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研究生： 劉懿萱
Yi-Hsuan Liu
論文名稱： 豬隻血壓波波型分析與全身血管阻力關係初探
Swine Blood Pressure Waveform Analysis Correlation with Systemic Vascular Resistance: A Preliminary Study
指導教授： 張以全
I-Tsyuen Chang
口試委員: 劉孟昆
田維欣
藍振洋
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2018
畢業學年度： 106
語文別： 中文
論文頁數： 74
中文關鍵詞： PiCCO心肺容積監測系統 、血液動力學 、血壓波 、生理參數 、全身血管阻力 、曲線擬合 、統計分析
外文關鍵詞： Pulse-induced Contour Cardiac Output (PiCCO), Hemodynamics, Blood Pressure Waveform (BPW), Physiological Parameter, Systemic Vascular Resistance (SVR), Curve Fitting, Statistical Analysis
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    • 根據美國統計，每年住進加護病房人數約400萬人，死亡率為百分之八至百分之二十左右，隨著醫療科技日新月異的進步，重症照護的設備也更加多元，有效的血液動力學監測，可預期病情發展，並提早控制病情。

    然而單純的平均收縮壓與舒張壓不能直接對應任何病症，必須透過動態血壓波形計算出相關生理參數，推測受試者生理狀態。PiCCO則為最新型之血液動力學監測系統，與傳統非侵入式量測儀器不同在於，其屬微侵入式血壓量測系統，能透過注入食鹽水的水溫變化，對應波形面積計算出更多心臟相關參數。

    本實驗取出PiCCO量測40隻豬隻施打藥物後各項生理參數的變化如收縮壓、舒張壓、平均血壓，並搭配篩選出有效可利用的血壓波形，利用量測到的全身血管阻力數值，與高解析度之連續血壓波波形變化相對應，將單一血壓波形進行數學式擬合，找出全身血管阻力與血壓波下降斜率的關係。最後透過量化分析中的相關分析與迴歸分析統計血壓下降指數與全身血管阻力的關係，並利用血管電路模型確立血壓下降與其他生理參數之間能利用數學式進行轉換對應。

    According to the statistics in the U.S, about four million people stayed in the intensive care unit (ICU) andand the mortality rate is 8-20％, the intensity of the care provided in ICUs requires many monitoring devices. .With the advance of science and medical technology, critical care equipment become more diverse and precise.

    Effective hemodynamic monitoring can expect the develop of disease and control the disease early.
    However,the simple average systolic pressure and diastolic pressure cannot directly correspond to any disease.To predict the physiological status of the subject,it must calculate physiological parameters by analysising dynamic blood pressure waveform.PiCCO is the newest hemodynamic monitoring system for integrating a wide array of both static and dynamic haemodynamic data through a combination of trans-cardiopulmonary thermodilution and pulse contour analysis.

    This study measured physiological parameters of 40 pigs administered variety of drugs,comparing parameters with feature points of BP waveform to screen effective and available BP waveform .Curve fitting for BP waveform to Generate fitting parameters,and use this parameters to find the relationship between falling slope of BP with Systemic Vascular Resistance (SVR).Finally,find the relationship between falling slope of BP with patients ' progress by using quantitative analysis
    Including correlation analysis and regression analysis statistics.

    目錄 論文摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II 誌謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III 目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV 圖目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI 表目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X 1 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 研究動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3.1 血液動力學. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3.2 波反射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 論文架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 血壓波介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1 心臟與血管. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2 血壓波形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3 量測資料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1 量測儀器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1 心肺容積監視器(Pulse Contour Cardiac Output) . . . . . . . . . 21 3.1.2 量測原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2 資料前處理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 IV 3.2.1 降低取樣頻率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4 血壓波分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1 特徵點找尋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.2 切割波形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.3 數學式擬合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5 統計分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1 相關性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1.1 相關係數coefficient of correlation . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1.2 判定係數(coefficient of determination) . . . . . . . . . . . . . . 36 5.2 迴歸分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2.1 線性迴歸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2.2 非線性迴歸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.2.3 決定係數R2(R aquare) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.2.4 調整後的R2(Adjusted R aquare) . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.3 電路模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6 分析結果與未來展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.1 波形分析結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.2 結論與未來展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 附錄一：受試者資料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 V 圖目錄 圖1.1 動脈高血壓概念的演變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 圖1.2 3D、1D、0D 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 圖1.3 幾何圖形作為血液出發點[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 圖1.4 三元素參數0D 血管模型[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 圖1.5 四元素參數0D 血管模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 圖1.6 動脈血壓波形及相對應前進波與反射波分量：Type C(年輕受試 者)、Type A(年長受試者)，AP 為收縮壓波鋒，AP 為脈壓。圖參考 來源自[4]Westerhof et al. (2005) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 圖2.1 心臟構造. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 圖2.2 手臂血管示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 圖2.3 血壓電路模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 圖2.4 逐漸遠離心臟的血壓波形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 圖2.5 平均動脈血壓與脈壓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 圖2.6 血壓組成因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 圖2.7 單一血壓波形與特徵點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 圖2.8 左心室血壓與動脈血壓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 圖3.1 PiCCO 心肺容積監視器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 圖3.2 導管放置位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 圖3.3 溫度隨時間變化曲線圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 圖3.4 連續血壓波：紅色區域為收縮期脈搏曲線下面積. . . . . . . . . . 24 VI 圖3.5 高解析度連續血壓波型(水藍色為收縮壓、紅色為平均血壓、藍 色為舒張壓) 與低解析度血壓資料點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 圖3.6 300 秒連續血壓波降取樣. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 圖3.7 30 秒連續血壓波降取樣. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 圖3.8 降取樣連續血壓波形與低解析度血壓值. . . . . . . . . . . . . . . 28 圖3.9 利用特徵對齊降取樣連續血壓波形與低解析度血壓值至相同時間28 圖3.10 對齊原始連續血壓波形與低解析度血壓值至相同時間. . . . . . 28 圖4.1 程式流程圖: 特徵點找尋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 圖4.2 峰值偵測波形(一) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 圖4.3 峰值偵測波形(二) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 圖4.4 程式流程圖: 篩選血壓波形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 圖5.1 相關係數分佈. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 圖6.1 C22:PiCCO 兩種資料時間對應後數據. . . . . . . . . . . . . . . . 41 圖6.2 C23:PiCCO 兩種資料時間對應後數據. . . . . . . . . . . . . . . . 41 圖6.3 血壓波下降指數與SVR 值對應(一) . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 圖6.4 血壓波下降指數與SVR 值對應(二) . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 圖6.5 C22 段落數據迴歸參數等效電路轉換(一) . . . . . . . . . . . . . . 47 圖6.6 C22 段落數據迴歸參數等效電路轉換(二) . . . . . . . . . . . . . . 47 圖6.7 C23 段落數據迴歸參數等效電路轉換(一) . . . . . . . . . . . . . . 48 圖6.8 C23 段落數據迴歸參數等效電路轉換(二) . . . . . . . . . . . . . . 48 圖6.9 C27 段落數據迴歸參數等效電路轉換(一) . . . . . . . . . . . . . . 49 圖6.10 C27 段落數據迴歸參數等效電路轉換(二) . . . . . . . . . . . . . 49 VII 圖6.11 C31 段落數據迴歸參數等效電路轉換(一) . . . . . . . . . . . . . 50 圖6.12 C31 段落數據迴歸參數等效電路轉換(二) . . . . . . . . . . . . . 50 圖6.13 C34 段落數據迴歸參數等效電路轉換(一) . . . . . . . . . . . . . 51 圖6.14 C34 段落數據迴歸參數等效電路轉換(二) . . . . . . . . . . . . . 51 圖6.15 C40 段落數據迴歸參數等效電路轉換(一) . . . . . . . . . . . . . 52 圖6.16 C40 段落數據迴歸參數等效電路轉換(二) . . . . . . . . . . . . . 52 圖1.1 C4: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . . 55 圖1.2 C5: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . . 55 圖1.3 C6: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . . 55 圖1.4 C7: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . . 56 圖1.5 C8: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . . 56 圖1.6 C10: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . 56 圖1.7 C12: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . 56 圖1.8 C13: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . 56 圖1.9 C14: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . . 57 圖1.10 C15: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 57 圖1.11 C16: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 57 圖1.12 C17: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 57 圖1.13 C18: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 57 圖1.14 C19: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 58 圖1.15 C21: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 58 圖1.16 C22: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 58 VIII 圖1.17 C23: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 58 圖1.18 C24: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 58 圖1.19 C26: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 59 圖1.20 C27: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 59 圖1.21 C28: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 59 圖1.22 C29: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 59 圖1.23 C30: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 59 圖1.24 C31: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 60 圖1.25 C32: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 60 圖1.26 C33: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 60 圖1.27 C34: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 60 圖1.28 C35: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 60 圖1.29 C36: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 61 圖1.30 C37: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 61 圖1.31 C38: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 61 圖1.32 C39: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 61 圖1.33 C40: 連續血壓波形與低解析度血壓值時間對應. . . . . . . . . . 61 IX 表目錄 表1.1 民國一百零四年度十大死因. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 表1.2 生理參數與電路參數轉換. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 表2.1 單一血壓波形內特徵點說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 表3.1 心輸出量計算參數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 表3.2 肺熱稀釋可得參數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 表3.3 脈搏曲線可得參數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 表4.1 曲線擬合模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 表6.1 峰值找尋與可利用波形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 表6.2 血壓波下降指數與SVR 相關係數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 表6.3 波形下降指數與SVR 非線性迴歸分析. . . . . . . . . . . . . . . . 43

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