專利名稱：中心血壓波形重建模型及重建方法
中心血壓波形重建模型及重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血壓波形重建模型及重建方法，尤其涉及一種中心血壓波形重建模型及重建方法。
背景技術(shù)：
升主動(dòng)脈(ascending aorta)處的中心血壓波形是臨床最重要的心血管生理參數(shù)之一。中心血壓直接影響著心臟和腦部的血液循環(huán)和心腦血管的健康。例如，中心血壓的長期異?？稍斐尚氖抑貥?gòu)、心血管肥大等多種病變，并且中心血壓的某些變化可直接引發(fā)冠狀動(dòng)脈和頸動(dòng)脈處的粥樣硬化斑塊破裂，引發(fā)心腦血管急性事件。其次，中心血壓的形態(tài)特征還攜帶著豐富的系統(tǒng)血管健康信息，例如，中心脈搏壓和增強(qiáng)指數(shù)(augment index, Al) 反映著系統(tǒng)動(dòng)脈血管硬化度，為發(fā)現(xiàn)全身性動(dòng)脈粥樣硬化和血管系統(tǒng)的其他病變提供了有價(jià)值的參考。因此，密切監(jiān)測升主動(dòng)脈處中心血壓波形對于心腦血管疾病患者的早期發(fā)現(xiàn)和心腦血管急性事件的早期預(yù)警至關(guān)重要。中心血壓波形可以通過血管穿刺和導(dǎo)管插入直接測量，但該測量過程會(huì)造成創(chuàng)傷，會(huì)給病人帶來疼痛，除危重病人或術(shù)中需要外，臨床上一般不采用。目前，臨床上使用袖帶式血壓計(jì)可以在上臂處間接近似測得中心收縮壓和和舒張壓，但這兩個(gè)血壓值不能代替中心血壓波形全面反映心血管系統(tǒng)的狀態(tài)。外周血壓波形可用多種無創(chuàng)方式獲得。比如， 張力測量法(tonometry)可在橈動(dòng)脈、股動(dòng)脈和頸動(dòng)脈處連續(xù)測得血壓波信號；基于容積鉗原理的血壓測量設(shè)備Finapres可在指尖連續(xù)獲得血壓波信號。但是，由于血液脈動(dòng)在從主動(dòng)脈根部向血管系中各處傳播的過程中會(huì)和動(dòng)脈管壁相互作用而發(fā)生形變，末梢血管處的壓力波形和中心血壓波形有很大不同，不能準(zhǔn)確獲取中心血壓波。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種無創(chuàng)且準(zhǔn)確的中心血壓波形重建方法。此外，還有必要提供一種無創(chuàng)且準(zhǔn)確的主動(dòng)脈血壓波形重建模型。一種中心血壓波形重建方法，包括如下步驟建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；其中，所述第一傳輸線模型用于描述升主動(dòng)脈至上臂血管的肱動(dòng)脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動(dòng)脈分叉前動(dòng)脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動(dòng)脈到肱動(dòng)脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動(dòng)脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動(dòng)脈內(nèi)的近似無損傳輸過程，第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載用于描述橈動(dòng)脈和上臂血管末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動(dòng)脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動(dòng)脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形；基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系；測得并根據(jù)待測者上臂血管末梢處血壓波形，結(jié)合中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系重建被測者的中心血壓波形。優(yōu)選的，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。優(yōu)選的，所述基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系的步驟具體為基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)；根據(jù)所述傳遞函數(shù)，獲取傳遞函數(shù)的時(shí)域等式，用時(shí)域等式描述中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系；采用均值矯正參數(shù)，對中心血壓波形進(jìn)行均值矯正；同步獲取多組中心血壓和上臂血管末梢處血壓，估計(jì)時(shí)域等式中的參數(shù)和均值矯正參數(shù)，獲取中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系。優(yōu)選的，所述均值矯正參數(shù)對于不同個(gè)體為固定不變的值。一種中心血壓波形重建模型，用于描述升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，所述模型為雙段串聯(lián)傳輸線模型，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；所述第一傳輸線模型用于描述升主動(dòng)脈至上臂血管的肱動(dòng)脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動(dòng)脈分叉前動(dòng)脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動(dòng)脈到肱動(dòng)脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動(dòng)脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動(dòng)脈內(nèi)的近似無損傳輸過程，第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載彈性腔模型用于描述橈動(dòng)脈和橈動(dòng)脈末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動(dòng)脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動(dòng)脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形。優(yōu)選的，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。上述中心血壓波形重建模型及方法，采用雙段串聯(lián)傳輸線模型用來描述血壓波在升主動(dòng)脈和上臂血管末梢之間的傳輸過程，根據(jù)該雙段串聯(lián)傳輸線模型能夠準(zhǔn)確獲取升主動(dòng)脈處中心血壓波形和上臂血管末梢處血壓波形的關(guān)系，從而只需獲取上臂血管末梢處血壓波形即可重建中心血壓波形，配合當(dāng)前的末梢連續(xù)血壓無創(chuàng)監(jiān)測設(shè)備可以無需創(chuàng)傷且準(zhǔn)確的對中心血壓波形進(jìn)行估計(jì)，從而能夠根據(jù)重建后的中心血壓波形準(zhǔn)確獲取大量心血管系統(tǒng)的信息，對待測者的心血管健康狀況進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

圖1是一個(gè)實(shí)施例中主動(dòng)脈血壓波重建方法的流程圖；圖2是一個(gè)實(shí)施例中雙段串聯(lián)傳輸線模型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示步驟20的具體流程圖。圖4是一個(gè)實(shí)施例中重建后的中心血壓波形的示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1是一個(gè)實(shí)施例中主動(dòng)脈血壓波重建方法的流程圖；圖2是一個(gè)實(shí)施例中雙段串聯(lián)傳輸線模型的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1和圖2，該方法包括如下步驟S10:建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程。通常，假設(shè)血液流體是不可壓縮的粘性牛頓流體，其在血管中的流動(dòng)可用層流描述，則在這種假設(shè)下，能夠用等效電路元件來描述血管各種動(dòng)力學(xué)特性。人體血壓波在從左心室沿著動(dòng)脈管壁向前傳播的過程中，在阻力不匹配的位置會(huì)發(fā)生反射，任何位置的動(dòng)脈血壓波都是由前進(jìn)波和反射波疊加形成。反射現(xiàn)象無處不在，但主要集中發(fā)生在幾何或力學(xué)特性不連續(xù)部位。對于升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間來說，反射的主要位置是肱動(dòng)脈分叉和橈動(dòng)脈末梢及手部。為了更準(zhǔn)確反映反射效應(yīng)對血壓波的影響，采用雙段串聯(lián)傳輸線模型。該實(shí)施例中，雙段串聯(lián)傳輸線模型(Transmission Line，TL)包括串聯(lián)的第一傳輸線模型(TLl) 100及第二傳輸線模型(TL2) 200;第一傳輸線模型100包括第一管道110及第一負(fù)載120，第二傳輸線模型200包括第二管道210及第二負(fù)載220。第一傳輸線模型100用于描述上臂血管的肱動(dòng)脈。其中，第一管道110為無損均勻管道，用于描述肱動(dòng)脈分叉前的動(dòng)脈血管中的近似無損傳輸過程。第一管道110具有第一特征阻抗，其值為τΛ。第一管道110的第一特征阻抗用于描述血管的順應(yīng)性和血流慣性的綜合效應(yīng)。第一負(fù)載120用于描述從升主動(dòng)脈到肱動(dòng)脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)， 其中主要是描述肱動(dòng)脈分叉處的反射效應(yīng)。該實(shí)施例中，第一負(fù)載120采用彈性腔模型 (Windkessel)，包括第一匹配阻抗121、第一電阻122以及第一電容123。第一電阻122和第一電容123構(gòu)成第一 RC回路。第一匹配阻抗121與第一管道110和第一 RC回路串聯(lián)連接。第一匹配阻抗121是第一特征阻抗的匹配阻抗。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一匹配阻抗 121與第一特征阻抗相同，其值也為第一電阻122和第一電容123分別表示肱動(dòng)脈分叉處的血管阻抗和血管順應(yīng)性。第一電阻122的值為R1，第一電容123的值為Q。第二傳輸線模型200用于描述上臂血管的橈動(dòng)脈到上臂血管末梢的血壓波傳輸過程。其中，第二管道210用于描述血壓波在橈動(dòng)脈內(nèi)的近似無損傳輸過程。第二管道210具有第二特征阻抗，第二特征阻抗值為、。第二負(fù)載220用于描述橈動(dòng)脈和上臂血管末梢處的血壓波反射效應(yīng)。該實(shí)施例中，上臂血管末梢為橈動(dòng)脈末梢，即上臂血管末梢處血壓波形通過測量橈動(dòng)脈末梢處血壓波形來獲得。第二負(fù)載220也采用彈性腔模型 (Windkessel)，包括第二匹配阻抗221、第二電阻222以及第二電容223。第二電阻222和第二電容223構(gòu)成第二 RC回路。第二匹配阻抗221是第二特征阻抗的匹配阻抗。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第二匹配阻抗221與第二特征阻抗值相同，其值也為Z。2。第二電阻222和第二電容223分別表示橈動(dòng)脈末梢處的血管阻抗和血管順應(yīng)性。第二電阻222的值為&， 第二電容223的值為C2。第一管道110前端處血壓波形為升主動(dòng)脈處的中心血壓波形，標(biāo)記為Ρ『第一管道110后端血壓波形為肱動(dòng)脈分叉處血壓波形，標(biāo)記為Pi。第二管道210后端血壓波形為上臂血管末梢處血壓波形，標(biāo)記為P2,也即上臂末梢處血壓波形。血壓波傳導(dǎo)過第一管道 110所用時(shí)間為Tdl，表示血壓波從中心傳導(dǎo)到肱動(dòng)脈分叉處所用的時(shí)間。血壓波傳導(dǎo)過第二管道210所用時(shí)間為Td2，表示血壓波從肱動(dòng)脈分叉?zhèn)鲗?dǎo)到橈動(dòng)脈末梢所用的時(shí)間(Pulse Transient Time，PTT)。S20 基于雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系。如圖3所示，該實(shí)施例中，基于雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系的步驟具體為S21 基于該雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)。血壓波由升主動(dòng)脈傳遞到上臂血管末梢處具有一定的傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)能夠描述升主動(dòng)脈處中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系?；谠撾p段串聯(lián)傳輸線模型， 獲取升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)，也即獲取該雙段串聯(lián)傳輸線模型的傳遞函數(shù)。該實(shí)施例中，在拉氏域推導(dǎo)從升主動(dòng)脈到上臂血管末梢處(以橈動(dòng)脈末梢處為例)的血壓波傳遞函數(shù)G，所有公式的推導(dǎo)都是在拉氏域。假設(shè)從升主動(dòng)脈到肱動(dòng)脈分叉處的血壓波傳遞函數(shù)為G1,即第一傳輸線模型100 的傳遞函數(shù)為G1 ；從肱動(dòng)脈分叉處到橈動(dòng)脈末梢處血壓波傳遞函數(shù)為&，即第二傳輸線模型200的傳遞函數(shù)為G2，則
權(quán)利要求
1.一種中心血壓波形重建方法，包括如下步驟建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；其中，所述第一傳輸線模型用于描述升主動(dòng)脈至上臂血管的肱動(dòng)脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動(dòng)脈分叉前動(dòng)脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動(dòng)脈到肱動(dòng)脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動(dòng)脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動(dòng)脈內(nèi)的近似無損傳輸過程， 第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載用于描述橈動(dòng)脈和上臂血管末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動(dòng)脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動(dòng)脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形；基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系；測得并根據(jù)待測者上臂血管末梢處血壓波形，結(jié)合中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系重建被測者的中心血壓波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC 回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC 回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系的步驟具體為基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)；根據(jù)所述傳遞函數(shù)，獲取傳遞函數(shù)的時(shí)域等式，用時(shí)域等式描述中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系；采用均值矯正參數(shù)，對中心血壓波形進(jìn)行均值矯正；同步獲取多組中心血壓和上臂血管末梢處血壓，估計(jì)時(shí)域等式中的參數(shù)和均值矯正參數(shù)，獲取中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述均值矯正參數(shù)對于不同個(gè)體為固定不變的值。
7.—種中心血壓波形重建模型，用于描述升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，其特征在于，所述模型為雙段串聯(lián)傳輸線模型，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；所述第一傳輸線模型用于描述升主動(dòng)脈至上臂血管的肱動(dòng)脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動(dòng)脈分叉前動(dòng)脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動(dòng)脈到肱動(dòng)脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動(dòng)脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動(dòng)脈內(nèi)的近似無損傳輸過程， 第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載彈性腔模型用于描述橈動(dòng)脈和橈動(dòng)脈末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動(dòng)脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動(dòng)脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的中心血壓波形重建模型，其特征在于，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC 回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心血壓波形重建模型，其特征在于，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC 回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的中心血壓波形重建模型，其特征在于，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中心血壓波形重建模型及重建方法，該方法包括如下步驟建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動(dòng)脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；基于雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系；測得并根據(jù)待測者上臂血管末梢處血壓波形，結(jié)合中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系重建被測者的中心血壓波形。本發(fā)明只需獲取上臂血管末梢處血壓波形即可重建中心血壓波形，無需創(chuàng)傷且準(zhǔn)確的對中心血壓波形進(jìn)行重建，從而能夠根據(jù)重建后的中心血壓波形獲取大量準(zhǔn)確信息，對待測者的心血管健康狀況進(jìn)行準(zhǔn)確分析。
文檔編號A61B5/021GK102499658SQ201110350418
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者丁紅霞, 吳丹, 張?jiān)? 楊平 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院