專利名稱:腦血管分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通過對腦血管的生物力學(xué)特性和血流特性進行檢測,對腦血管疾病進行分析的腦血管分析系統(tǒng),更詳細地涉及一種腦血管分析裝置,其將腦血管系統(tǒng)劃分為由頸內(nèi)動脈分支、前腦血管分支、中腦血管分支、后腦血管分支、椎動脈分支以及腦底動脈分支構(gòu)成的系統(tǒng),并對其進行分析而在腦血管系統(tǒng)的每個血管分支中求出表示血管的器質(zhì)性變化的血管的彈性系數(shù),通過檢測腦血管系統(tǒng)的血流特性、同時表示器質(zhì)性變化及功能性變化的血管的順應(yīng)性、血流阻力及血流量,早期診斷腦血栓等多種腦血管難治性疾病。
背景技術(shù):
目前,臨床上為了早期診斷腦血管疾病正在使用著超音波多普勒系統(tǒng)。但是,超聲波多普勒系統(tǒng)由于無法檢測出血管特性,因而在早期診斷腦血管疾病時具有一定的局限性。到目前為止開發(fā)出的腦血管疾病分析器包括血管造影系統(tǒng)、MRA、FMRI、SPET、TCD、 TEE、TTE、QFM、CVD 等。其中,血管造影系統(tǒng)雖然具有能夠直觀地觀察血管自身的病變的優(yōu)點,但其必須進行用于注入造影劑的血管侵襲性操作,且該操作復(fù)雜。MRA或FMRI雖然是克服了血管造影系統(tǒng)的缺陷的體系,但由于制造成本和診斷費用昂貴,具有只能在特定的病房上加以利用的缺點。尤其是,雖然MRA、FMRI, SPET之間具有若干的差異,但通過這些設(shè)備進行的檢查均能確認血管分布、血流特性、低血流區(qū)域等,卻無法確認血管的特性。超聲波血流檢測器(ultrasonic Quantitative Flow Measurement System :QFM) 和腦血管特性檢測器(CVD)能夠以低費用求出頸動脈的血流量和中腦血管及前腦血管的順應(yīng)性。但是,若要評價對血管的特性進行特征化的血管的器質(zhì)性及功能性狀態(tài),相比與流入血管的血流量或作用于血管壁的血壓等血流狀態(tài)相關(guān)的信息,更需要確認反映血管自身的器質(zhì)性狀態(tài)及功能性狀態(tài)的血管的彈性系數(shù)、血管順應(yīng)性及血流阻力等信息。但是,在反映血管的器質(zhì)狀態(tài)的腦血管系統(tǒng)的每個血管分支中檢測出血管的彈性系數(shù)、血管的順應(yīng)性及直徑、血流阻力、血流量是一件非常難的事情。出現(xiàn)上述情況是因為腦血管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且腦血管系統(tǒng)中的多個血管分支進行相互不同的力學(xué)行為,而且若要在作為活人體中檢測出表示血管的器質(zhì)性變化的指標(biāo)的彈性系數(shù),最正確的方法是采集生體內(nèi)的血管后用拉伸器來拉伸,但這種方法實際上是不可行的。2002年美國加利福尼亞綜合大學(xué)教授Werner G、Marifan C, Tonny Μ, Jeffrey C等許多學(xué)家研究了人的腦血管的生物力學(xué)特性,并在“Mechanical and Failure Properties of Human Cerebral Blood Vessels”上發(fā)表過有關(guān)腦血管的特性的論文。但是,這些結(jié)果不能用作能夠用于根據(jù)采集人的血管進行實驗的結(jié)果進行診斷的指標(biāo)。以往,以多種形態(tài)進行了用于間接地求得腦血管系統(tǒng)的血流量及順應(yīng)性、彈性系數(shù)、血流阻力等的研究。1997年-2004年以美國學(xué)者Biedma、Haoliu、Cwako shi為首的許多學(xué)者提出了求得腦血管的順應(yīng)性及阻力的問題。但是,以上的研究結(jié)果只針對腦血管中的血壓、血管的順應(yīng)性及彈性系數(shù)、血流阻力、血流量分布進行了一般的揭示,而未得到能夠直接應(yīng)用于臨床的結(jié)果。2006年丁光宏教授(上海復(fù)旦大學(xué)副校長)為了應(yīng)用于臨床的目的,開發(fā)出了一款求得腦血管的個別分支的血流量的設(shè)備KF-3000。KF-3000雖然在腦血管系統(tǒng)中求出血流特性方面獲得了創(chuàng)造性成果,但由于無法掌握血管的特性,因而未能使TCD發(fā)展到用于早期診斷腦血管疾病的層次。與丁光宏博士的研究不同,日本COLLIN提出了早期診斷腦血管疾病時具有決定性意義的用于評價腦血管系統(tǒng)的血流特性及血管特性的腦血流量計QFM-2000X,作為與之類似的裝置,也曾公開過基于發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”(An apparatus measuring parameter of cerebrovascular and method thereof)的 CVD-1000。根據(jù)以應(yīng)用于臨床的目的開發(fā)出的超聲波血流檢測器(ultrasonic Quantitative Flow Measurement System :QFM)和上述發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”的結(jié)構(gòu)通過以低費用求出頸內(nèi)動脈的血流量、中腦血管及前腦血管的順應(yīng)性, 展示了能夠早期診斷腦血管疾病的可能性。但是,超聲波血流檢測器(QFM)和上述專利的結(jié)構(gòu),將血管的順應(yīng)性及血流指標(biāo)選作基本檢測指標(biāo),從而未能對作為血管特性的兩種基本特性的血管的器質(zhì)性變化及功能性變化加以區(qū)分并說明。特別是,超聲波血流檢測器(QFM-2000X)和腦血管特性檢測器(CVD-1000)在求得腦血管的順應(yīng)性及阻力時表現(xiàn)出了多種缺點。QFM-2000X對腦血管系統(tǒng)進行左右分離,并將向頸內(nèi)動脈流入的血流量看作腦血流量,由此求出對左側(cè)腦血管系統(tǒng)及右側(cè)腦血管系統(tǒng)進行評價的順應(yīng)性C及阻力R。因此,無法對腦的個別血管分支進行評價。并且,這些結(jié)構(gòu)為了求出腦血管的順應(yīng)性及阻力,通過壓力脈搏波給出血壓波形, 并通過超聲波多普勒給出血流波形而進行校正,直至兩個波形保持一致,由此求得C、R,C、 R分析結(jié)果出現(xiàn)了變幅范圍較大且曲線近似度與實際現(xiàn)象存在較大差異的缺點。事實上,當(dāng)用超聲波多普勒測量血流波形時,因水平面誤差而產(chǎn)生十分大的測定誤差。但是,使具有這種測定誤差的兩個波形成為近似的過程與事實不符且再現(xiàn)性較少。并且,曲線對曲線近似即使產(chǎn)生若干的波形變動,也會在近似兩個波形時引起大的誤差。因此,根據(jù)檢測人員的不同,通過QFM-2000X檢測的順應(yīng)性C或阻力R也會產(chǎn)生幾乎達到10-100倍的差異,并且由于沒有再現(xiàn)性,因而難以用作臨床指標(biāo)。上述發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”的結(jié)構(gòu),當(dāng)對腦血管系統(tǒng)進行模型化而進行分析時,不求流入腦中的血流量,而假設(shè)流入腦中的血流量達到心輸出量的k 倍,因而尚未找出準(zhǔn)確的臨床指標(biāo)。
上述發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”公開了如下的結(jié)構(gòu)即使頸內(nèi)動脈的截面積減少為80-90%,也由于流入頸內(nèi)動脈的血流量沒有發(fā)生變化,因而能夠據(jù)此通過Qc = KcSv計算得出流入頸內(nèi)動脈的血流量。在此,Sv為心輸出量,Kc為比例常數(shù)。但是,如上的假設(shè)不能作為醫(yī)療診斷儀器得到充分保障。并且,上述發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”的結(jié)構(gòu),假設(shè)以一定比率劃分前腦血管和中腦血管的順應(yīng)性及阻力,因而降低了疾病診斷準(zhǔn)確度。特別是,QFM-2000X和上述發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”中未能提供求出后腦血管的順應(yīng)性及阻力的方法。如上所述,QFM-2000X和上述發(fā)明專利申請“腦血管的參數(shù)測定裝置及方法”為了對腦血管的特性進行評價,雖然未能求出彈性系數(shù),而僅求出了順應(yīng)性及阻力,但其自身具有許多缺點。因此,需要尋求一種新的準(zhǔn)確求出腦血管系統(tǒng)的彈性系數(shù)、順應(yīng)性、阻力、血流量的解決方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出的,其目的在于提供一種腦血管分析裝置,該裝置為了診斷腦血管的疾病,以心電圖、心音圖、脈搏波信號及超聲波多普勒信號為基礎(chǔ)資料對腦血管系統(tǒng)進行生物力學(xué)分析,以便檢測腦血管的生物力學(xué)特性及血流特性,由此通過檢測腦血管系統(tǒng)的每個血管分支中的彈性系數(shù)、血管的順應(yīng)性及血流阻力、 血流量,能夠早期診斷腦血栓等多種腦血管難治性疾病。為了達到上述目的,本發(fā)明的第一特征在于,根據(jù)本發(fā)明的腦血管分析裝置包括 生體信號檢測計,其由包括心電圖傳感器、心音圖傳感器、脈搏波傳感器及超聲波傳感器的生體信號檢測傳感器部以及與上述生體信號檢測傳感器部的各傳感器連接,接收檢測出的生體信號進行信號處理的生體信號接收及處理部構(gòu)成,以及分析指標(biāo)計算計,其由與上述生體信號接收及處理部連接,相互進行通信并接收檢測數(shù)據(jù),計算出用于分析腦血管的生物力學(xué)指標(biāo)的主處理部、與上述主處理部連接并輸入用戶的控制指令的輸入部以及與上述主處理部連接并顯示計算出的結(jié)果的輸出部構(gòu)成;上述主處理部利用包括由從上述生體信號檢測計獲取的生體信號獲得的腦血管的壓力曲線、對于上述壓力曲線的收縮期及舒張期的面積及上述腦血管的血流量的基礎(chǔ)信息計算出生物力學(xué)指標(biāo)。并且,本發(fā)明的第二特征在于,上述生體信號接收及處理部包括微控制器 (microcontroller),其對從上述生體信號檢測傳感器部接收的生體信號進行處理,并控制向上述主處理部傳送檢測數(shù)據(jù);多路信號選擇器,其由上述微控制器的控制信號選擇從上述心電圖傳感器、心音圖傳感器、脈搏波傳感器及超聲波傳感器接收的生體信號;噪音去除及信號放大器,其由上述微控制器的控制信號對由上述多路信號選擇器選擇的生體信號進行噪音去除或調(diào)節(jié)放大率;信號切換器,其接收通過了上述噪音去除及信號放大器的生體信號,根據(jù)上述輸入部的控制指令或上述主處理部中內(nèi)置的程序的控制指令來選擇所需的生體信號;樣本保持器,其由上述微控制器的控制信號對上述信號切換器中選擇的生體信號進行采樣(sampling)并保持(holding);以及,A/D轉(zhuǎn)換器,其由上述微控制器的控制信
8號將通過上述標(biāo)本保持器保持(holding)的生體信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳送至上述微控制器。并且,本發(fā)明的第三特征在于,上述脈搏波傳感器是袖帶(Cuff)脈搏波傳感器、 頸動脈脈搏波傳感器及股動脈脈搏波傳感器中的某一個,上述生體信號檢測計從上述生體信號檢測傳感器部同時取得ECG、PCG以及APG波形。并且,本發(fā)明的第四特征在于,上述頸動脈脈搏波傳感器和上述股動脈脈搏波傳感器是相同的壓力傳感器,上述袖帶(CufT)脈搏波傳感器是在袖帶血壓計上還附著壓力傳感器而構(gòu)成的。并且,本發(fā)明的第五特征在于,上述袖帶(CufT)脈搏波傳感器在與上述袖帶血壓計的空氣袋連接的橡皮管形成支路管,在上述支路管出口安裝適配器,將上述適配器安裝在與上述頸動脈脈搏波傳感器或上述股動脈脈搏波傳感器相同的結(jié)構(gòu)的傳感器的開放槽。并且,本發(fā)明的第六特征在于,上述主處理部被程序化為包括如下步驟第一步驟,通過上述輸入部輸入基礎(chǔ)信息,并通過上述生體信號檢測計接收上述生體信號;第二步驟,對上述接收的生體信號的波形進行分析,基于上述分析的波形資料獲得腦血管的壓力曲線、對于上述壓力曲線的收縮期及舒張期的面積以及上述腦血管的血流量;以及,第三步驟,基于上述獲得的壓力曲線、壓力曲線的面積、血流量及上述輸入的基礎(chǔ)信息計算出包括上述腦血管的順應(yīng)性(C)及阻力(R)的生物力學(xué)指標(biāo),由此顯示出腦血管分析結(jié)果。并且,本發(fā)明的第七特征在于,上述第二步驟中的上述腦血管包括左、右側(cè)后腦動脈,上述第三步驟中的上述生物力學(xué)指標(biāo)中,左、右側(cè)后腦動脈的順應(yīng)性(Cpl,Cp2)及左、 右后腦動脈的阻力(Rpl,Rp》分別由預(yù)定的數(shù)學(xué)式計算得出。并且,本發(fā)明的第八特征在于,上述第二步驟中的上述腦血管包括左、右側(cè)前腦動脈,上述第三步驟中的上述生物力學(xué)指標(biāo)中,左、右側(cè)前腦動脈的順應(yīng)性(Cal,Ca2)及左、 右側(cè)前腦動脈的阻力(Ral,Ra2)分別由預(yù)定的數(shù)學(xué)式計算得出。并且,本發(fā)明的第九特征在于,上述第二步驟中的上述腦血管包括左、右側(cè)中腦動脈,上述第三步驟中的上述生物力學(xué)指標(biāo)中,左、右側(cè)中腦動脈的順應(yīng)性(Cal,Ca2)及左、 右側(cè)中腦動脈的阻力(Ral,Ra2)分別由預(yù)定的數(shù)學(xué)式計算得出。并且,本發(fā)明的第十特征在于,上述主處理部被控制為能夠?qū)⑸鲜龅谌襟E中計算出的上述腦血管的順應(yīng)性(C)及阻力(R),由C-R狀態(tài)圖(Chart)上的點顯示在上述輸出部。本發(fā)明對反映腦血管的個別血管分支的器質(zhì)性變化的彈性系數(shù)進行分析,并計算反映腦血管系統(tǒng)的血流特性和腦血管的個別血管分支的器質(zhì)性變化及功能性變化的血流量、血管順應(yīng)性、血流阻力,從而能夠早期診斷腦血管疾病的發(fā)病危險性。
圖1是基于本發(fā)明腦血管分析裝置的一實施例的整體系統(tǒng)的框圖。圖2是概念性地表示圖1的生體信號接受及處理部的結(jié)構(gòu)和信號流動的框圖。圖3是表示作為圖1的脈搏波傳感器的一種的袖帶脈搏波傳感器結(jié)構(gòu)的剖視圖及主要部分分解立體圖。圖4是概念性地表示腦血管血管分支的連接狀態(tài)的威廉斯環(huán)(Willi' scircle)。圖5是基于看作將頸內(nèi)動脈中分為前腦動脈和中腦動脈的情況進行模型化的圖4 的腦血管模型化電路圖。圖6是基于將頸內(nèi)動脈和中腦動脈看作一個血管分支而進行模塊化的圖4的腦血管模型化電路圖。圖7是圖1的主處理部的一例示工作圖。圖8是表示作為圖1的主處理部的分析結(jié)果的一例的C-R狀態(tài)圖(Chart)的一例示圖。附圖標(biāo)記的說明
權(quán)利要求
1.一種腦血管分析裝置,其特征在于,包括生體信號檢測計,其由包括心電圖傳感器、心音圖傳感器、脈搏波傳感器及超聲波傳感器的生體信號檢測傳感器部以及與所述生體信號檢測傳感器的各傳感器連接,并接收檢測出的生體信號并進行信號處理的生體信號接收及處理部構(gòu)成,以及分析指標(biāo)計算計,其由與所述生體信號接收及處理部連接,相互進行通信并接收檢測數(shù)據(jù),而計算出用于分析腦血管的生物力學(xué)指標(biāo)的主處理部、與所述主處理部連接并接收用戶的控制指令的輸入部以及與所述主處理部連接并顯示計算出的結(jié)果的輸出部構(gòu)成;所述主處理部利用包括由從所述生體信號檢測計獲取的生體信號獲得的腦血管的壓力曲線、對于所述壓力曲線的收縮期及舒張期的面積及所述腦血管的血流量的基礎(chǔ)信息計算出生物力學(xué)指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述生體信號接收及處理部包括微控制器,其用于進行如下控制對從所述生體信號檢測傳感器部接收的生體信號進行處理,而向所述主處理部傳送檢測數(shù)據(jù);多路信號選擇器,其由所述微控制器的控制信號選擇從所述心電圖傳感器、心音圖傳感器、脈搏波傳感器及超聲波傳感器接收的生體信號;噪音去除及信號放大器,其由所述微控制器的控制信號對由所述多路信號選擇器選擇的生體信號進行噪音去除或放大率調(diào)節(jié);信號切換器,其接收通過了所述噪音去除及信號放大器的生體信號,使所述輸入部的控制指令或內(nèi)置于所述主處理部中的程序的控制指令通過所述微控制器來選擇所需的生體信號;樣本保持器,其根據(jù)所述微控制器的控制信號對選自所述信號切換器中的生體信號進行采樣并保持;以及A/D轉(zhuǎn)換器,其根據(jù)所述微控制器的控制信號將通過所述標(biāo)本保持器進行保持的生體信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳送至所述微控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述脈搏波傳感器是袖帶脈搏波傳感器、頸動脈脈搏波傳感器及股動脈脈搏波傳感器中的某一個,所述生體信號檢測計同時從所述生體信號檢測傳感器部取得ECG、PCG以及APG波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述頸動脈脈搏波傳感器和所述股動脈脈搏波傳感器是相同的壓力傳感器,所述袖帶脈搏波傳感器是在袖帶血壓計上還附著壓力傳感器而構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述袖帶脈搏波傳感器在與所述袖帶血壓計的空氣袋連接的橡皮管形成支路管,在所述支路管出口安裝適配器,將所述適配器安裝在結(jié)構(gòu)與所述頸動脈脈搏波傳感器或所述股動脈脈搏波傳感器相同的傳感器的開放槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述主處理部被程序化為包括如下步驟第一步驟,通過所述輸入部接收基礎(chǔ)信息,并通過所述生體信號檢測計接收所述生體信號;第二步驟,對所述接收的生體信號的波形進行分析,基于所述分析的波形資料獲得腦血管的壓力曲線、對于所述壓力曲線的收縮期及舒張期的面積以及所述腦血管的血流量; 以及,第三步驟,基于所述獲得的壓力曲線、壓力曲線的面積、血流量及所述輸入的基礎(chǔ)信息計算出所述腦血管的包括順應(yīng)性(C)及阻力(R)的生物力學(xué)指標(biāo),而顯示出腦血管分析結(jié)^ ο
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述第二步驟中的所述腦血管包括左、右側(cè)后腦動脈,所述第三步驟中的所述生物力學(xué)指標(biāo)中,左、右側(cè)后腦動脈的順應(yīng)性0:pl,cp2)及左、右側(cè)后腦動脈的阻力 p1,Rp2)分別由下述數(shù)學(xué)式計算得出, 左側(cè)后腦動脈的順應(yīng)性 Q _ ^plS - Apld SplPplS.~ PpU Wpl計 ^pld(數(shù)學(xué)式1); 右側(cè)后腦動脈的順應(yīng)性 C ^ Ap2S~ AP2d^p2S~ Ppld 為25+ ^pW(數(shù)學(xué)式2); ^plS + ^pld左側(cè)后腦動脈的阻力:Rpl = c ρΙ(數(shù)學(xué)式3);以及右側(cè)后腦動脈的阻力 = P - P (數(shù)學(xué)式4),所述數(shù)學(xué)式1至數(shù)學(xué)式4中,Ppls是左側(cè)后腦動脈的收縮期血壓,Ppld是左側(cè)后腦動脈的舒張期血壓,Pp2s是右側(cè)后腦動脈的收縮期血壓,Pp2d是右側(cè)后腦動脈的舒張期血壓,Apls 是左側(cè)后腦動脈壓力曲線的收縮期面積,Apld是左側(cè)后腦動脈壓力曲線的舒張期面積,Ap2s 是右側(cè)后腦動脈壓力曲線的收縮期面積,Ap2d是右側(cè)后腦動脈壓力曲線的舒張期面積,、是左側(cè)后腦動脈的血流量,Sp2是右側(cè)后腦動脈的血流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述第二步驟中的所述腦血管包括左、右側(cè)前腦動脈,所述第三步驟中的所述生物力學(xué)指標(biāo)中,左、右側(cè)前腦動脈的順應(yīng)性(Cal,Ca2)及左、右側(cè)前腦動脈的阻力(Ral,Ra2)分別由下述數(shù)學(xué)式計算得出, 左側(cè)前腦動脈的順應(yīng)性(數(shù)學(xué)式5); 右側(cè)前腦動脈的順應(yīng)性
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述第二步驟中的所述腦血管包括左、右側(cè)中腦動脈,所述第三步驟中的所述生物力學(xué)指標(biāo)中,左、右側(cè)中腦動脈的順應(yīng)性(Cal,Ca2)及左、右側(cè)中腦動脈的阻力(Ral,Ra2)分別由下述數(shù)學(xué)式計算得出, 左側(cè)中腦動脈的順應(yīng)性
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的腦血管分析裝置,其特征在于,所述主處理部進行如下控制在所述輸出部用C-R狀態(tài)圖上的點顯示出所述第三步驟中計算出的所述腦血管的順應(yīng)性(C)及阻力(R)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種腦血管分析裝置,該裝置為了診斷腦血管的疾病,以心電圖、心音圖、脈搏波信號及超聲波多普勒信號為基礎(chǔ)資料對腦血管系統(tǒng)進行生物力學(xué)分析,以便檢測腦血管的生物力學(xué)特性及血流特性,由此通過檢測腦血管系統(tǒng)的每個血管分支中的彈性系數(shù)、血管的順應(yīng)性及血流阻力、血流量,能夠早期診斷腦血栓等多種腦血管難治性疾病。
文檔編號A61B8/02GK102170832SQ200980138750
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月2日
發(fā)明者金洸臺 申請人:玄錫山, 金洸臺