一種中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型及基于其獲取主動脈脈搏波傳遞時間的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于中心動脈收縮期平均歸一 化血流波形模型獲取主動脈脈搏波傳遞時間的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 心血管疾病是全球范圍造成死亡的最主要原因，據(jù)世界心臟聯(lián)盟統(tǒng)計，全世界范 圍內(nèi)每死亡三人中，就有一人的死因是心血管病癥，且心血管疾病的死亡率遠高于包括癌 癥、艾滋病在內(nèi)的其他疾病，已經(jīng)成為威脅人類健康的"頭號殺手"?！吨袊难軋蟾?013》 顯示，我國心血管病患者2. 9億，每5個成人中就有1人患有心血管疾病。我國每年約有350 萬人死于心血管疾病，占總死亡原因的41%。心血管疾病已成為我國乃至全世界最重要的 公共衛(wèi)生問題之一。對于多數(shù)心血管疾病而言，動脈硬化病變是其共同的病理生理基礎(chǔ)。
[0003] 主動脈脈搏波速度aoPWV測量是重要的無創(chuàng)動脈僵硬度測定方法，廣泛應(yīng)用于動 脈硬化早期檢測、干預(yù)性治療的療效評價及用藥指導(dǎo)。其中，主動脈脈搏波傳遞時間aoPTT 是aoPWV測量的關(guān)鍵。目前常用的aoPTT檢測的方法包括兩點法和單點法。基于"兩點法" 測量aoPTT的關(guān)鍵在于識別同一心動周期內(nèi)兩路（頸-股動脈）脈搏波的起點，計算它們 的時間差用于評估aoPTT。雖然這種方法已經(jīng)應(yīng)用于臨床，但是由于操作的不便難以普及推 廣?；?單點法"測量aoPTT的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確識別表征前向波和反射波起點或峰值的特 征點，計算它們的時間差用于估計aoPTT。但是，當(dāng)受試者第二收縮波峰不明顯時，難以從時 域中準(zhǔn)確識別特征點，影響aoPTT的測量精度。
[0004] 申請?zhí)枮閁S8273030B2的專利公開了一種測量脈搏波速度的方法，該方法首先利 用中心動脈壓力波形的時間信息構(gòu)建中心動脈三角血流波形，隨后用此三角血流波形將中 心動脈壓力波形分解為前向波和反射波，通過對前向波和反射波進行互相關(guān)分析獲取主動 脈脈搏波傳遞時間。該方法較好地解決了"兩點法"和"單點法"存在的不足，且中心動脈血 流波形的獲取無需借助超聲檢測裝置，使得操作更加簡便、安全，測試成本也大大降低。但 相比真實的中心動脈血流波形，中心動脈三角血流波形攜帶的信息量少，波形形態(tài)也與真 實的血流波形不相符。因此，有必要構(gòu)建出更加真實的中心動脈血流波形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明基于平均血流法構(gòu)建出一種中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型，然 后利用該模型獲取主動脈脈搏波傳遞時間，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。
[0006] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型，其特點在于：所述中心動脈收 縮期平均歸一化血流波形模型按如下步驟構(gòu)建：
[0008] a、選取m位健康受試者組成構(gòu)建組，利用多普勒超聲裝置采集每位受試者的中心 動脈血流波形Qi (t)，i = 1、2、…、m，m彡80, t為采樣點的時間序號；
[0009] b、識別構(gòu)建組中每位受試者的中心動脈血流波形Qi (t)的射血結(jié)束點edi，并截取 射血結(jié)束點之前的中心動脈血流波形，所述射血結(jié)束點之前的中心動脈血流波形即為受試 者的中心動脈收縮期血流波形Q i (η)，其中0 < η < edi，ediS每位受試者的射血結(jié)束點，η 為米樣點的時間序號；
[0010] C、按式（1)對受試者的中心動脈收縮期血流波形Qi(II)在幅度上歸一化：
[0011] Qr i (n) = (Qi (n) -Qi (0)) / (max (Qi (η)) -Qi (0)) (I)
[0012] 其中：Q ^ i(n)為受試者的中心動脈收縮期幅度歸一化血流波 形，-1彡(Τ "η)彡I Ai(O)為受試者的中心動脈收縮期血流波形的起始點幅值， maWQiOi))為受試者的中心動脈收縮期血流波形的峰值；
[0013] 按式（2)對受試者的中心動脈收縮期幅度歸一化血流波形V i (η)在時間上歸一 化，獲得受試者的中心動脈收縮期歸一化血流波形V i(n'):
[0014] Qr i (nr ) = Qr i (n/edi) (2)
[0015] 其中n'為受試者的中心動脈收縮期歸一化血流波形的時間點，0<n' < 1;所述 中心動脈收縮期歸一化血流波形V Jn')的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)為無量綱單位；
[0016] d、按式（3)將每位受試者的中心動脈收縮期歸一化血流波形V )相加后 求平均，獲得中心動脈收縮期平均歸一化血流波形Qa(t'):
[0018] 其中t'為中心動脈收縮期平均歸一化血流波形的時間點；
[0019] e、利用快速傅里葉變換將所述中心動脈收縮期平均歸一化血流波BQa(t')變換 至頻域，獲取Qa(t')的基頻分量a(O)U-IO次諧波分量的幅值a(i)和相位b(i)，i = 1， 2，…，IO0 〇
[0020] 本發(fā)明中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型，其特點也在于：所述中心動脈 血流波形為通過多普勒超聲裝置從鎖骨上窩處測量獲得的主動脈血流波形，所構(gòu)建的中心 動脈收縮期平均歸一化血流波形模型為主動脈收縮期平均歸一化血流波形模型；
[0021] 或所述中心動脈血流波形為通過多普勒超聲裝置從頸動脈處測量獲得的頸動脈 血流波形，所構(gòu)建的中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型為頸動脈收縮期平均歸一化 血流波形模型。
[0022] 利用上述中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型獲取主動脈脈搏波傳遞時間 的方法，其特點在于按如下步驟進行：
[0023] (1)獲取被測對象的中心動脈血流波形Q(t)，包括中心動脈收縮期血流波形％(〇 和中心動脈舒張期血流波形Q 2 (t)兩個部分：
[0024] (Ia)獲取被測對象的中心動脈壓力波形P(t)，根據(jù)權(quán)利要求1所獲得的中心動 脈收縮期平均歸一化血流波形模型，按式（4)計算被測對象的中心動脈收縮期血流波形
[0026] 其中：pi = 3. 1415926,0彡t彡ED，ED為被測對象的中心動脈壓力波形P(t)的 切跡點所對應(yīng)的時間值，N為獲得被測對象的中心動脈壓力波形P (t)所用的脈搏傳感器的 米樣頻率；
[0027] (Ib)被測對象中心動脈舒張期的血流波形Q2⑴如公式（5)所示：
[0028] Q2(t) = 0 (5)
[0029] 其中：ED < t彡T，T對應(yīng)被測對象的中心動脈壓力波形P⑴的周期；
[0030] (Ic)被測對象的中心動脈血流波形Q (t)如式（6)所示：
[0032] (2)對被測對象的中心動脈血流波形Q(t)和被測對象的中心動脈壓力波形P(t) 進行傅里葉分析，計算特征阻抗Z。；
[0033] (3)將所述中心動脈壓力波形P(t)和所述中心動脈血流波形Q(t)的起始點移至 同一點后，利用阻抗計算公式（7)和（8)將被測對象的中心動脈壓力波形P(t)分解為前向 波卩亡⑴和反射波P b(t):
[0034] Pf(t) = (P(t)+Zc*Q(t))/2 (7)
[0035] Pb(t) = (P(t)-Zc*Q(t))/2 (8)；
[0036] (4)計算前向波Pf (t)和反射波Pb(t)歸一化互相關(guān)系數(shù)，所述歸一化互相關(guān)系 數(shù)的最大值對應(yīng)的時間點為TT，利用公式aoPTT = TT/2計算獲得主動脈脈搏波傳遞時間 aoPTT〇
[0037] 其中，步驟（2)所述特征阻抗Z。按如下步驟獲?。?br>[0038] (2a)利用快速傅里葉變換將對被測對象的中心動脈血流波形Q(t)變換至頻域 FFT (Q(t))，將被測對象的中心動脈壓力波形P (t)變換至頻域FFT (P(t));
[0039] (2b)按式（9)計算中心動脈輸入阻抗Zin:
[0040] Zin= FFT (P (t)) /FFT (Q (t)) (9)
[0041] (2c)選取中心動脈輸入阻抗3-10次諧波幅值的平均值，即為特征阻抗Z。。
[0042] 當(dāng)采用的中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型為主動脈收縮期平均歸一化 血流波形模型時，被測對象的中心動脈壓力波形是通過平面張力法在橈動脈處測量獲得橈 動脈壓力波形，然后利用廣義傳遞函數(shù)通過橈動脈壓力波形獲得的主動脈壓力波形；
[0043] 當(dāng)采用的中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型為頸動脈收縮期平均歸一化 血流波形模型時，被測對象的中心動脈壓力波形是通過平面張力法在頸動脈處獲得的頸動 脈壓力波形。
[0044] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0045] (1)本發(fā)明構(gòu)建出中心動脈收縮期平均歸一化血流波形模型，無需借助血流檢測 儀器，僅需結(jié)合中心動脈壓力波形的特征信息就能獲取被測對象的中心動脈血流波形，使 得中心動脈血流波形獲取方法更加簡便、安全，測試成本也大大降低。
[0046] (2)本發(fā)明所獲中心動脈血流波形相比中心動脈三角血流波形更加真實，提高了 基于阻抗分析技術(shù)獲取aoPTT的準(zhǔn)確性，可以很好地滿足大規(guī)模人群的心血管疾病篩查和 普查需求。
【附圖說明】
[0047] 圖1為構(gòu)建主動脈收縮期平均歸一化血流波形模型流程圖；
[0048] 圖2為一位受試者一個心動周期的主動脈血流波形；
[0049] 圖3為對主動脈收縮期血流波形進行幅度上和時間上歸一化的示意圖；
[0050] 圖4為獲取主動脈收縮期平均歸一化血流波形的示意圖；
[0051 ] 圖5為獲取被測對象主動脈血流波形的示意圖；
[0052] 圖6為利用阻抗分析技術(shù)分解前向波和反射波的示意圖；
[0053] 圖7為利用互相關(guān)分析獲取ao