搏波,提取特征参量,结合专家经验校正后的呼吸事件分布,寻找这些参量与睡眠呼吸事件的相关关系,确立呼吸事件的初步判据,并用于呼吸事件初步判别。研究了5位受试者夜间脉搏波信号,专家校正的一晚呼吸事件总数为1239次。结果表明,呼吸事件初步判别的符合率在91%以上,尤其对于患有中重度OSAHS的病人,符合率可达96.1%。本研究提供了利用脉搏波特征参量进行呼吸事件初步判别的理论根据和实现方法。

基于微动敏感床垫式睡眠监测系统的心率检测

在睡眠监测系统中,心率检测是实现其功能的重要参数之一。本文针对新一代微动敏感床垫式睡眠监测系统提出了一种直接从床垫上获取心率的算法。该算法首先对床垫系统所得信号预处理,即滤波和体动判别,然后利用信息融合筛选最优信号来判断心跳特征点。和脉搏波心率对比结果表明,本算法所得床垫心率可以正确反映被测者平静状态下的心动周期和整晚心率变化趋势,为实现无负荷睡眠监测打下基础。

多通道医学信号控件的研制

目的:设计研制多通道医学信号控件,以便于快速高效地开发出稳定可靠的医学信号分析软件系统。方法:针对生物医学信号多种多样、复杂多变、分析处理任务繁重的特点,研究各种医学信号分析软件系统的功能需求,从中梳理出常用、共性的功能模块,研制ActiveX控件实现这些功能。结果:该控件可以在新型和传统医学信号仪器(如床旁监护仪、心电HOLTER、睡眠监测仪等)的信号分析软件系统研制中作为开发部件使用,也可以用于科研软件工具开发,具有可移植、可复用、易升级和便于快速高效组装的特点。结论:在睡眠和心电图分析软件系统开发中成功地使用了该控件,取得了良好的效果。

基于常压低氧舱的人低氧耐力辨识与调控

目的针对由低氧分压引起的高原急性反应问题,设计了一种可以模拟高原环境的常压低氧舱。基于常压低氧舱对人的低氧耐力进行辨识与调控。方法充分利用舱体的漏气性通过控制进气量实现对舱体的精确控制。通过科学的低氧训练,融合血氧饱和度、心率、呼吸率、睡眠时间、深睡时间、呼吸暂停指数6项指标对人的低氧耐力进行辨识与调控。结果实现了舱体的精确控制,人的低氧耐力得到有效辨识与提高。结论常压低氧舱的间歇性低氧训练是一种科学有效的低氧耐力调控与辨识手段。

关于健康医学模式的思考与解读

本文从人体复杂系统和中国传统医学出发,针对当前疾病医学所面临的问题,提出了健康医学模式的背景、基础、概念和内涵。揭示了其宏观的工程化途径,对健康医学模式所关注的人体自组织系统进行了详细的阐述,并讨论了健康医学模式与疾病医学模式的区别。

量化“象思维”:睡眠过程参数中医解读的探索

中医"象思维"的客观表达和量化,不仅是中医药工程本身,更是真正实现和发展中医现代服务的必须环节。本文探讨了以连续动态睡眠生理参数的中医解读为例,进行中医"象思维"的客观表达和量化的可能性及必须性,认为在现代科技给予的丰富可能的前提下,探索宗古而不泥古的中医象思维现代表达,前景光明。

无创体核温度测量方案及其模拟研究

目的建立一种简便易行的,通过皮肤温度估计体核温度的连续、动态、长时间无创体温监测新方法。方法提出通过人为改变环境温度(Te)而获得个性化的绝热材料热阻(Re)对体表组织热阻(Rc)比值的途径,实现从皮肤温度(Ts)中扣除环境温度(Te)影响,从而达到从皮肤温度(Ts)测值中估计体核温度(Tc)的方案和具体测量方法,并用自行设计的模拟体温发生器对此方案进行了可行性和准确性验证。结果体核温度估算值和体核温度测量值的相关系数为0.996,估值误差小于0.2℃。结论该方案估计的体核温度很好地反映并跟随实际体核温度变化,在实现体温各异性测量中消除了环境温度变化所带来的影响,实现了体核温度长期、动态、无创的监测。

低氧生理反应的“类推拉效应”实验观察

目的模拟低氧生理反应的"类推拉效应",即从高氧分压环境快速切换至低氧分压环境时的人体生理反应。方法实验对象为6位青年男性,分别经历由常压常氧和常压50%高氧分压环境阶跃式切换到低氧分压(12.9%,模拟4 km海拔)环境,静坐30 min。整个过程连续测量其血氧饱和度、心率、呼吸波等生理参数。结果 (1)比较由常氧至低氧环境,受试者经历高氧到低氧环境时,SpO2的下降幅度均更显著;(2)氧分压变化时间约2 min;(3)受试者的生理参数反应模式和趋势呈现明显的个体差异。结论证实了自主设计的常压低氧舱的可行性,初步模拟了低氧生理反应的"类推拉效应",观察到一些有价值的现象,为进一步研究以及减轻此类效应对于飞行人员可能造成的不利影响提供了基础数据。

采用低频旋转磁场干预高原慢性低氧损伤的初步研究

目的探索使用低频旋转磁场对高原慢性低氧损伤的干预效果。方法选取11名志愿者进行连续14 d(60 min/d)低频旋转磁场干预,在干预前后测量血压、血氧饱和度、血常规和血生化等指标。结果经过低频旋转磁场干预后,红细胞计数、血红蛋白浓度、红细胞压积和血尿酸的下降幅度分别为6.16%、5.92%、6.06%和5.61%。与干预前指标相比较,干预后红细胞计数、血红蛋白浓度、红细胞压积下降幅度差异均有统计学意义(t=2.56、2.89、2.41,P=0.014、0.008、0.018),且受试者的收缩压、白细胞计数和血小板计数均有下降(t=2.49、2.91、3.46,P=0.016、0.008、0.004)。结论低频旋转磁场干预改善血液循环的红细胞功能调控,可以有效缓解高原慢性低氧损伤,未来有望形成基于人体自组织能力的系统化的慢性高原病防治方案。

低氧环境下血氧序列的多尺度熵分析

文章运用多尺度熵的方法,对低氧环境下血氧序列进行分析。研究发现,与传统的均值分析法相比,多尺度熵分析能反映机体适应低氧的动态过程;而与只在最小尺度上估计序列长度m与m+1之间不同的样本熵相比,多尺度熵计算时间序列在多个尺度上的样本熵值,体现了时间序列在尺度上的无规则度,可以更全面的提取血氧信号的有效信息。研究结果表明,多尺度熵的血氧序列分析能对人的低氧耐力进行辨识,是一种研究机体低氧调节过程的可靠分析方法。研究还发现,多次的低氧刺激会对人体产生习服作用,机体表现出对低氧环境的记忆性。

反射式小鱼际脉搏血氧计的研制及人体实验校准

脉搏血氧计是用于无创监测人体动脉血氧饱和度的常用仪器,其中大多数采用透射式工作模式,因此只能应用于指端,耳垂等肢体末端部位。此类脉搏血氧计存在着长期监测时佩戴不舒适以及肢体末端低灌注情况下测量准确度低的问题。针对上述问题,基于反射式测量动脉血氧饱和度的原理研制了一种应用于手掌小鱼际处的手套式脉搏血氧计,并采用人体低氧实验的方式对光吸收比例系数与血氧饱和度的关系曲线进行了定标,实验结果表明该脉搏血氧计的准确度较高,可以用于动脉血氧饱和度的监测。