脉搏波的传播与反射及其在动脉硬化检测中的应用

论文摘要

动脉粥样硬化是发生在人体大中动脉的一种高发动脉病变，是导致心脑血管疾病的主要原因。为了深入了解动脉硬化对于人体动脉系统的影响，研制和开发能够早期检测动脉硬化的仪器，有必要进行心血管血液动力学的研究。其中很重要的内容就是对脉搏波的研究。本文立足现代血液动力学理论，力图对脉搏波与动脉硬化的关系做出合理的模拟和解释，以使脉搏波在动脉硬化诊断中得到更好的应用。为此，引入了动脉单位长度顺应性，这样一方面可以把动脉粥样硬化等效于单位顺应性的减小，另一方面可以将描述总体血管特性的弹性腔模型与描述瞬时血压血流的一维传输线模型结合起来。本文首先在一维传输线理论的基础上，由血压和血流的D’Alemben方程推导了在性质不同的两段血管中不同频率脉搏波的反射系数、血管阻抗和血压的关系。根据单位顺应性和脉搏波传播速度、血管阻抗的关系，并利用上述结论分别分析了在单管和分叉血管中，不同部位动脉硬化血管的单位顺应性发生变化时，反射系数和血压的变化。特别针对分叉血管的不同部位出现动脉硬化时，各部分血管中反射波和血压的改变都分别进行了计算。结果表明动脉不同位置的单位顺应性发生改变时，各部分的血压脉搏波形的变化都不相同。而这种变化是无法用整体顺应性来表示的。然后，本文将上面得到的结论应用于无损动脉硬化检测，以是否能够通过脉搏波的变异准确检测出单位顺应性的减小为标准，评价了各种利用脉搏波检测动脉硬化的方法的有效性和优缺点。通过对四种无损动脉硬化检测参数的分析发现，应用本文的分析方法，可以有效解释各种参数标志动脉硬化的机理以及出现理论误差的原因。最后，本文对一些待解决的问题如弹性腔理论和一维传输线理论中存在的简化和近似进行了分析，并对血液动力学的发展方向进行了展望。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 动脉粥样硬化的研究进展
• 1.2.1 医学上对动脉硬化的认识
• 1.2.2 动脉粥样硬化检测的发展现状与趋势
• 1.3 血液动力学理论简介
• 1.3.1 血液在血管中的流动
• 1.3.2 动脉中的脉动流
• 1.3.3 局部几何尺寸变化的影响
• 1.4 本文所做的主要工作
• 第二章 弹性腔与动脉顺应性
• 2.1 弹性腔模型简介
• 2.2 弹性腔模型的发展
• 2.2.1 表观动脉顺应性
• 2.2.2 双弹性腔模型
• 2.2.3 非线性弹性腔
• 2.3 单位长度顺应性
• 2.3.1 单位顺应性和可扩张度
• 2.3.2 单位顺应性的非线性特征
• 第三章 一维传输线理论
• 3.1 Navier-Stokes方程的线性化
• 3.2 Navier-Stokes方程的线性解
• 3.3 脉搏波传播速度
• 3.4 脉搏波反射的一般规律
• 第四章 单位顺应性改变对脉搏波的影响
• 4.1 反射系数、血管阻抗和血压的关系
• 4.2 单管中单位顺应性的改变对脉搏波的传播和反射的影响
• 4.3 血管分叉情况下单位顺应性的改变对脉搏波的影响
• 4.3.1 分叉血管单位顺应性与反射系数的关系
• 4.3.2 不同位置变化时反射系数与血压的不同变化
• 4.4 采用单位顺应性评估动脉硬化的优越性
• 第五章 无损动脉硬化检测方法评估
• 5.1 无损动脉硬化检测方法概述
• 5.2 单位顺应性与脉搏波传播速度
• 5.3 单位顺应性与增强指数
• 5.3.1 由末端血压到中心动脉压的转换
• 5.3.2 增强指数的局限性
• 5.4 单位顺应性与舒张期脉搏波分析
• 5.4.1 舒张期脉搏波分析的原理
• 5.4.2 大动脉弹性指数的误差讨论
• 5.5 单位顺应性与血压振荡波形分析
• 第六章 总结、讨论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 对各种近似问题的进一步讨论
• 6.2.1 非线性问题的线性简化
• 6.2.2 血液粘度的影响
• 6.2.3 血管的粘弹性
• 6.3 血液动力学的发展展望
• 6.3.1 心血管力学生物学
• 6.3.2 心血管系统虚拟现实
• 6.3.3 心血管疾病的诊断与治疗仪器
• 附录A Navier-Stokes公式的线性化
• 附录B 附图
• B.1 单管中单位顺应性改变时,管中压力随之发生的变化
• B.2 分叉血管的一个分支单位顺应性发生改变时,血管中压力的变化
• B.2.1 单位顺应性发生改变的血管内血压与输入血压的比值
• B.2.2 另一个分支内的血压变化情况
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的学术成果
• 学位论文评阅及答辩情况表