生物医学磁感应相位移技术应用于脑血流的实验研究.docxVIP

摘要脑血管疾病是指脑血流异常而引发的各类脑部疾病，是一种严重危及人类健康和生命的多见病和常发病，具有很高的发病率、致残率、死亡率和复发率，是导致中老年人残疾和死亡的主要疾病之一。全球每年约有460万人死于脑血管病，是导致人类死亡的第二大原因。人脑的新陈代谢旺盛、生理功能复杂、无储备的能源物质，因此脑的耗氧量大，对血液供应的依赖性强。当脑血流异常阻断1～30s，脑细胞会受到一定程度的损害，多数能恢复正常；而当脑血流阻断3～5min时，脑细胞会受到严重损害，少数能恢复；要是脑血流连续阻断30min及以上，脑细胞会完全坏死、丧失功能。目前，临床上没有实时连续监测脑血流的方法和技术，因此，发展一种脑血流实时连续监测技术，对于脑血管疾病的早期预防和诊断有着非常重要的意义。本课题首先研究了磁感应相位移技术的基本原理和脑血流的基本电磁特性，根据该基本理论，针对目前监测脑血流的设备和手段的不足，建立了一套基于磁感应相位移方法的无创非接触脑血流检测系统。系统采用自制的平面线圈传感器，通过高相位稳定度的信号发生器产生激励信号作用于该传感器，将被测头部置于传感器中心，由于电磁感应的作用，周期性变化的脑血流信号受激励磁场的影响，产生扰动的磁场，通过检测线圈接收到扰动的磁场，激励信号和检测信号同时被数据采集卡采集到，送入上位机中。利用LabVIEW软件编程鉴相、存储和显示，与此同时，同步采集心电信号，以便用来标定人体心脏状况的好坏。在脑血流信号处理的过程中，针对基线漂移的特点，分别采用小波变换法、高通滤波法和三次样条插值法去除基线漂移干扰，得到了较好的MIPS信号波形，为MIPS信号的特征提取与统计分析奠定了基础。为验证系统的可行性，作者首先进行了物理模型实验，采用微型泵和橡胶管分别模拟心脏泵血和血管搏动，物理实验结果表明MIPS方法测得的信号代表橡胶管的舒张与收缩，反映了橡胶管搏动的物理机制。为了进一步验证该实验系统检测脑血流的可靠性，课题组选择了10名健康志愿者进行临床实验，由于测得的MIPS信号波形面积，可用来反映受试者脑血流量的变化，作者对测得的信号进行了信号处理及波形面积的计算，以便统计分析同一个体的重复性和不同个体之间的差异。实验结果表明测得的信号波形形状类似于脉搏波，反映了脑血流的周期性变化，MIPS信号主频范围为0.9~1.2Hz与心电信号频率具有一致性。通过统计分析同一位受试者的多次重复实验面积数值，如2号受试者的面积均值与方差为0.0254±0.0005266，表明系统对于同一受试者的测量重复性较好；而通过对10名受试者的实验结果进行多重比较，发现10名受试者的实验结果之间具有显著性差异。实验结果表明该系统能够实时监测局部脑血流的变化，反映了局部脑血容量的变化，且系统具有非接触、精度高、灵敏度高、可连续监测等优点，作为一种监测脑血流的新手段,具有潜在的实用价值。关键词：脑血流，磁感应相位移技术，数据采集，波形面积ABSTRACTCerebrovascular diseases are that all kinds of brain diseases caused by abnormalities of cerebral blood flow. It is seriously threatened human health and life,with high percent of incidence, recurrence,disability and mortality. It is also one cause of disability and death in the elderly major diseases. The number of worldwide people who have been died from cerebrovascular disease is about 4.6 million and it is the second leading reason of human death. Due to vigorous metabolism and complex physiological function, brain needs a large number of oxygen and has not reserve energy source, so it is strongly dependent on blood. When the cerebral blood flow was interrupted 1~30s, the brain cells would be damaged, it could be recovered. When the blood flow was inte