顱內(nèi)壓動力學仿真及現(xiàn)代信號處理.pdf

1、顱內(nèi)壓(IntracranialPressure，ICP)的研究在臨床上有著十分重要的意義。內(nèi)外多種原因會導致顱內(nèi)壓變化，而心博、呼吸、以及神經(jīng)調(diào)節(jié)等的影響也會使顱內(nèi)壓出現(xiàn)波動。本文的研究在動物實驗的基礎上建立了顱內(nèi)壓動力學集中參數(shù)模型和黑箱模型，仿真了實驗中顱內(nèi)壓增高下各種顱內(nèi)壓波形的變化情況；借助現(xiàn)代信號處理的方法研究了各種病理情況下顱內(nèi)壓信號以及對顱內(nèi)狀態(tài)判斷的提示。本文主要工作和結果如下： 1．在動物實驗的基礎上建立了反

2、映顱內(nèi)壓動力學變化的集中參數(shù)模型，模型中包含了腦血管床、腦脊液的生成和吸收、顱腦順應性等模塊以及這些模塊之間的相互作用，利用實測動脈血壓和實測動物注水量為輸入較好地模擬了實驗動物顱內(nèi)壓波形在各種實驗條件下的變化。 2．為研究腰區(qū)腦脊液壓(LCP)在顱內(nèi)動力學中的作用，模型中加入LCP模塊。以實測LCP和系統(tǒng)動脈血壓為輸入，重現(xiàn)了顱內(nèi)壓的一系列變化過程。秩和檢驗顯示模擬的顱內(nèi)壓波形和實驗測得的無顯著性差異。仿真模型中控制參數(shù)的變化

3、和實驗動物的生理變化相吻合。 3．采用黑箱模型，傳遞函數(shù)刻畫顱內(nèi)各系統(tǒng)，以實測的系統(tǒng)動脈血壓、腰區(qū)腦脊液壓和部分顱內(nèi)壓數(shù)據(jù)為輸入，經(jīng)歷顱內(nèi)響應，獲得較好的全部顱內(nèi)壓仿真波形。這表明顱內(nèi)壓動力學過程中，顱內(nèi)壓和腰區(qū)腦脊液壓之間相互聯(lián)系、相互作用。 4．顱內(nèi)壓富含大量生理信息。采用現(xiàn)代信號處理的方法初步研究了顱內(nèi)壓信號，并揭示了顱內(nèi)信號的改變與顱內(nèi)狀態(tài)的變化之問的關系。用小波包變換在整個頻段內(nèi)對顱內(nèi)壓信號進行分解，考察了每一

4、個頻段上顱內(nèi)壓信號的能量分布。結果顯示在一定頻段上顱內(nèi)壓信號的能量分布出現(xiàn)波動，而這種波動和顱內(nèi)狀態(tài)惡化相關。 隨后采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法，以小波包分解的能量分布為輸入數(shù)據(jù)，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡對顱內(nèi)壓信號進行分組，結果基本和顱內(nèi)狀態(tài)一致。這可為從內(nèi)壓波形有效判斷顱內(nèi)狀態(tài)提供依據(jù)。 最后對顱內(nèi)壓信號進行非線性分析顯示，隨著顱內(nèi)狀態(tài)的惡化，顱內(nèi)壓信號逐漸表現(xiàn)出非線性，二者之間存在一定的聯(lián)系。 本文工作特色和成果

5、 1．目前顱內(nèi)壓動力學模型中考慮腰區(qū)腦脊液影響的研究鮮見報道，本工作根據(jù)顱腔和脊髓腔的相連通性，在顱內(nèi)壓的集中參數(shù)模型中包含了腰區(qū)腦脊液壓模塊，并通過腰區(qū)腦脊液壓很好預測了顱內(nèi)壓波形。 2．在顱內(nèi)動力學黑箱模型中，所需實測的顱內(nèi)壓數(shù)據(jù)極少，就可獲得較好的全部顱內(nèi)壓仿真波形。在無需開顱實測顱內(nèi)壓，只需穿刺所得的腰區(qū)腦脊液壓和其它無創(chuàng)檢測的生理數(shù)據(jù)獲得顱內(nèi)壓信息的研究方向上前進了一步． 3．用現(xiàn)代信號處理方法的方法(小波