一種基于四肢血壓脈搏的心臟血管功能參數(shù)的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物力學技術(shù)，涉及計算機程序，電路設(shè)計等，可用于心臟血管功能參 數(shù)的無創(chuàng)計算。
【背景技術(shù)】
[0002] 心血管疾病已經(jīng)成為危害全球和我國成人健康并導致死亡的首要病癥，但是心血 管疾病早期臨床癥狀不明顯，直至并發(fā)癥惡化才會對心血管疾病進行診斷。目前，心血管疾 病的診斷技術(shù)主要分為直接法和間接法兩種。直接測量法可提供精度較高的、可記錄的連 續(xù)數(shù)據(jù)，但是這些參數(shù)數(shù)據(jù)的獲取是通過有創(chuàng)檢測手段得到，該方法不僅存在著一定的風 險性，而且對醫(yī)生的臨床水平或醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)都有當高的要求。間接測量法在臨床上應(yīng) 用較多的是通過心血管儀器診斷，如超聲心動圖法、心阻抗法、螺旋CT、核醫(yī)學、磁共振 (MRI)等方法;雖然是無創(chuàng)檢測，但是檢測環(huán)境要求嚴格、不能隨身攜帶等缺點，被檢查者只 能在專門的醫(yī)療場所、由專業(yè)的醫(yī)療人員進行檢測。雖然目前的心血管疾病的檢測技術(shù)在 臨床上已經(jīng)結(jié)合應(yīng)用并提供了好的預測方法，但是仍然有很多高?；颊呶幢话l(fā)現(xiàn)。
[0003] 國內(nèi)外學者一直致力于基于脈搏波研究心臟血管系統(tǒng)的無創(chuàng)檢測技術(shù)，已經(jīng)建立 設(shè)計了無創(chuàng)檢測模型、方法和儀器裝置，但仍存在一些問題，如:評價參數(shù)單一、模型中涉及 較多的假設(shè)和猜測及產(chǎn)品技術(shù)壁皇等問題。所以心臟血管系統(tǒng)的無創(chuàng)檢測方法有待于進一 步改進與優(yōu)化。
[0004] 此外，由于現(xiàn)代人們的健康意識大大提高，針對上述心功能的檢測方法成本高、操 作復雜且只適用于專門的醫(yī)療機構(gòu)，離心血管疾病的健康普檢及家庭保健還存在很大差 距。本發(fā)明提出了基于四肢血壓脈搏的心臟血管的無創(chuàng)計算方法，該方法將為心臟血管功 能檢測提供一種經(jīng)常性、無創(chuàng)傷、易操作、快輸出、價格低廉的檢測方法和手段;同時也為心 臟血管系統(tǒng)的無創(chuàng)檢測方法提供理論基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于四肢血壓脈搏波的心臟血管系統(tǒng)功能參數(shù)的計算 方法，該方法可以無創(chuàng)同步檢測人體的四肢肱動脈和踝動脈的血壓和脈搏波的8路信息，依 據(jù)8路信息和非線性脈搏波理論同步檢測人體的心臟功能、動脈網(wǎng)硬化程度、血液流變學指 標等心臟血管功能的狀態(tài)參數(shù)。其目的在于，提高無創(chuàng)檢測計算心功能參數(shù)的準確性，避免 現(xiàn)有的有創(chuàng)檢測手段的有創(chuàng)性及高成本等問題。
[0006] 所述的四肢肱動脈和踝動脈搏波需進行波形平均，其平均的是四肢壓力傳感器提 取的壓力脈搏波分量，波形平均的步驟，包括:首先讀取波形數(shù)據(jù)，標定完整的波形求出周 期，然后對波形進行周期和幅值歸一化處理，使脈搏波單波數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的幅值和長度，并 求得平均波形。
[0007] 所述的非線性脈搏波理論，建立四肢血壓、血流量兩個基本血流動力學參量和四 肢脈搏波之間的關(guān)系式，并根據(jù)人體心臟血管系統(tǒng)的固有特征參數(shù)或者幾何參數(shù)，推導出 四肢血壓脈搏數(shù)據(jù)、血流量與心臟血管功能參數(shù)的關(guān)系式并進行計算。
[0008] 所述的計算方法，主要利用非線性脈搏波理論和四肢血壓脈搏波數(shù)據(jù)，建立壓力 梯度與血流量，血流量與心臟血管功能參數(shù)的關(guān)系模型；利用數(shù)值分析計算出一個心動周 期內(nèi)不同時刻的四肢血流量的數(shù)值解，利用統(tǒng)計學的回歸方法分別推算四肢血流量的回歸 系數(shù)，修正得出人體血流量及平均血流量;在血流量和四肢脈搏血壓數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)上，計算 求解心臟血管功能參數(shù)參量。算法中將通過誤差分析對計算結(jié)果進行判斷是否達到收斂， 若收斂，則輸出結(jié)果;否則將進行迭代計算。
[0009] 所述的8路信息的檢測裝置，包括脈搏波傳感器、血壓傳感器，A/D轉(zhuǎn)換電路、接口 電路及附屬電路等，對同步檢測并采集的四肢血壓及脈搏波8路數(shù)據(jù)信息，通過USB集線器 傳輸?shù)絇C端，通過上位機的程序控制下位機，并對檢測到的血壓波形數(shù)據(jù)進行處理、存儲和 輸出。該硬件部分，操作簡單，易檢測，成本低，用時短。
[0010] 所述的8路信息的檢測狀態(tài)，包括靜息狀態(tài)、定量運動和運動后再次靜息狀態(tài)下的 血壓和脈搏波信號。其目的在于，用靜態(tài)參數(shù)表示個體某一時刻的生理狀態(tài)，用動態(tài)參數(shù)表 示個體經(jīng)歷運動時的自身調(diào)節(jié)功能及運動結(jié)束后個體做出的自我調(diào)節(jié)反應(yīng)。
[0011] -種基于四肢血壓脈搏的心臟血管功能參數(shù)的計算方法，可以為人體的心臟血管 系統(tǒng)提供一種經(jīng)常性、無創(chuàng)傷、易操作、快輸出、價格低廉的檢測手段;可以適用于社區(qū)醫(yī) 療、康復保健、運動健身、休閑療養(yǎng)等醫(yī)療保健機構(gòu)的健康普檢。
[0012] 本發(fā)明的特征在于，在上位機和下位機中依次按以下步驟實現(xiàn)的：
[0013] 步驟⑴，上位機和下位機初始化：
[0014] 上位機輸入:被測者的個人信息，包括性別、年齡、身高、體重、肩寬既往病史等信 息。
[0015] 下位機檢測:被測者肱動脈和踝動脈四肢的脈搏波和血壓。
[0016] 上位機記錄:被測者肱動脈和踝動脈四肢的脈搏波波形和血壓壓力值。
[0017] 步驟(2)，上位機自動檢測、記錄、保存四肢的脈搏波波形圖，對得到的波形圖利用 周期和幅值歸一化處理進行波形平均，然后按下式計算分別得到一個心動周期內(nèi)被測者的 四肢平均動脈壓P mf，平均動脈壓為一個心動周期內(nèi)四肢分別對應(yīng)的動脈壓力的平均值。
[0019] T為一個心動周期，f為四肢的標號，€=1，2,3,4分別表示右上肢、左上肢、右下肢、 左下肢，P(t)f為一個心動周期內(nèi)不同時刻各采樣點對應(yīng)的脈壓值，（f = 1，2，3，4)。
[0020] 步驟(3)，按下式計算波形因子kf，（f =1，2,3,4)。
[0022] Pdf為舒張壓，Psf為收縮壓，均為四肢肱動脈和踝動脈的實際測量值，（f=l，2,3， 4)〇
[0023]步驟(4)，按下式計算肱動脈和踝動脈壓力脈搏波的傳播速度c(t)f:
[0025] P(t)f為一個心動周期內(nèi)不同時刻各采樣點對應(yīng)的脈壓值，（f = 1，2，3，4);
[0026] p為血液密度，p = l .05*10-3kg/cm3;
[0027] bf為脈搏波波形參數(shù)，按下式計算，（f=l，2,3,4):
[0029] a為與速度剖面有關(guān)的參數(shù)，a = 0.57;
[0030] 步驟(5)，按下式計算肱動脈和踝動脈壓力脈搏波的空間壓力梯度F(t)f，從而得 到一個心動周期內(nèi)不同時刻的壓力梯度，（f = l，2,3,4)。
[0032]
為一個心動周期內(nèi)不同時時刻壓力對時間的導數(shù)，clf(f=l，2,3,4)為四肢 動脈內(nèi)的血液脈搏波的傳播速度，ω 四肢動脈內(nèi)脈搏波的角頻率：
四肢動脈內(nèi)脈搏波的系數(shù)m = 1，2，3……，按下式遞推得出：
[0039] Pm*平均動脈壓，P為血壓在動脈內(nèi)坐標Z和時間t的函數(shù)，其傅立葉形式為：
幅值和頻率等由實測波形獲得。
[0040] 步驟(6)，按下式計算一個心動周期內(nèi)不同時刻肱動脈和踝動脈四肢的血流量Q (t)f，（f=l，2,3,4)〇
[0042] X(t)f為血流量隨時間變化的一次冪系數(shù)；e(t)f為血流量隨時間變化的二次冪系 數(shù);A(t) f為一個心動周期內(nèi)血管半徑隨時間變化的函數(shù)，主要描述一個心動周期內(nèi)血管彈 性收縮擴張的動態(tài)過程，Q(t) f為一個心動周期內(nèi)不同時刻肱動脈和踝動脈各采樣點對應(yīng) 的血流量值(f = l，2,3,4)。
[0043] A(t)f用下式表示，（f=l，2,3,4):
[0045] α為生理條件下人體修正系數(shù)，是計算A(t)f時涉及一個心動周期內(nèi)血流量隨時間 變化時的非線性脈搏波傳播系數(shù)，α = 0.57;
[0046] β為生理條件下人體修正系數(shù)，是計算A(t)f時一個心動周期內(nèi)血管半徑隨時間 變化時的非線性脈搏波傳播系數(shù)，與血管半徑彈性擴張有關(guān)，β=〇. 1.173;
[0047] γ為血液