專(zhuān)利名稱(chēng)：一種頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)與信號(hào)分析系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種醫(yī)療檢測(cè)方法與系統(tǒng)，涉及一種腦血管疾病的無(wú)創(chuàng)傷早期診斷方法，特別涉及一種頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)與信號(hào)分析方法及系統(tǒng)，是基于血壓和頸總動(dòng)脈血流速度信號(hào)的無(wú)創(chuàng)傷檢測(cè)、將 經(jīng)典血流動(dòng)力學(xué)理論與現(xiàn)代信號(hào)分析技術(shù)相結(jié)合用于早期評(píng)估頸總動(dòng)脈血流信號(hào)和腦血管血流動(dòng)力學(xué)功能的分析方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腦血管疾病特別是腦中風(fēng)具有發(fā)病率、致殘率、死亡率和復(fù)發(fā)率高、并發(fā)癥多的特點(diǎn)。據(jù)2008年全國(guó)調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)腦中風(fēng)發(fā)病率約是美國(guó)的兩倍，每年平均患者約650萬(wàn)、新增患者約120萬(wàn)、直接治療花費(fèi)約400億人民幣，給家庭和社會(huì)造成沉重負(fù)擔(dān)。降低腦中風(fēng)發(fā)病率最有效的途徑是早期診斷與預(yù)防。腦中風(fēng)的發(fā)生與腦血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)(包括血管壁彈性、外周阻力等)、血流信號(hào)特征參數(shù)的異常變化密切相關(guān)。WHO已將血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的病理性改變列為腦中風(fēng)發(fā)病的高危因素。這些參數(shù)的改變往往早于CT/MRI等影像學(xué)檢測(cè)指標(biāo)的改變。腦血管血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和血流信號(hào)特征參數(shù)的異常變化對(duì)于腦血管疾病的早期診斷非常有用。對(duì)于早期血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和血流信號(hào)特征參數(shù)異常者，如果經(jīng)過(guò)積極的預(yù)防和治療，其動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和信號(hào)特征參數(shù)可能恢復(fù)正常。因此準(zhǔn)確而無(wú)創(chuàng)傷地檢測(cè)腦血管血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和血流信號(hào)參數(shù)無(wú)論對(duì)于腦血管疾病的早期診斷、療效的客觀評(píng)價(jià)，還是對(duì)于腦循環(huán)的生理、病理學(xué)研究都有重要意義。由于腦血管大部分被堅(jiān)硬的顱骨所包埋，直接檢測(cè)顱內(nèi)腦血管血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和信號(hào)特征參數(shù)存在技術(shù)上的困難。頸總動(dòng)脈作為腦循環(huán)系統(tǒng)的主要供血器官，匯集了來(lái)自上游心臟和下游腦血管床的血流動(dòng)力學(xué)和血流信號(hào)特征信息，是心腦血管疾病早期診斷、療效評(píng)估和病情預(yù)后等措施的重要檢測(cè)“窗口”。因此，現(xiàn)有的腦血管血流動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)幾乎都是從頸總動(dòng)脈處檢測(cè)的血流動(dòng)力學(xué)信息推算出來(lái)的。現(xiàn)有的腦血管血流動(dòng)力學(xué)分析裝置普遍將頸總動(dòng)脈血流信號(hào)看作平穩(wěn)的周期信號(hào)。大量的臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，頸總動(dòng)脈血流速度是非平穩(wěn)、非線(xiàn)性、非嚴(yán)格周期的信號(hào)，不僅蘊(yùn)含著下游腦血管床的血流-血管力學(xué)特性，同時(shí)還蘊(yùn)含心跳、人體呼吸、肌原性活動(dòng)、神經(jīng)活動(dòng)、血管內(nèi)皮活動(dòng)等多種因素的調(diào)節(jié)作用。另外，現(xiàn)有的腦血管血流動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、操作流程復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，因此，迫切需要一種能分析非平穩(wěn)、非線(xiàn)性、非嚴(yán)格周期血流信號(hào)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)與信號(hào)分析系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便的用于檢測(cè)和分析頸動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)與血流信號(hào)特征參數(shù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將血流動(dòng)力學(xué)原理和小波變換結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種既能簡(jiǎn)便計(jì)算頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)、又能準(zhǔn)確分析呼吸、神經(jīng)等其他系統(tǒng)對(duì)血流信號(hào)調(diào)節(jié)作用的無(wú)損傷檢測(cè)和分析系統(tǒng)。由于采用了比已有的腦血流動(dòng)力學(xué)分析裝置更簡(jiǎn)單的信號(hào)采集和分析方法，因此能克服已有裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺陷。
本發(fā)明提供以下頸動(dòng)脈系統(tǒng)的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)I.血流外周阻力Rv血管外周阻力是反映血液在腦外周血管床中流動(dòng)暢通狀況的指標(biāo)。血管血栓、梗塞、狹窄、血液粘度增大都將使Rv增加。2.搏動(dòng)指數(shù)PI表示血液脈動(dòng)和血管脈動(dòng)狀態(tài)的指標(biāo)，脈動(dòng)指數(shù)不僅和腦動(dòng)脈血管壁彈性有關(guān)，而且顯著地受到體循環(huán)動(dòng)脈彈性、心肌收縮力及血管幾何尺寸等的影響。3.動(dòng)態(tài)阻力DR表示頸動(dòng)脈系統(tǒng)的血液壓力改變量與血流流速的相應(yīng)改變量的關(guān)系。在正常情況 下，盡管腦血管床的血流灌注有一定的波動(dòng)，但由于腦血管自身調(diào)節(jié)功能使腦血流相對(duì)保持在一個(gè)較恒定的范圍。因此DR反映腦血管自身調(diào)節(jié)功能，與腦血管阻塞和腦動(dòng)脈硬化程度有關(guān)。腦血管調(diào)節(jié)功能越差，腦動(dòng)脈硬化程度越高，DR越大。此外，本發(fā)明提供以下血流信號(hào)特征參數(shù)I.特征頻率A描述心跳、人體呼吸、肌原性活動(dòng)、神經(jīng)活動(dòng)、血管內(nèi)皮活動(dòng)等的影響在頸總動(dòng)脈血流信號(hào)中的特征頻率。2.絕對(duì)能量Ei表示一種生理活動(dòng)的影響在頸總動(dòng)脈血流信號(hào)中所具有的能量。3.相對(duì)能量61表示一種生理活動(dòng)的影響在頸總動(dòng)脈血流信號(hào)中所具有能量占總能量的相對(duì)比例。4.平均振幅Ai表示一種生理活動(dòng)的影響在頸總動(dòng)脈血流信號(hào)中所具有的強(qiáng)度大小。5.相對(duì)振幅Bi表示一種生理活動(dòng)的影響在頸總動(dòng)脈血流信號(hào)中所具有幅度大小占總幅度和的相對(duì)比例。本發(fā)明的技術(shù)方案如下頸總動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)包括兩部分檢測(cè)系統(tǒng)、采集分析存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)連續(xù)波多普勒血流速度檢測(cè)裝置該檢測(cè)裝置由多普勒超聲探頭以及多普勒超聲模塊構(gòu)成，多普勒超聲探頭連接多普勒超聲模塊的輸入端，該超聲模塊的輸出端連接USB采集卡中AD轉(zhuǎn)換模塊。用于檢測(cè)顱外頸總動(dòng)脈的血流速度波形。一個(gè)人體血壓檢測(cè)裝置該檢測(cè)裝置由壓力檢測(cè)袖帶以及臂式自動(dòng)血壓檢測(cè)模塊所構(gòu)成，壓力檢測(cè)袖帶連接臂式自動(dòng)血壓檢測(cè)模塊的輸入端，模塊輸出端通過(guò)USB接口與頸總動(dòng)脈血流信號(hào)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算模塊通信。用于檢測(cè)人體的收縮壓和舒張壓。采集分析存儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、USB采集卡、頸總動(dòng)脈血流信號(hào)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算模塊、顯示屏、硬盤(pán)等。連續(xù)多普勒血流速度波形檢測(cè)模塊與USB采集卡相連。連續(xù)多普勒血流速度波形檢測(cè)模塊所獲得的模擬信號(hào)通過(guò)采集分析存儲(chǔ)系統(tǒng)中的USB采集卡后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將USB采集卡輸出的數(shù)字信號(hào)量化處理后得到頸總動(dòng)脈的血流速度波形及數(shù)值v(t)。將頸總動(dòng)脈的血流速度V(t)和臂式電子血壓測(cè)量模塊所得到的收縮壓和舒張壓一起輸入到頸總動(dòng)脈血流信號(hào)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算模塊，作為分析數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)。可以根據(jù)上述的血液流速和血壓信息，分析計(jì)算各項(xiàng)頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及頸總動(dòng)脈血流信號(hào)特征參數(shù)。并將計(jì)算得到頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和血流信號(hào)特征參數(shù)和正常參考值比較，分析得出結(jié)果并顯示和儲(chǔ)存。本發(fā)明頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及血流信號(hào)特征參數(shù)分析方法如下應(yīng)用連續(xù)多普勒血流速度檢測(cè)模塊檢測(cè)出的顱外頸總動(dòng)脈的血流速度波形V(t)，t e [Lt2]，按時(shí)間積分取平均可得采樣時(shí)間內(nèi)的平均流速￥_;對(duì)每個(gè)心動(dòng)周期取得的血流速度最大值和最小值分別進(jìn)行三次樣條插值得到插值后的最大和最小血流速度包絡(luò)線(xiàn)，對(duì)最大和最小血流速度包絡(luò)線(xiàn)按時(shí)間數(shù)值積分取平均可得出一段采樣時(shí)間內(nèi)的平均最大血流速度Vmax、平均最小血流速度vmin。應(yīng)用臂式電子血壓測(cè)量模塊，同步檢測(cè)人體肱動(dòng)脈每個(gè)心動(dòng)時(shí)間內(nèi)的收縮壓和舒張壓求平均得到采樣時(shí)間內(nèi)的平均收縮壓Ps和平均舒張壓Pd。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算平均壓力P_n
權(quán)利要求
1.一種頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)與信號(hào)分析系統(tǒng)，包括檢測(cè)系統(tǒng)和采集分析存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于， 檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)連續(xù)波多普勒血流速度檢測(cè)裝置和一個(gè)人體血壓檢測(cè)裝置； 一個(gè)連續(xù)波多普勒血流速度檢測(cè)裝置該檢測(cè)裝置由多普勒超聲探頭以及多普勒超聲模塊構(gòu)成，多普勒超聲探頭連接多普勒超聲模塊的輸入端，該超聲模塊的輸出端連接USB采集卡中AD轉(zhuǎn)換模塊，用于檢測(cè)顱外頸總動(dòng)脈的血流速度波形； 一個(gè)人體血壓檢測(cè)裝置該檢測(cè)裝置由壓力檢測(cè)袖帶以及臂式自動(dòng)血壓檢測(cè)模塊所構(gòu)成，壓力檢測(cè)袖帶連接臂式自動(dòng)血壓檢測(cè)模塊的輸入端，模塊輸出端通過(guò)USB接口與頸總動(dòng)脈血流信號(hào)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算模塊通信；用于檢測(cè)人體的收縮壓和舒張壓； 采集分析存儲(chǔ)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、USB采集卡、頸總動(dòng)脈血流信號(hào)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算模塊、顯示屏、硬盤(pán)；連續(xù)多普勒血流速度波形檢測(cè)模塊與USB采集卡相連；連續(xù)多普勒血流速度波形檢測(cè)模塊所獲得的模擬信號(hào)通過(guò)采集分析存儲(chǔ)系統(tǒng)中的USB采集卡后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將USB采集卡輸出的數(shù)字信號(hào)量化處理后得到頸總動(dòng)脈的血流速度波形及數(shù)值V(t)，將頸總動(dòng)脈的血流速度V(t)和臂式電子血壓測(cè)量模塊所得到的收縮壓和舒張壓一起輸入到頸總動(dòng)脈血流信號(hào)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算模塊，作為分析數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)；根據(jù)上述的血液流速和血壓信息，分析計(jì)算各項(xiàng)頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及頸總動(dòng)脈血流信號(hào)特征參數(shù)，將計(jì)算得到頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和血流信號(hào)特征參數(shù)和正常參考值比較，分析得出結(jié)果并顯示和儲(chǔ)存。
2.一種頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)與信號(hào)分析方法，其特征在于，采用權(quán)利要求I所述的頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)與信號(hào)分析系統(tǒng)，應(yīng)用連續(xù)多普勒血流速度檢測(cè)模塊檢測(cè)出的顱外頸總動(dòng)脈的血流速度波形V (t)，t e [ti，t2]，積分取平均可得采樣時(shí)間內(nèi)的平均流速V_n;對(duì)每個(gè)心動(dòng)周期取得的血流速度最大值和最小值分別進(jìn)行三次樣條插值得到插值后的最大和最小血流速度包絡(luò)線(xiàn)，對(duì)最大和最小血流速度包絡(luò)線(xiàn)按時(shí)間數(shù)值積分取平均可得出一段采樣時(shí)間內(nèi)的平均最大血流速度Vmax、平均最小血流速度Vmin;應(yīng)用臂式電子血壓測(cè)量模塊，同步檢測(cè)人體肱動(dòng)脈每個(gè)心動(dòng)時(shí)間內(nèi)的收縮壓和舒張壓求平均得到采樣時(shí)間內(nèi)的平均收縮壓Ps和平均舒張壓Pd;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算平均壓力Pm_
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過(guò)無(wú)創(chuàng)傷檢測(cè)肱動(dòng)脈血壓、頸總動(dòng)脈軸心血流速度信號(hào)評(píng)估頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和血流信號(hào)特征參數(shù)的簡(jiǎn)便方法及系統(tǒng)。該方法利用連續(xù)多普勒血流速度波形檢測(cè)模塊檢測(cè)出頸總動(dòng)脈軸心血流速度波形及數(shù)值，利用臂式電子血壓檢測(cè)模塊測(cè)出人體的舒張壓和收縮壓，然后用簡(jiǎn)化的方法計(jì)算頸動(dòng)脈系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)；同時(shí)對(duì)頸總動(dòng)脈血流速度波形選擇Morlet母小波進(jìn)行小波分析，計(jì)算血流信號(hào)的特征參數(shù)。本發(fā)明所用的是一種將血流動(dòng)力學(xué)原理和小波變換結(jié)合的分析方法，比現(xiàn)有的腦血流動(dòng)力學(xué)分析裝置具有更簡(jiǎn)單的信號(hào)采集和分析方法，同時(shí)本發(fā)明很大程度上克服了現(xiàn)有分析裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺陷。
文檔編號(hào)A61B5/026GK102940486SQ20121042064
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者覃開(kāi)蓉, 侯杰, 張子威, 陳英 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué), 株洲新時(shí)代環(huán)保科技有限公司