面向临床医护场景基于先验机制与深度学习双模型驱动的无创连续血压精准估计方法的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81701788
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2802.人体医学信号检测、识别、处理与分析
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Continuous measurement of each patient's arterial blood pressure is an important basis on the patients’ real diagnosis for the medical staff. While the current continuous blood pressure estimation method is still not approved by the clinic due to the not satisfied precision. It is mainly because the complex blood pressure regulation mechanism. Therefore, the existing model cannot cover such many influencing factors, and it is difficult for the traditional mathematical model to realize the sufficient approximation of multiple nonlinear complex functions. Pre-experiment (cold pressor test) confirmed the dynamic association between blood pressure and hemodynamic parameters, while hemodynamic parameters can be non-invasively obtained by thoracic electrical bioimpedance. Therefore, this project further proposed that integration of vascular elastic cavity theory and hemodynamic characteristics to construct the blood pressure mechanism model, while using the deep learning for the feature learning from the multi-modal information. Next, combine the discriminant mechanism characteristics and network characteristics, hoping to solve the problem of incomplete extraction of artificial features and the lack of potential mechanism of computer model. Our project plans to utilize the dual drive mode of data + knowledge to improve the precise. Finally, noninvasive, continuous and precise blood pressure estimation theory will be constructed. It not only provides the new ways and support for the current clinical disease diagnosis, but also can promote the new development of clinical medicine.
连续测量病人每个心动周期的动脉血压,是医护人员对病人进行实时诊断的重要依据。而目前的无袖带连续血压估计方法一直面临精度不高无法走入临床的问题。究其根本在于血压调节机制复杂,现有模型无法涵盖多种影响因素,并且传统数学模型很难实现多元非线性复杂函数的充分逼近。预实验(冷加压实验)证实了血压与血流动力学参数的动态关联,而血流动力学参数可以通过胸阻抗分析无创获取。因此本项目进一步提出,融合血管弹性腔理论及血流动力学特性构建血压机理模型,同时利用深度学习技术从多模态信息中无监督学习特征,将判别性机理特征与经验学习特征进行有效结合,希望解决人工特征提取的不完备性以及计算机模型缺少潜在机制的问题。利用数据+知识的双驱动模式实现连续无创血压估计的精准性,从而构建适合临床应用的无创、连续、精准的血压估计的新理论与方法,不仅可以为当前临床疾病诊断提供新的方法支持,而且可以推动临床医学的新发展。

结项摘要

连续测量病人每个心动周期的动脉血压,是医护人员对病人进行实时诊断的重要依据。而目前的无袖带连续血压估计方法一直面临精度不高无法走入临床的问题。本项目针对目前无创连续血压估计精度低、影响机制复杂难建模的问题,从数据模型和机制分析两个方面展开深入研究。首先,提出了基于深度学习网络提出了融合心电、脉搏波波形信息,人工特征以及个体信息进行连续无创血压的建模方法,这是利用深度学习自动学习的关联特征在血压估计方面的首次尝试,并且取得了较好的血压预测精度。进一步,为了解决模型部分依赖于人工特征,并且血压数据标签难获取的问题,提出了一种基于卷积自编码器的连续血压计算方法,实现了特征的自动提取。其次,针对血压影响机制复杂的问题,提出融合血管弹性腔理论及血流动力学特性构建血压机理模型,构建了一种个体化的0-1维循环系统仿真模型,解析了血压与血流动力学参数之间的关系,为血压的机制建模提供理论基础。最后,结合影响血压的机制因素,建立了机制特征与机器学习结合的无创连续血压估计方法,根据先验知识从体表信号中提取血压关联特征,并利用机器学习技术构建提取的特征与血压之间的关联模型,用于手术中心律失常患者的血压估计,实现了术中血压变化的精准估计,精度符合美国AAMI标准。相关研究共产生了4篇 SCI论文和4篇EI会议论文,3项中国发明专利。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(4)
专利数量(3)
Multi-Frequency Components Entropy as Novel Heart Rate Variability Indices in Congestive Heart Failure Assessment
多频率分量熵作为充血性心力衰竭评估中的新型心率变异指标
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2896342
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Weifeng Pan;Aodi He;Kaicheng Feng;Yifan Li;Dan Wu;Guanzheng Liu
  • 通讯作者:
    Guanzheng Liu
Personalized Hemodynamic Modeling of the Human Cardiovascular System: A Reduced-Order Computing Model
人体心血管系统的个性化血流动力学建模:降阶计算模型
  • DOI:
    10.1109/tbme.2020.2970244
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Biomedical Engineering
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xiangdong Zhang;Dan Wu;Fen Miao;Hao Liu;Ye Li
  • 通讯作者:
    Ye Li
Continuous Cuff-Less Blood Pressure Estimation Based on Combined Information Using Deep Learning Approach
使用深度学习方法基于组合信息的连续无袖血压估计
  • DOI:
    10.1080/02697459.2018.1548216
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Medical Imaging and Health Informatics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dan Wu;Lin Xu;Ruiqin Zhang;Heye Zhang;Lijie Ren;Yuan-Ting Zhang
  • 通讯作者:
    Yuan-Ting Zhang
Continuous Blood Pressure Estimation From Electrocardiogram and Photoplethysmogram During Arrhythmias
心律失常期间根据心电图和光电容积描记图连续估计血压
  • DOI:
    10.3389/fphys.2020.575407
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in Physiology
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Liu Z;Zhou B;Li Y;Tang M;Miao F
  • 通讯作者:
    Miao F

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其他文献

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    吴丹;费峻涛
  • 通讯作者:
    费峻涛
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    2018
  • 期刊:
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    吴丹
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    吴丹;周春雷;张俊克;左宝齐;王丹;张焕相;郑彦文
  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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