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基于径向共振理论的人体脉搏谐波分析研究

作　者: 马镇钧
导　师: 李江
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 心血管系统共振理论流量理论脉搏谐波
分类号: R318
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在大多数血液循环系统理论当中,动脉被看作是血液流动的管道,但是在实际的人体生理系统中,心脏仅仅用了1.7瓦的输出功率,面对着动脉系统的复杂结构,克服了动脉管道的层层阻力,并将血液输送到身体的每一个角落。如果把动脉血管当作是血液流动的管道,这种输送效率是没有办法达到的。因为在动脉系统的能量分配当中,由动脉管壁振动所储存的弹性势能占了98%,远远超过血液本身流动的动能,因此共振理论把动脉系统看作是血液压力波的传递系统,心脏将血液泵出后,撞击在主动弓脉的弯曲上,用来增大血液压力波的振幅；这个血液压力波在经过动脉系统传送到末端之后,再通过末端的毛细血管床的小开口,将血液推送到毛细血管,完成供血的任务；各器官通过与心脏的跳动达到良好的共振,从而大幅度地提高动脉系统血液输送的效率。通过这个理论,循环系统的高输送效率才能得到解释。脉搏波的频域分析为脉搏波的研究提供了新的思路。在频域分析方面,基于血液循环径向共振理论,证实了传统医学脉诊诊断的真实性和科学基础,使得脉搏波的谐波分析方法有了理论上的意义,并在一系列的实验研究中取得了进展。本文的主要内容有：1)、动脉系统血液循环原理的研究。分别分析了西方医学在血液循环理论上的瓶颈,中国传统医学在循环系统上面独到的见解,以及基于血液循环径向共振理论的脉搏谐波分析的新方法。2)、流量理论与共振理论的推导和比较。分析了弹性贮器模型,泊肃叶方程,莫恩斯-柯特维格方程,沃姆斯莱数方程的不足之处,进而研究了径向共振理论的推导过程和理论解,表明共振理论更符合实际的心血管系统生理学构造。3)、设计和实现了人体脉搏信号采集和处理系统。完成了系统的硬件设计和软件开发。系统硬件包括脉搏传感器,信号调理,模数转换,USB通信等。软件基于Labview平台开发。采用小波变换的方法,达到了去除脉搏波当中噪声的目的。4)、禁食对人体脉搏波各次谐波的影响实验研究。本实验通过分析人体在禁食条件下和恢复饮食条件下的桡动脉脉搏的各次谐波幅度变化,来研究人体对禁食情况下的生理反应。实验结果表明,在人体持续禁食的过程当中,脉搏波各次谐波确实会发生相关的变化：桡动脉脉搏波的二次谐波的幅值在禁食的情况下显著增加,而六次谐波的幅值在禁食的情况下显著下降。而随着恢复饮食,桡动脉脉搏波的二次谐波和六次谐波都逐渐恢复到原有水平。根据血液循环的共振理论,谐波的幅值跟血液分配的比例有关,这些结果显示,在禁食情况下,人体有一个重新分配血液的趋势,来调整人体各个组织和器官的能量分配。进一步证实了传统医学脉诊诊断的真实性和科学基础。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目次  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 研究背景  13-17
    1.1.1 当前流行循环系统理论的瓶颈  14-15
    1.1.2 传统医学的循环系统观点  15-17
  1.2 研究现状  17-21
    1.2.1 血液循环的径向共振理论  17-18
    1.2.2 基于径向共振理论的脉搏谐波分析  18-21
第二章流量理论与共振理论的推导和比较  21-39
  2.1 引言  21
  2.2 流量理论模型的缺点  21-26
    2.2.1 弹性贮器模型  22-23
    2.2.2 泊肃叶方程  23-24
    2.2.3 莫恩斯-柯特维格方程  24
    2.2.4 沃姆斯莱数方程  24-26
  2.3 径向共振理论的提出  26
  2.4 径向振动方程的推导  26-35
  2.5 径向振动方程的理论解  35-38
    2.5.1 外力为脉冲波时  35-37
    2.5.2 外力为周期波时  37-38
  2.6 共振理论的循环系统架构  38-39
第三章人体脉搏信号采集和预处理系统  39-58
  3.1 脉搏信号采集系统架构  39
  3.2 脉搏采集位置的选择  39-40
  3.3 脉搏传感器  40-43
    3.3.1 光电式原理脉搏传感器  41
    3.3.2 压电式脉搏传感器  41-43
  3.4 AD转换和USB通信  43-45
  3.5 Labview框架下的脉搏信号采集和存储  45-49
    3.5.1 Labview开发平台  45-46
    3.5.2 数据采集DAQ系统  46-49
  3.6 基于小波变换的脉搏信号去噪  49-57
    3.6.1 小波变换理论  50
    3.6.2 信号降噪的常见准则  50
    3.6.3 小波变换用于信号降噪的过程  50-53
    3.6.4 由初始的信号决定各级的阈值  53-54
    3.6.5 基于样本估算的阈值大小选择  54-55
    3.6.6 小波降噪后效果  55-57
  3.7 本章小结  57-58
第四章禁食前后脉搏的谐波变化实验  58-68
  4.1 引言  58-59
  4.2 实验综合设计  59-60
    4.2.1 实验对象  59
    4.2.2 实验方法  59-60
  4.3 数据处理和分析  60-63
    4.3.1 离散傅里叶级数展开  60-62
    4.3.2 符号定义  62-63
  4.4 结果和讨论  63-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章总结和展望  68-70
  5.1 研究工作总结  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-76
攻读硕士学位期间的研究成果  76

基于径向共振理论的人体脉搏谐波分析研究

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