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系統識別號 U0026-2107201617544300
論文名稱(中文) 以仿生機台數據建立預測模型之量化音頻訊號評估動靜脈瘻管狹窄狀態
論文名稱(英文) Estimation of the Degree of Stenosis for Arteriovenous Shunt by Phonoangiography Techniques To Form A Biophysical Model
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 買宜楨
研究生(英文) Yi-Chen Mai
學號 P46034383
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 90頁
口試委員 指導教授-尤芳忞
共同指導教授-甘宗旦
口試委員-李定智
口試委員-林家宏
中文關鍵字 洗腎動靜脈瘻管  動脈雜音描記法  瘻管狹窄  自迴歸模型 
英文關鍵字 Arteriovenous Shunt (AVS)  Phonoangiography  AV stenosis  Autoregressive Model 
學科別分類
中文摘要 血液透析患者大都在手臂上建立一條洗腎血液通道,稱之為動靜脈瘻管(Arteriovenous Shunt, AVS),目的是讓動脈血能快速流經透析機回流到靜脈。動靜脈瘻管因長期受穿刺針刺激,血管通路內部可能會逐漸產生血管病變,發生狹窄情況,使動靜脈瘻管功能失效。動靜脈通路可以透過觸診感覺顫動與脈動、聽診器、杜普勒超音波或血管造影來做狹窄情況評估。目前杜普勒超音波或血管造影是有效的非侵入式技術,對於動靜脈通路預測有著高度的準確性,不過無法及時在洗腎單位執行,且皆需要昂貴的設備及另聘專職技術人員或由放射科醫師操作執行。依目前臨床判斷方式,是在洗腎前以理學檢查法或病人自己本身發現阻塞或狹窄後再進行手術,可預期瘻管使用期限已不長且改善的效果有限。此問題為血液透析患者長期的困擾,所以目的是希望以一預測模型並量化音頻能量方式,能夠迅速並準確的預測瘻管狹窄程度,且提供臨床上判斷的量化指標,協助洗腎病患提早發現狹窄情況就能提早治療,恢復動靜脈瘻管功能。動靜脈瘻管發生狹窄情形對於血行動力參數與聲音訊號會有明顯的影響。因此本研究藉由一個模擬血液透析患者的動靜脈瘻管血液動力系統,利用不同的瘻管狹窄模組來探討當發生多重狹窄程度的血液動力學變化情況,來探討瘻管血流狀態的現象,且利用自迴歸模型來建立可預測動靜脈瘻管狹窄之音頻參考模型。根據數據顯示,在三個多重狹窄的變數模組所計算得不同狹窄程度時的瘻管流量,當狹窄越大靜脈分流流量越少,而且當狹窄達一定程度時,有兩個狹窄的動靜脈瘻管流量會受到較高狹窄程度的影響。在壓力方面推測出模組的壓力差是因為受到水頭損失原理的狹窄所造成的壓力損失。在動脈雜音描記法之音頻分析方面,動靜脈瘻管發生顯著程度(significant)狹窄時,第二主頻頻譜密度值(PSD-2)的能量會有增加的趨勢,大部分高能量(PSD-2 > 0.6)發生情形是在高狹窄段程度,所以可以推測,當PSD-2發生高能量時,就是動靜脈瘻管發生高狹窄程度的關鍵時刻,此為預測模型之關鍵參數。然而,管路流量大小及收音位置差異之因素,對窄化模組之預測均無顯著差異。
英文摘要 This study has developed a Phonoangiography method for using in a home-based care system to evaluating arteriovenous shunt (AVS) stenosis in hemodialysis patients. Phonoangiography is a noninvasive tool for auditing the local fluid motion in the narrowed arteries and assessing arterial dysfunction. A bruit spectral analysis could be considered a valuable noninvasive method for quantifying the severity of vessel stenosis. Using Autoregressive Model (AR Model), a specific mock model has been set up to simplify the modeling of blood flow condition and to analyze the spectrum. It follows that a more precise relationship of phonography to stenotic lesions can be observed. When PSD-2 occurs when high energy, arteriovenous fistula is a critical time high degree of stenosis occurred. This is the forecast of key parameters of the model.
論文目次 摘要 I
Abstract III
誌謝 VII
目錄 VIII
表目錄 XI
圖目錄 XII
符號索引 XV
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 腎臟與慢性腎臟病 1
1.1.2 腎臟替代療法 3
1.1.3 血液透析病患動靜脈瘻管型態 4
1.1.4 動靜脈瘻管評估方式 6
1.2 文獻回顧 7
1.3 研究目的與論文架構 11
第二章 理論分析 13
2.1 流體力學原理 13
2.1.1 流量理論 13
2.1.2 Womersley 模型 13
2.1.3 血液動力學分析 14
2.1.4 摩擦損失理論 16
2.2 動脈雜音描記法(Phonoangiography) 17
2.3 訊號分析原理 18
2.3.1 快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform) 18
2.3.2 短時距傅立葉轉換(Short Time Fourier Transform,STFT) 19
2.3.3 濾波器原理 19
2.4 自迴歸模型(Autoregressive Model,AR Model) 21
2.5 迴歸分析 22
第三章 實驗設備與資料分析方法 26
3.1 機台實驗架構與實驗方法 26
3.1.1 仿生機台-模擬人體瘻管血流動力系統介紹 26
3.1.2 狹窄程度定義與收音平台處理 27
3.2 實驗設計-多重狹窄程度設計 28
3.3 血液動力學參數量測與擷取 29
3.4 音訊資料收集方法 30
3.4.1 音訊資料前置處理 32
3.5 自迴歸模型方法 33
3.5.1 特徵主頻定義 34
3.5.2 階數選擇 34
3.5.3 資料量與解析度的關係 35
第四章 實驗結果與討論 50
4.1 仿生機台之流量分析 50
4.2 仿生機台之壓力分析 53
4.3 仿生機台之音頻統計分析 55
4.3.1 特徵主頻峰值位置與頻譜密度值是否能預測瘻管狹窄 56
4.3.2 PSD-1、PSD-2有無互相影響及是否能預測瘻管狹窄 59
4.3.3 加入音頻量測位置後是否能夠預測瘻管狹窄 60
4.3.4 加入不同脈搏流量後是否能夠預測瘻管狹窄 60
4.3.5 模組狹窄程度與PSD-2分佈關係 61
第五章 結論與未來展望 75
參考文獻 77
附錄一 82
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