论文部分内容阅读
心脏骤停是心脏病最危重的表现。拯救心脏骤停的最重要的方法就是心肺复苏术。自从20世纪50年代和60年代初期现代心肺复苏一整套技术被美国巴尔的摩的一些临床医师及研究者提出，目前一些基本操作规范仍在应用（标准复苏术S-CPR）。然而标准复苏术由于不能够有效提高前向血流和心脏灌注，复苏率一直在10％-15％左右。随着人们对CPR期间循环生理的认识提高以及胸泵理论的提出，一些标准CPR的替代技术也应运而生，这些技术大部分倾向于改善血流动力学指标而改善生存率或延长有效CPR的时间，由于各种复苏术在不同的实验研究和文献中所得复苏效果果不一致，至今没有一种改善技术明确证实优于标准CPR。辅以体外反搏的主动按压放松术（Active Compression-Decompression CPR with Enhanced External Counterpulsation and the Inspiratory Impedance Threshold Valve（AEI-CPR））是中山大学袁衡新教授提出的一种新型复苏术。它将增强型体外反搏、胸部主动按压放松和呼吸阻力阀有机结合起来，其目的是改善以前提出的复苏术不能够对心、脑、肺全面复苏的缺陷。本文就是解决如何有效评估这种新的复苏术的是否优越于标准复苏术。另外一个重点是建立一个评价不同复苏术的统一平台，以求各种复苏术可以平等比较。
现在对心肺复苏术的研究多为动物实验研究以及临床实验研究。虽然随着医疗技术水平的提高，有很多对心肺复苏术关键的参数可以观察到，但是由于动物实验或临床实验在进行中受到很多外界影响，初始条件很难达到统一，过程比较复杂，外界影响以及人为影响较大，重复性比较差。动物实验或者临床实验往往受到代价昂贵、复杂性、时空局限以及伦理道德等的影响。
本文根据循环系统以及心肺复苏术的特点，基于血流动力学理论，建立起一个针对心肺复苏术的循环系统计算机模型。试图从另一个角度来对比各种复苏术的效果，对新型复苏术AEI-CPR进行比较和优化。定量给出各个复苏术的血流动力学效果，比较各种复苏术的优劣，减少动物实验与临床实验的物力、财力消耗，减少传统实验方法中外界的干扰；其次对心肺复苏术的控制参数进行优化，为医学工作者进行动物或临床实验提供参考数据，对如何实施复苏术以达到最优复苏效果提供技术指导。
建立针对心肺复苏术循环系统模型后，首先需要验证模型的合理性。（一）、与正常人体的各个参数值比较以及修正；（二）、与原有参考模型的运行结果作比较；本文模型是基于前人的工作基础之上的模型，与原有参考模型结果比较以及修正；（三）、与动物实验、临床实验结果作比较；有些复苏术已经有了临床实验结果，袁衡新所提的新型复苏术AEI-CPR现在正在同步的动物实验中，模型运行结果可以与动物实验做比对。
然后将复苏术的作用力耦合于循环系统中。模型的输入为不同的复苏术，输出为衡量复苏术效果的几个重要血流动力学参数。文中具有代表性的几种复苏术包括：标准复苏术S-CPR，主动按压放松术ACD-CPR，插入性腹部按压复苏术IAC-CPR，胸腹主动按压放松术Lifestick CPR；以及关于AEI-CPR的新提出的复苏术：辅以增强型体外反搏的标准复苏术S-CPR with EECP，新型复苏术AEI-CPR。衡量复苏术的血流动力学参数包括：主动脉压Pao，颈动脉压Pcar，冠脉灌注压CPP；前向血流Iao，颈动脉血流Icar，每次按压周期的心输出量Qao，每次按压的颈动脉输出量Qcar。根据模型输出衡量各种复苏术的优劣。
除了对各个复苏术的血流动力学效果比较外，还要对新型复苏术AEI-CPR的复苏效果进行定量的评估，通过改变AEI-CPR的控制参数对其进行优化。AEI-CPR是一种机械复苏术，其控制参数较多，从而可以通过改变控制参数来得到更好的复苏效果。本文对AEI-CPR的控制参数的优化包括按压波形、按压幅度、按压相位差。从理论上指导动物和临床实验，减少实际操作中不必要的开支和时间浪费。
在输入条件尽量一致的情况下（除去由于不同复苏术而不同的输入），几种复苏术的比较模型运行结果如下：对心脏灌注以及复苏效果的排列依次是新型复苏术AEI-CPR，胸腹主动按压复苏术Lifestick CPR，插入性腹部按压复苏术IAC-CPR，辅以体外反搏的标准复苏术A-CPR with EECP，主动按压放松术ACD-CPR，标准复苏术S-CPR。对于大脑灌注较大的复苏术依次是：胸腹主动按压复苏术Lifestick CPR，插入性腹部按压复苏术IAC-CPR，新型复苏术AEI-CPR，辅以体外反搏的标准复苏术A-CPR with EECP，主动按压放松术ACD-CPR，标准复苏术S-CPR。参考模型所得结果在临床以及动物实验中应该根据实际情况综合评价各个复苏术的可行性。
对新型复苏术AEI-CPR的优化分为两部分：一为通过改变主动胸部按压和增强体外反搏的相位差，发现下肢按压和胸部按压相位差在3π/4时候AEI-CPR的心脏灌注达到最佳，脑部灌注超过插入性腹部按压复苏术IAC-CPR；二为改变增强型体外反搏的偏置压值（即按压最小值）可以改善AEI-CPR对脑部的灌注，发现虽然改变下肢按压偏置值可以增大脑部灌注占总循环血液的比例，但是是以减少参与循环的血流量为代价的，不推荐使用。
模型的仿真程序是采用Matlab&Simulink工具设计的，运用了封装式的模块化设计思想，以便于维护与扩展。在Matlab环境下，根据相关文献的参数进行初始化设置，采用runge-kutta法定步长ODE4算法进行了仿真实验。
本文的创新点有三：为了体现AEI-CPR复苏术序贯式加压的特点将参考模型下肢细化，分为臀部、大腿、小腿三个模块，模型参数；从工程学角度提出体现复苏术血流动力学效果的参数--一次按压周期经流血管的血流量；从工程学角度提出改善脑灌注方法-在胸部按压期保持下肢按压在一定幅度。
关于心肺复苏术的研究，在短期内模型预测不可能完全替代动物实验，而本文通过对循环系统建模，对复苏术进行比较，定量给出比较结果，可辅助检测、预测临床和动物实验的结果，从而指导动物实验，减少劳动量，在最短时间达到最优效果；在研究中与动物临床实验相辅相成，互相促进。