利用光电容积脉搏波信号对动脉血压进行数学建模

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德克萨斯大学阿灵顿分校和德克萨斯大学西南分校的一组研究人员最近开发出一种新的方法来估计光电容积脉搏波(PPG)信号的收缩压(SBP)，舒张压(DBP)和平均(MBP)血压波形。PPG是一种简单，低成本，无创的光学技术，可检测外周血液中血液的体积变化。PPG在临床环境中广泛使用，用于生理测量和监测。

最近的研究强调了受阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)影响的患者夜间血压(BP)的显着振荡。这些振荡的高频率和强度通常发生在每次呼吸暂停事件期间，表明研究它们可以揭示OSA的心血管和脑血管合并症的根本原因。

虽然这些BP振荡的生理意义仍然未知，但开发能够检测它们并估计其大小的仪器仍然至关重要。现有的多导睡眠监测仪器不允许逐搏测量BP; 但有些人会测量血氧测定。使用睡眠实验室血氧计检测到的PPG信号可以帮助研究人员测量血压波动的幅度。

“我们研究了一种连续估算PPG收缩压(SBP)，舒张压(DBP)和平均值(MBP)血压波形的新方法，”研究人员在他们的论文中写道，该论文已预先发表在arXiv上。“PPG波形的峰值和谷值被用作五阶自回归滑动平均模型的输入，以构建SBP，DBP和MBP波形的估计值。”

换句话说，研究人员使用PPG波形的峰值和波谷来模拟SBP和DBP，具有自回归移动平均(ARMA)模型。ARMA模型是系统识别方法，为系统的动态提供数学模型，并突出显示任何纯时间延迟。

过去的研究表明，呼吸保持动作可以很好地模拟呼吸暂停发作。研究人员因此评估了他们的方法对仰卧位7名受试者的表现。要求这些患者进行五次呼吸保持操作，每次呼吸之间有90秒的正常呼吸时间。

“这项初步研究的结果表明，使用ARMA模型估算PPG测量的收缩压和舒张压可能是OSA受试者关键血压灶点连续和非侵入性测量的可行方法，准确度与之前报道的值相当， “研究人员写道。

总体而言，该研究进一步证实了使用睡眠实验室血氧计和ARMA模型收集的PPG信号来测量睡眠呼吸暂停患者血压波动幅度的可能性。最终，这些仪器可以帮助研究人员更好地了解这些振荡的重要性及其与通常与OSA相关的心血管疾病的关系。

尽管取得了这些有希望的结果，但单个模型不太可能使用PPG变量有效地估计所有人口的BP。将来，这样的模型可能因此需要针对个体患者进行定制。

“人类特定模型的可能需求源于这样一个事实，即控制血压的生理系统存在很大差异，包括交感神经系统的反应性，机械，流体力学，心血管系统的动态特性。和代谢率，“ 研究人员写道。

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