基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種生物醫(yī)療信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】的基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：信號采集模塊、壓力波分解模塊、相位遷移模塊和重構(gòu)計算模塊；將左上臂血壓計在高袖帶工作壓條件下測得的震蕩波信號放大獲得肱動脈血壓波的近似值，并將肱動脈血壓波分解為前傳、后傳兩個血壓波分量，然后將肱動脈的前傳和后傳血壓波分量進行相位遷移得到鎖骨下動脈入口處中心動脈的前傳和后傳血壓波分量；再通過合成中心動脈前傳、后傳血壓波分量來重構(gòu)中心主動脈血壓波，并進行波解析，計算中心動脈的收縮壓、舒張壓和脈動壓。本發(fā)明快速無創(chuàng)地估測中心動脈壓，并且信號處理過程更充分地考慮患者的個體因素，從而獲得更加準確的檢測結(jié)果。
【專利說明】基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)療信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】的系統(tǒng)及方法，具體是一種通過處理振蕩式血壓計信號來無創(chuàng)估測中心動脈壓的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中心動脈壓是診斷患者是否患有高血壓及其嚴重程度，以及監(jiān)測藥物治療效果的金標準，同時也是心血管結(jié)構(gòu)損傷、病變和臨床預后的強預測因子，在臨床上具有重要的意義。
[0003]然而，中心動脈壓不能通過無創(chuàng)方法直接測得。目前在臨床上測量中心動脈壓的方法主要有直接測量法和間接測量法。直接測量法采用左心導管直接測量升主動脈血壓，這種方法測量結(jié)果準確，并可提供血壓波形的連續(xù)記錄，但屬于創(chuàng)傷性的方法，而且價格昂貴，技術(shù)要求較高，不適用于對普通患者的檢測和對大量人群的長期隨訪以及動態(tài)監(jiān)測。間接測量法通常通過分析頸動脈或橈動脈等外周血管的脈搏波來無創(chuàng)地估測中心動脈壓，根據(jù)具體的分析手段可分為替代法、目測法以及合成法三種方法。替代法用頸動脈壓力波近似替代升主動脈壓力波，但由于中心動脈與頸動脈間脈波傳遞現(xiàn)象的存在，估測誤差一般較大；目測法通過目測橈動脈壓力波的遲發(fā)收縮期波形改變來分析中心動脈壓，屬于半定量法，對中心動脈壓的定量化測量價值有限；合成法的基本原理是通過傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換觸壓式壓力探頭測得的橈動脈壓力波來合成中心動脈壓力波，但其潛在缺點是中心動脈壓的校準取決于橈動脈壓測量的精確程度，同時受壓力采集器的工作壓力影響較大，并且對檢查部位的選擇要求十分嚴格。另外，雖然多數(shù)現(xiàn)存方法在基于大量人群的統(tǒng)計學研究中體現(xiàn)出一定的可行性，但對具體受檢者個體的測量精度仍不明確。鑒于存在的各種問題，這些測量方法目前在臨床上仍沒有普及。
[0004]近年來，研究人員提出了一些新的中心動脈壓無創(chuàng)測量方法。專利文獻US20090287097提出利用振蕩法血壓計在高工作壓狀態(tài)下(高于肱動脈收縮壓)測量上臂肱動脈壓力波來估測中心動脈壓的方法。但是該技術(shù)中僅指出血壓計袖帶工作壓力高于收縮壓，未對袖帶的具體工作壓力有明確的說明，血壓計袖帶下的上臂肱動脈部分閉鎖，造成該處的壓力波反射系數(shù)為0~I之間的某一數(shù)值， 引入測量結(jié)果的不確定誤差較大。此外，在該技術(shù)中，上臂肱動脈閉鎖處與鎖骨下中心動脈間的壓力波傳播時間采用由人群樣本統(tǒng)計得到的平均數(shù)，無法真實反映受檢者的個體差異。專利文獻W02011138683A2提出了基于肱動脈壓力波，運用轉(zhuǎn)換函數(shù)估測中心動脈壓的構(gòu)想，但其采用的轉(zhuǎn)換函數(shù)結(jié)構(gòu)復雜，而且對中心動脈壓力波重構(gòu)有時間及波形范圍等限制，使其準確性和實用性有待驗證。此外，部分無創(chuàng)測量中心動脈壓的儀器已在小范圍臨床研究中得到了初步應(yīng)用，主要有日本的歐姆龍HEM-9000AI和澳大利亞的SphygmoCor。這兩種儀器都是通過分析在外周血管測量的血壓及脈搏波來估測中心動脈壓，但相關(guān)臨床研究發(fā)現(xiàn)，HEM-9000AI測量的中心動脈收縮壓較真實中心動脈收縮壓高；相反，SphygmoCor測得的中心動脈收縮壓偏低。雖然對數(shù)據(jù)進一步分析發(fā)現(xiàn)兩者的測量結(jié)果高度相關(guān)，但是兩種設(shè)備的測量結(jié)果存在明顯差異的原因仍不清楚。另外，HEM-9000AI和SphygmoCor的設(shè)計、校準和驗證以人群統(tǒng)計學數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，患者個體化測量的精確性和可靠性也有待考證。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101513344，
【公開日】2009_08_26，公開一種用于改進無創(chuàng)血壓估計的自適應(yīng)頻域濾波，該技術(shù)包括用于處理來自多個壓力步幅38a-u的示波數(shù)據(jù)以確定患者血壓的系統(tǒng)10。連接到患者14的心率監(jiān)視器32獲得患者的心率。時域到頻域轉(zhuǎn)換器54接收示波數(shù)據(jù)并將示波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域。諧波頻率計算器68連接到心率監(jiān)視器32并至少推導出心率基頻。濾波器62連接到時域到頻域轉(zhuǎn)換器54以及諧波頻率計算器68，其產(chǎn)生濾波器頻域示波信號。重構(gòu)計算器70接收已濾波頻域示波信號并重構(gòu)時域示波信號。該技術(shù)雖然可以通過改進濾波處理并引入心率信息提高外周動脈血壓測量的穩(wěn)定性和可靠性，但無法利用血壓計在外周血管所測示波信息估測中心動脈壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)及方法，通過解析和轉(zhuǎn)換函數(shù)對信號進行分析處理，從而快速無創(chuàng)地估測中心動脈壓，并且信號處理過程更充分地考慮患者的個體因素，使患者個體化測量的精確性相對于現(xiàn)存方法有了進一步的提高，從而獲得相比現(xiàn)有技術(shù)更加準確的個體化檢測結(jié)果。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)，包括:信號采集模塊、壓力波分解模塊、相位遷移模塊和重構(gòu)計算模塊，其中:信號采集模塊與振蕩式血壓計相連接并采集由血壓計測得的肱動脈血壓、袖帶振蕩波以及中心動脈到血壓計袖帶前緣的壓力波傳播時間的數(shù)字信號；壓力波分解模塊與信號采集模塊相連接并對袖帶振蕩波信號進行放大處理得到肱動脈血壓波的近似值，并將肱動脈血壓波分解為前傳和后傳兩個血壓波分量；相位遷移模塊與壓力波分解模塊以及信號采集模塊相連接，根據(jù)中心動脈到血壓計袖帶前緣的壓力波傳播時間的 數(shù)字信號分別遷移肱動脈前、后傳血壓波分量的相位，得到中心動脈的前、后傳血壓波分量；重構(gòu)計算模塊與相位遷移模塊和信號采集模塊相連，根據(jù)肱動脈平均血壓和中心動脈的前、后傳血壓波分量進行重構(gòu)處理，得到中心動脈血壓波，并根據(jù)重構(gòu)的中心動脈血壓波計算中心動脈的收縮壓、舒張壓和脈動壓后輸出結(jié)果。
[0009]所述的肱動脈血壓包括:收縮壓、舒張壓、平均壓和脈動壓。
[0010]本發(fā)明涉及一種基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測方法，包括以下步驟:
[0011]I)將上臂血壓計在高袖帶工作壓(肱動脈收縮壓40mmHg以上)條件下輸出的振蕩波放大至肱動脈血壓尺度，估測肱動脈血壓波；
[0012]2)根據(jù)高袖帶工作壓條件下肱動脈幾乎被完全閉鎖這一特點，也即袖帶下肱動脈的血流量接近于零這一條件，將肱動脈血壓波分解為前傳、后傳兩個血壓波分量；
[0013]3)通過解析血壓計振蕩波的波形特征，計算鎖骨下動脈入口處中心動脈到袖帶前緣下方肱動脈閉鎖處的波傳播時間，并根據(jù)波傳遞原理，將肱動脈的前傳和后傳血壓波分量進行相位遷移，得到鎖骨下動脈入口處中心動脈的前傳和后傳血壓波分量；
[0014]4)通過合成中心動脈前傳、后傳血壓波分量來重構(gòu)中心主動脈血壓波，并進行波解析，計算中心動脈的收縮壓、舒張壓和脈動壓。技術(shù)效果
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:I)與現(xiàn)存有創(chuàng)直接測量法比較，測量過程利用無創(chuàng)血壓計，操作簡單、快速，對測量環(huán)境和施測者的技術(shù)素質(zhì)要求低，對受檢者不造成任何傷害或不適，易于被受檢者接受；2)與現(xiàn)存無創(chuàng)間接測量法比較，所采用的解析方法及轉(zhuǎn)換函數(shù)更充分地利用受檢者的個體信息，從而進一步提高了個體化測量的精確性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為實施例流程示意圖。
[0018]圖3為血壓計在高工作壓(肱動脈收縮壓40mmHg以上)條件下的典型振蕩波。
[0019]圖4為中心動脈收縮壓實際值與估測值的關(guān)系(皮爾遜相關(guān)系數(shù)R=0.994)。
[0020]圖5為中心動脈舒張壓實際值與估測值的關(guān)系(皮爾遜相關(guān)系數(shù)R=0.998)。
【具體實施方式】
[0021]當上臂血壓計的袖帶工作壓高于肱動脈收縮壓40mmHg以上時，血壓計的振蕩波及肱動脈血流表現(xiàn)出下述特征:(I)血壓計振蕩波與袖帶前緣處的肱動脈血壓波的波形相似；(2)袖帶下方的肱動脈幾乎被完全閉鎖，即通過袖帶下肱動脈的血流被阻斷；(3)血壓計振蕩波形上呈現(xiàn)兩個收縮期峰值，兩個峰值間的時間間隔與中心主動脈到肱動脈閉鎖處的波傳播時間密切相關(guān)。下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給 出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0022]如圖1所示，本實施例基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)，包括:信號采集模塊、壓力波分解模塊、相位遷移模塊和重構(gòu)計算模塊，其中:
[0023]信號采集模塊與置于受檢者左上臂的振蕩式血壓計相連接并采集由血壓計測得的肱動脈血壓、袖帶振蕩波以及中心動脈到血壓計袖帶前緣的壓力波傳播時間的數(shù)字信號;
[0024]壓力波分解模塊與信號采集模塊相連接并對袖帶振蕩波信號進行放大處理得到肱動脈血壓波的近似值，并將肱動脈血壓波分解為前傳和后傳兩個血壓波分量；
[0025]相位遷移模塊與壓力波分解模塊以及信號采集模塊相連接，根據(jù)中心動脈到血壓計袖帶前緣的壓力波傳播時間的數(shù)字信號分別遷移肱動脈前傳血壓波和后傳血壓波的相位，得到中心動脈的前、后傳血壓波分量；
[0026]重構(gòu)計算模塊與相位遷移模塊和信號采集模塊相連，根據(jù)肱動脈平均血壓和中心動脈的前、后傳血壓波分量進行重構(gòu)處理，得到中心動脈血壓波，并根據(jù)重構(gòu)的中心動脈血壓波計算中心動脈的收縮壓、舒張壓和脈動壓后輸出結(jié)果。
[0027]所述的肱動脈血壓包括:收縮壓、舒張壓、平均壓和脈動壓。
[0028]如圖2所示，本實施例系統(tǒng)通過以下步驟實現(xiàn)檢測:
[0029]步驟1:獲得受檢者左上臂肱動脈的收縮壓、舒張壓、脈動壓和平均壓(可使用自動血壓計或水銀血壓計測量)。
[0030]步驟2:如圖2所示，在血壓計袖帶氣囊壓力達到高于肱動脈收縮壓40mmHg以上條件，提取血壓計振蕩波的數(shù)字信號。
[0031]步驟3:根據(jù)特征(1)，將在步驟2中提取的血壓計振蕩波按比例放大至與步驟I中獲得的肱動脈平均壓和脈動壓數(shù)量級相同，從而估測肱動脈血壓波。
[0032]步驟4:將在步驟3中得到的肱動脈血壓波分解為前傳與后傳兩個波分量。這里，波的分解針對血壓波的脈動部分，首先需要對肱動脈血壓波的時變函數(shù)進行傅立葉級數(shù)分解，然后對每個諧波在頻域內(nèi)按如下公式進行解析。
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括:信號采集模塊、壓力波分解模塊、相位遷移模塊和重構(gòu)計算模塊，其中:信號采集模塊與振蕩式血壓計相連接并采集由血壓計測得的肱動脈血壓、袖帶振蕩波以及中心動脈到血壓計袖帶前緣的壓力波傳播時間的數(shù)字信號；壓力波分解模塊與信號采集模塊相連接并對袖帶振蕩波信號進行放大處理得到肱動脈血壓波的近似值，并將肱動脈血壓波分解為前傳和后傳兩個血壓波分量；相位遷移模塊與壓力波分解模塊以及信號采集模塊相連接，根據(jù)中心動脈到血壓計袖帶前緣的壓力波傳播時間的數(shù)字信號分別遷移肱動脈的前傳和后傳血壓波分量的相位，得到中心動脈的前、后傳血壓波分量；重構(gòu)計算模塊與相位遷移模塊和信號采集模塊相連，根據(jù)肱動脈平均血壓和中心動脈的前、后傳血壓波分量進行重構(gòu)處理，得到中心動脈血壓波，并根據(jù)重構(gòu)的中心動脈血壓波計算中心動脈的收縮壓、舒張壓和脈動壓后輸出結(jié)果; 所述的肱動脈血壓包括:收縮壓、舒張壓、平均壓和脈動壓。
2.一種基于振蕩式血壓計信號的中心動脈壓檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將上臂血壓計在高袖帶工作壓，即肱動脈收縮壓40mmHg以上條件下輸出的振蕩波放大至肱動脈血壓尺度，估測肱動脈血壓波； 2)將肱動脈血壓波分解為前傳、后傳兩個血壓波分量； 3)通過解析血壓計振蕩波的波形特征，計算鎖骨下中心動脈到袖帶前緣下方肱動脈閉鎖處的波傳播時間，并根據(jù)波傳遞原理，將肱動脈的前傳和后傳血壓波分量進行相位遷移得到鎖骨下動脈入口處中心動脈的前傳和后傳血壓波分量； 4)通過合成中心動脈前傳、后傳血壓波分量來重構(gòu)中心動脈血壓波，并進行波解析，計算中心動脈的收縮壓、舒張壓和脈動壓。`
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，步驟2中所述的分解具體包括以下步驟:首先需要對肱動脈血壓波的時變函數(shù)進行傅立葉級數(shù)分解，然后對每個諧波在頻域內(nèi)按如下公式進行解析:=, Pbitn = & ~Z^b? ；其中:p 和分別指示肱動脈
，22J br^ n t/br I脈動壓和脈動流的n次諧波；n是第n次諧波的頻率相對基礎(chǔ)，即第一個諧波頻率的倍數(shù)，Ar.f, ?和P b, b.?是Pto, ?的前傳和后傳成分；Z。是肱動脈的特征阻抗；設(shè)0^, ? =0，則上式進一步簡化為:P f = ; , 8卩被分解為兩個等價的前傳和后傳壓力波
brj, n2br,t, n^分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述的計算鎖骨下中心動脈到袖帶前緣下方肱動脈閉鎖處的波傳播時間是指:根據(jù)血壓計振蕩波上兩個收縮期波峰間的時間差:A tp=tp2_tpl，并根據(jù)中心動脈與肱動脈閉鎖處之間的波傳播/反射特征，估測鎖骨下中心動脈到袖帶前緣下方肱動脈閉鎖處的波傳播時間At~Atp/4。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述的中心動脈的前傳和后傳血壓波分量通過以下方式得到:利用鎖骨下中心動脈到袖帶前緣下方肱動脈閉鎖處的波傳播時間A t，對肱動脈前、后傳血壓波分量進行相位遷移，得到左側(cè)鎖骨下動脈入口處中心動脈的前(八。.f.n)、后(尸砂^傳血壓波分量分別為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述的重構(gòu)中心主動脈血壓波是指:通過合成中心動脈的前傳和后傳血壓波分量，重構(gòu)中心主動脈血壓波，具體步驟為:首先對每個頻率的諧波進行合成，得到中心動脈壓的第n個諧波
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的諧波的最大角頻率倍數(shù)k取值50~100。
【文檔編號】A61B5/0225GK103479343SQ201310450330
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】梁夫友, 李逸, 李力軍 申請人:上海交通大學