心音特征与心脏血流动力的关系研究

Heart sounds are commonly considered as a series of mechanic vibrations of heart and vessel systems induced by heart hemodynamics. Based on this reasoning, a change in heart hemodynamics must lead to changes in heart sound timing, amplitude, and frequency. But the relations between heart sound features and hert hemodynamics are still not clear. This project tries to build systemic relations between heart sound features and heart hemodynamics. This project therefore studies the following aspects. (1) Study the heart hemodynamic model to simulate hemodynamic states for heart chambers and great vessels in normal and abnormal conditions. (2) Study the hemodynamics-based heart sound generation model to simulate timing response, amplitude response, frequency response to heart hemodynamic conditions. The relations, i.e., the responses from heart hemodynamic conditions to heart sound features, are analyzed and built up. (3) Study the validatation method, such as animal experiments, indirect human being experiments and clinical data, to validate the proposed relations. (4) Study heart sound feature extraction from heart sound recording and develop applications in noninvasive monitoring of heart hemodynaics. The achievements produced by the project is of benefit to discover the mechanism of heart sound generation, is helpful to disclose the intrinsic relations between heart sound features and heart hemodynamics, is advantageous to monitor heart hemodynamics noninvasively. The project has potential applications in detect heart hemodynamics-related disease in early stage.

心音是心脏血流动力作用于心血管而产生的机械振动。心音的定时、幅度、频率等特征会随心脏血流动力的改变而发生相应变化。心音特征与心脏血流动力之间的关系尚不明确，本项目拟建立心音特征与心脏血流动力之间较为全面、系统的关系。为此，本项目研究以下内容。（1）研究心脏的血流动力模型，模拟出心腔及大血管在各种条件下的血流动力状态。（2）研究心音的产生模型，模拟出心音对心脏血流动力的定时响应、幅度响应、频率响应，从而分析并形成心音的定时特征、幅度特征、频率特征与心脏血流动力的关系。（3）研究验证方法，设计动物实验、间接的人体实验或利用临床数据验证以上关系。（4）研究心音特征的提取方法，从采集到的体表心音中提取出相应的特征参数，用于反推心脏血流动力。本项目的完成有助于揭示心音的产生机制，有助于澄清心音特征与心脏血流动力之间的本质联系，有助于无创监测心脏血流动力，为早期筛查心脏血流动力相关疾病提供技术支持。

心音产生于心脏血流动力与心血管系统的相互作用，天然地携带了心血管系统健康状况的信息，是无创早期筛查心血管疾病的重要信息来源。若心脏血流动力发生异常变化，心音的定时、幅度、频率等特征会发生相应地变化，但变化机制尚不明确。本项目研究了以下内容。（1）根据等效原理，研究了血液循环系统的集总参数电路模型和物理实验平台，可模拟多种生理、病理条件下的心脏血流动力，为研究相关的心音发声机制创造了条件。（2）研究了简化的心音产生模型和物理平台的瓣膜发声问题，分析了心音定时、幅度、频率等多种特征与心脏血流动力的重要联系。（3）在多方面研究了验证方法。主要包括：在呼吸运动调制心脏血流动力的条件下，验证了人体第一心音定时、第二心音分裂的变化规律；验证了第二心音主动脉瓣分量和肺动脉瓣分量的提取方法；验证了比格犬呼吸调制右心室血压对应的心音变化规律；验证了比格犬左心室血压变化与心音特征的重要联系，并提出了反推方法；验证了肺动脉高压症患者的心音特征变异特点，并以熵为分析工具进行了分类研究。参与了多国联合建立心音数据库的工作，向国内外同行交流了研究成果。本项目获取了大量数据，主要有：60人规模的健康志愿者在平静呼吸或者运动后的心音、心电信号；76例肺动脉高压患者的心音、心电、病历；7只比格犬在肾上腺素作用下的心音、心电、左心室血压、脉搏波信号；10只比格犬在药物U44069作用下的心音、心电、右心室血压信号。本项目的科学意义在于，揭示了心音特征与心脏血流动力之间的多个重要联系，对理解心音的产生机制有重要帮助。在定期体检中，有助于无创监测心脏血流动力，有利于以心音图早期筛查心脏血流动力相关疾病。