一種無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置與獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置與獲取方法，其特征在于：該裝置包括血壓信號采集單元、脈搏信號采集單元、脈搏信號處理單元及波形重構單元；通過采集由橈動脈脈搏波和肱動脈血壓值組成的動脈信息，并利用適用于中國人群的傳遞函數(shù)，從橈動脈壓力波形中重構人體中心動脈壓力波形，獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)。本發(fā)明測試流程簡單、操作簡便且無創(chuàng)，可以很好地滿足中國人群的心血管疾病篩查和普查要求。
【專利說明】-種無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置與獲 取方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)學工程【技術領域】，具體涉及一種無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及 其相關參數(shù)的裝置與獲取方法。
【背景技術】
[0002] 中心動脈壓力波形是由左心室射血產(chǎn)生的前向波和遇到外周血管阻力返回的反 向波兩部分組成的。由于人體血管在不同位置上動脈厚度、彈性以及反射波返回時間的不 同，導致動脈壓力波形在形態(tài)和幅度上存在差異，這使得外周血管不能很好地反映中心動 脈的血管狀態(tài)。而目前有研究表明，中心動脈血壓與心血管發(fā)病的關系要比外周動脈血壓 更為密切。因此，獲取中心動脈壓力波形是臨床研究所必需的。
[0003] 目前，中心動脈壓力波形的測量技術有兩種方法：無創(chuàng)法和有創(chuàng)法。有創(chuàng)法通過在 左心室輸出口插管獲得，但這種方法由于有創(chuàng)，操作難度大，無法在人群中普及。無創(chuàng)法通 過對大樣本數(shù)據(jù)分析，獲得中心動脈-橈動脈壓力波形傳遞函數(shù)，從測量到的人體橈動脈 壓力波形，利用該傳遞函數(shù)獲取中心動脈壓力波形。該方法已被澳大利亞Actor公司采用， 并生產(chǎn)出SphygmoCor產(chǎn)品。但該產(chǎn)品構建的傳遞函數(shù)是以國外人群作為樣本的，對能否適 用于中國人群的中心動脈壓力波形獲取還有待驗證。因此，有必要創(chuàng)造適用于中國人的產(chǎn) 品并構建適用于中國人群的傳遞函數(shù)模型。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明是為解決上述問題，提供一種無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及相關參數(shù)的裝 置及獲取方法。
[0005] 本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0006] 本發(fā)明無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置，其特點在于：包括血壓 信號采集單元、脈搏信號采集單元、脈搏信號處理單元和波形重構單元；
[0007] 所述血壓信號采集單元用于獲取人體肱動脈血壓值；
[0008] 所述脈搏信號采集單元用于獲取人體外周動脈脈搏波信號；
[0009] 所述脈搏信號處理單元與血壓信號采集單元和脈搏信號采集單元相連接，用于采 集所述外周動脈脈搏波信號并進行分析處理，獲得外周動脈脈搏波形，然后以肱動脈血壓 值對所述外周動脈脈搏波形進行標定，獲得外周動脈壓力波形，再對所述外周動脈壓力波 形進行平均，獲得外周動脈平均壓力波形；
[0010] 所述波形重構單元與所述脈搏信號處理單元相連接，用于由外周動脈平均壓力波 形獲得重構中心動脈壓力波形，并從重構中心動脈壓力波形中獲得中心動脈相關參數(shù)。 [0011] 本發(fā)明無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置，其特點也在于：
[0012] 所述脈搏信號處理單元對獲取的外周動脈脈搏波信號進行分析處理包括濾除外 周動脈脈搏波信號的噪聲和去除外周動脈脈搏波信號的基線漂移。
[0013] 所述人體肱動脈血壓值包括肱動脈收縮壓、肱動脈舒張壓和肱動脈平均壓；
[0014] 所述人體外周動脈脈搏波信號為人體橈動脈脈搏壓力信號。
[0015] 利用上述裝置的無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的方法，其特點在于包 括以下步驟：
[0016] a、以脈搏信號采集單元獲取人體橈動脈脈搏波信號；
[0017] b、脈搏信號處理單元采集所述橈動脈脈搏波信號，濾除橈動脈脈搏波信號的噪 聲、去除橈動脈脈搏波信號的基線漂移，獲得橈動脈脈搏波形，并以肱動脈血壓值對所述橈 動脈脈搏波形進行標定，獲得橈動脈壓力波形，然后將各個周期的橈動脈壓力波形進行平 均，獲得橈動脈平均壓力波形P r(t);
[0018] c、波形重構單元采集所述橈動脈平均壓力波形Pjt)并對其進行快速傅里葉 變換，獲得橈動脈壓力波形的頻域形式Ι\(ω)，然后通過中心動脈至橈動脈的傳遞函數(shù) Ha_r ( ω )獲得中心動脈壓力波形的頻域形式Pa ( ω )，最后再對Pa ( ω )進行逆傅里葉變換，即 得重構中心動脈壓力波形；
[0019] 由Pr(?)通過Η"(ω)獲得Ρ3(ω)的公式如式⑴所示：
[0020] pa( ω ) = Pr ( ω ) /Ha_r ( ω ) (1)
[0021] d、波形重構單元從重構中心動脈壓力波形中獲得中心動脈相關參數(shù)。
[0022] 所述中心動脈相關參數(shù)包括中心動脈收縮壓cSBP、中心動脈舒張壓cDBP、中心動 脈脈壓cPP、反射波增長指數(shù)cAIx、左心負荷指數(shù)cSPTI、心肌灌注指數(shù)cDPTI和心內(nèi)膜下心 肌活力率cSEVR。
[0023] 中心動脈至橈動脈的傳遞函數(shù)(ω)是按如下方法構建：
[0024] (1)獲取η位中國受試者的中心動脈壓力波形和橈動脈壓力波形，η彡80 ;
[0025] (2)將所獲得的η個中心動脈壓力波形的起點移動到同一位置后疊加、取平均，獲 得一個周期的標準中心動脈平均壓力波形P al(t);
[0026] 將所獲得的η個橈動脈壓力波形的起點移動到同一位置后疊加、取平均，獲得一 個周期的標準橈動脈平均壓力波形P rl(t);
[0027] (3)對所述標準中心動脈平均壓力波形Pal (t)按式（2)進行快速傅里葉變換FFT， 獲得標準中心動脈平均壓力波形的頻域形式
【權利要求】
1. 一種無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置，其特征在于：包括血壓信號 采集單元、脈搏信號采集單元、脈搏信號處理單元和波形重構單元； 所述血壓信號采集單元用于獲取人體肱動脈血壓值； 所述脈搏信號采集單元用于獲取人體外周動脈脈搏波信號； 所述脈搏信號處理單元與血壓信號采集單元和脈搏信號采集單元相連接，用于采集所 述外周動脈脈搏波信號并進行分析處理，獲得外周動脈脈搏波形，然后以肱動脈血壓值對 所述外周動脈脈搏波形進行標定，獲得外周動脈壓力波形，再對所述外周動脈壓力波形進 行平均，獲得外周動脈平均壓力波形； 所述波形重構單元與所述脈搏信號處理單元相連接，用于由外周動脈平均壓力波形獲 得重構中心動脈壓力波形，并從重構中心動脈壓力波形中獲得中心動脈相關參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置，其特征在 于： 所述脈搏信號處理單元對獲取的外周動脈脈搏波信號進行分析處理包括濾除外周動 脈脈搏波信號的噪聲和去除外周動脈脈搏波信號的基線漂移。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的裝置，其特 征在于： 所述人體肱動脈血壓值包括肱動脈收縮壓、肱動脈舒張壓和肱動脈平均壓； 所述人體外周動脈脈搏波信號為人體橈動脈脈搏壓力信號。
4. 根據(jù)權利要求1所述的無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及相關參數(shù)的裝置，其特征在 于：所述中心動脈相關參數(shù)包括中心動脈收縮壓cSBP、中心動脈舒張壓cDBP、中心動脈脈 壓cPP、反射波增長指數(shù)cAIx、左心負荷指數(shù)cSPTI、心肌灌注指數(shù)cDPTI和心內(nèi)膜下心肌活 力率cSEVR。
5. -種利用權利要求1所述裝置的無創(chuàng)獲取中心動脈壓力波形及其相關參數(shù)的方法， 其特征在于包括以下步驟： a、 以脈搏信號采集單元獲取人體橈動脈脈搏波信號； b、 脈搏信號處理單元采集所述橈動脈脈搏波信號，濾除橈動脈脈搏波信號的噪聲、去 除橈動脈脈搏波信號的基線漂移，獲得橈動脈脈搏波形，并以肱動脈血壓值對所述橈動脈 脈搏波形進行標定，獲得橈動脈壓力波形，然后將各個周期的橈動脈壓力波形進行平均，獲 得橈動脈平均壓力波形P r(t); c、 波形重構單元采集所述橈動脈平均壓力波形Pjt)并對其進行快速傅里葉變換，獲 得橈動脈壓力波形的頻域形式匕（ω )，然后通過中心動脈至橈動脈的傳遞函數(shù)Hai (ω)獲 得中心動脈壓力波形的頻域形式Ρ3(ω)，最后再對匕（《)進行逆傅里葉變換，即得重構中 心動脈壓力波形； 由Pr(?)通過Η"(ω)獲得pa(?)的公式如式（1)所示： Ρ3(ω) = ΡΓ(ω)/Η3_Γ(ω) (1) d、 波形重構單元從重構中心動脈壓力波形中獲得中心動脈相關參數(shù)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于：所述中心動脈相關參數(shù)包括中心動脈收 縮壓cSBP、中心動脈舒張壓cDBP、中心動脈脈壓cPP、反射波增長指數(shù)cAIx、左心負荷指數(shù) cSPTI、心肌灌注指數(shù)cDPTI和心內(nèi)膜下心肌活力率cSEVR。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于所述的中心動脈至橈動脈的傳遞函數(shù) Ha_r(〇)是按如下方法構建： (1) 獲取η位中國受試者的中心動脈壓力波形和橈動脈壓力波形，η > 80 ; (2) 將所獲得的η個中心動脈壓力波形的起點移動到同一位置后疊加、取平均，獲得一 個周期的標準中心動脈平均壓力波形Pal(t); 將所獲得的η個橈動脈壓力波形的起點移動到同一位置后疊加、取平均，獲得一個周 期的標準橈動脈平均壓力波形Pri(t); (3) 對所述標準中心動脈平均壓力波形Pal(t)按式⑵進行快速傅里葉變換FFT，獲得 標準中心動脈平均壓力波形的頻域形式P al(c〇):
(2) 式中：ΜΑ(ω)為Pal(co)的模，
為Pal(?)的相位； 對所述標準橈動脈平均壓力波形Pri(t)按式（3)進行快速傅里葉變換FFT，獲得標準 橈動脈平均壓力波形的頻域形式Ρπ(ω):
(3), 式中：ΜΚ ( ω )為Pr ( ω )的模，?(》)為Prl ( ω )的相位； (4) 由式（4)計算獲得中心動脈至橈動脈的傳遞函數(shù)Η"(ω):
(4) 式中
，為
的模
，為Ha_r(c〇) 的相位。
【文檔編號】A61B5/022GK104188642SQ201410494010
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張永亮, 胡福松, 葉駿, 馬祖長, 孫怡寧, 黎承濤, 何子軍, 曹慶慶, 楊劍, 吳慶園 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院