專利名稱：動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫(yī)療器械，特別涉及一種動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置。
背景技術：
動脈血管彈性功能異常是心血管疾病的早期表現(xiàn)，動脈血管彈性功能的檢 測在心血管疾病的預防和治療中具有十分重要的作用。目前已有多種無創(chuàng)性檢
測方法及其裝置，如脈搏波傳導速度(pulse wave velocity, PWV )檢測法及法 國Complior動脈硬化檢測儀、脈搏波增大指數(shù)(augment index, AI)檢測法及 澳大利亞SphygmoCor橈動脈壓力波形分析儀、大動脈彈性指數(shù)(Q )和小動脈 彈性指數(shù)(C2)檢測法及美國CVProfilorDO-2020動脈彈性功能測定儀。其中， 脈搏波傳導速度作為^f量動脈血管彈性的經(jīng)典指標，獲得最廣泛應用。
但是，上述檢測方法及其裝置均是在人體安靜狀態(tài)下的某個時間點進行的 檢測，為靜態(tài)檢測方法及其裝置，存在如下問題(1 )未考慮影響動脈血管彈 性的內(nèi)外因素尤其是血壓水平；事實上，血壓在一天之內(nèi)呈節(jié)律性的變化，血 壓水平對PWV等參數(shù)的影響很大，在實際工作中，將不同血壓水平的樣本進行 比較時必須進行血壓校正，以消除或減小因血壓水平不同帶來的個體差異；(2) 亞臨床動脈病變?nèi)巳?如高血壓中、低危險患者)與健康人群之間的界限不明 顯，對改進心血管風險分級和預防心血管疾病的作用有限；既往研究表明，動 脈血管彈性的差異在高脈壓區(qū)較低脈壓區(qū)減小，上述;^測方法及其裝置多是在 白日進行的檢測，脈壓較夜間高，導致亞臨床動脈病變?nèi)巳号c健康人群之間的 差異不明顯，而且檢測結(jié)果本身具有的離散性也可能模糊界限，因此，檢測結(jié) 果往往難以引起亞臨床動脈病變?nèi)巳旱淖銐蛑匾暋?br/>實用新型內(nèi)容
有鑒于此，針對現(xiàn)有動脈血管彈性檢測技術存在的不足，本實用新型的目 的之一在于提供一種動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，通過對動脈壁加壓調(diào)控透壁
壓，消除了血壓水平對動脈血管彈性檢測的影響，所得^r測結(jié)果無須進行血壓 校正，而且易于區(qū)分亞臨床動脈病變?nèi)巳号c健康人群；還具有可同時測量血壓、 裝置簡單、無創(chuàng)傷檢測、操作簡便快捷、結(jié)果準確靈敏、制造和檢測成本低廉
的特點。
為達到此目的，本實用新型的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，包括控制處理 系統(tǒng)、血壓信號采集系統(tǒng)和容積脈搏波信號采集系統(tǒng)；
所述血壓信號采集系統(tǒng)包括壓力單元和設置在壓力單元上的壓力傳感器，
壓力傳感器采集的信號分別經(jīng)濾波處理獲得外加壓力信號和血壓脈搏波信號， 外加壓力信號經(jīng)放大后送至控制處理系統(tǒng)，血壓脈搏波信號經(jīng)放大、濾波和模 數(shù)轉(zhuǎn)換后送至控制處理系統(tǒng)；
所述容積脈搏波信號采集系統(tǒng)包括容積脈搏波探頭，容積脈搏波探頭采集 的信號經(jīng)濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至控制處理系統(tǒng)。
進一步，所述壓力單元包括氣泵及其驅(qū)動系統(tǒng)、排氣閥及其驅(qū)動系統(tǒng)和袖 帶，氣泵和排氣閥的驅(qū)動系統(tǒng)分別與控制處理系統(tǒng)連接，氣泵的氣體出口與袖 帶的進氣口連通，排氣閥與袖帶的出氣口連通；
進一步，所述容積脈搏波探頭為透射式光電容積脈搏波描記指夾探頭；
進一步，所述壓力傳感器采集的信號經(jīng)低通濾波器I處理獲得外加壓力信 號，經(jīng)高通濾波器I處理獲得血壓脈搏波信號；外加壓力信號經(jīng)同相放大器I 處理后送至控制處理系統(tǒng)，血壓脈搏波信號經(jīng)順序連接的同相放大器II、低通 濾波器II和電平變換器處理后送至控制處理系統(tǒng)；
進一步，所述容積脈搏波探頭采集的信號經(jīng)順序連接的高通濾波器II、同 相放大器III、低通濾波電路III和電平變換器處理后送至控制處理系統(tǒng)；
進一步，所述低通濾波器I的截止頻率為0.5 Hz，高通濾波器I的截止頻率為0.5 Hz,低通濾波器II的截止頻率為20 Hz;
進一步，所述高通濾波器II為RC高通濾波器，截止頻率為0.5Hz;低通濾 波器ffl為二階低通有源濾波器，截止頻率為20Hz;
進一步，所述控制處理系統(tǒng)為單片機；
進一步，還包括計算機，所述單片機與計算機之間通過串行通信方式進行
數(shù)據(jù)通信。
本實用新型的有益效果在于本實用新型結(jié)合示波法血壓測量技術和容積 脈搏波測量技術，研制出一種動脈血管彈性動態(tài);險測裝置，通過對動脈壁加壓 調(diào)控透壁壓，消除了血壓水平對動脈血管彈性;險測的影響，所得動脈血管彈性 檢測結(jié)果無須進行血壓校正，而且易于區(qū)分亞臨床動脈病變?nèi)巳号c健康人群； 本實用新型裝置具有設備簡單、無創(chuàng)傷檢測、操作簡便快捷、結(jié)果準確靈敏、 制造和檢測成本低廉的特點，而且可同時測量血壓， 一機多能，可為心血管疾 病的早期診斷、預后判斷和療效評估，以及抗心血管疾病藥物的研制開發(fā)等提 供必要的臨床數(shù)據(jù)，具有良好的應用前景和推廣價值，適合中小型醫(yī)院、社區(qū) 和家庭保健使用。


為了使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖 對本實用新型作進一步的詳細描述，其中
圖1為本實用新型的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置的硬件原理示意圖2為本實用新型的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置的檢測流程圖3為脈搏波傳遞時間基準點計算示意圖4為動脈透壁壓動態(tài)變化下脈搏波傳遞時間的比較示例；
圖5為不同動脈透壁壓下脈搏波傳遞時間差異性比較示例。
具體實施方式

以下將參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
圖l為本實用新型的動脈血管彈性動態(tài);險測裝置的石更件原理示意圖；如 圖1所示，本實用新型的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，包括控制處理系統(tǒng)、血 壓信號采集系統(tǒng)和容積脈搏波信號釆集系統(tǒng)；
在本實施例中，所述控制處理系統(tǒng)為MSP430F149單片機，自帶8路12位 精度AD采樣，單片機的控制處理程序采用C語言編程工具IAR Embedded Workbench進4于編寫；
所述血壓信號采集系統(tǒng)包括用于向大動脈壁施加外部壓力的壓力單元和設 置在壓力單元上的壓力傳感器，在本實施例中，所述壓力單元包括氣泵及其驅(qū) 動系統(tǒng)、排氣閥及其驅(qū)動系統(tǒng)和袖帶，氣泵的氣體出口與袖帶的進氣口連通， 排氣閥與袖帶的出氣口連通；使用時，將袖帶佩戴于受試者左上臂肱動脈處， 控制處理系統(tǒng)分別控制氣泵和排氣閥的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動氣泵和排氣閥完成對袖帶 的充氣和放氣；所述壓力傳感器為高精度的SMI5410壓力傳感器；由于壓力傳 感器釆集的信號是由袖帶靜壓(即外加壓力)信號和血壓脈搏波信號疊加而成， 因此，采用兩路濾波電路分別提取袖帶靜壓信號和血壓脈搏波信號，因本裝置 采用緩慢加壓的方式測量血壓，故袖帶靜壓信號是一種緩變低頻信號，可通過 一個截止頻率為0.5 Hz的低通濾波器I處理得到，而血壓脈搏波信號可通過一 個截止頻率為0.5 Hz的高通濾波器I濾除低頻直流分量后得到；所得袖帶靜壓 信號經(jīng)一個同相放大器I放大后送至單片機，所得血壓脈搏波信號順序經(jīng)一個 同相放大器II放大、 一個截止頻率為20 Hz的低通濾波器II濾除高頻干擾后送 至單片機中的電平變換器進行200Hz的模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換；
所述容積脈搏波信號釆集系統(tǒng)包括用于采集微血管容積脈搏波信號的容積 脈搏波探頭，在本實施例中，所述容積脈搏波探頭為透射式光電容積脈搏波描 記(photoelectric plethysmography, PPG)指夾探頭，使用時將其夾在受試者手 食指端部，采用士3V恒定電壓供電，其內(nèi)部帶有一個高輸入阻抗、低輸出阻抗的反相運算放大器，并且連接電纜采用了屏蔽措施，保證了容積脈搏波信號的
無失真輸出；所述PPG探頭采集的信號經(jīng)一個截止頻率為0.5 Hz的RC高通濾 波器濾除直流成分后獲得容積脈搏波信號，所得容積脈搏波信號的幅度僅為1 毫伏左右，采用一個同相放大器m將其放大IOOO倍，再通過一個截止頻率為20 Hz的二階低通有源濾波電路濾除高頻干擾，同時將信號由-1.2~ 1.2V的范圍抬 升至0 ~ 2.5V，最后送至單片機中的電平變換器進行200 Hz的AD轉(zhuǎn)換；
在本實施例中，該裝置還包括計算機，所述單片才幾與計算機之間通過串 行通信方式進行數(shù)據(jù)通信，計算機處理軟件采用Visual Basic 6.0程序進行編 寫，包含數(shù)據(jù)存儲、實時繪制/回放波形、計算受試者血壓和脈率，以及分析 受試者動脈血管彈性等功能。
圖2為本實用新型的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置的檢測流程圖；如圖2所 示，采用本實用新型裝置^r測動脈血管彈性的方法，包^^以下步驟
a、 將袖帶佩戴于受試者的左上臂肱動脈處，PPG探頭夾在受試者手食 指端部，受試者水平躺于床上或?qū)⑹直鬯椒胖糜谂c心臟處于同一水平位置 的桌面上以消除靜水壓；預設動脈透壁壓；
b、 關閉氣閥，開啟氣泵，對袖帶緩慢線性充氣，逐漸給上臂加壓，在充 氣過程中同步采集袖帶靜壓、血壓脈搏波和容積脈搏波信號；根據(jù)所得袖帶 靜壓和血壓脈搏波信號，計算平均壓、收縮壓和舒張壓；打開氣閥，關閉氣 泵，釋放袖帶內(nèi)的氣體；
c、 用步驟b所得平均壓減去預設的動脈透壁壓得到相應的袖帶靜壓(假 設靜水壓為零)，所得袖帶靜壓應低于舒張壓，以避免動脈受壓部分或動脈 完全閉合所引起的與動脈血管彈性無關的時間延遲；將所得袖帶靜壓預設為 透壁壓；
d、 再次關閉氣閥，開啟氣泵，對袖帶充氣，當動脈透壁壓達到預設值時， 關閉氣泵，保持氣閥緊閉，連續(xù)同步采集120秒的袖帶靜壓、血壓脈搏波和容積脈搏波信號；打開氣閥，釋放袖帶內(nèi)的氣體；
e、 根據(jù)步驟d所得血壓脈搏波和容積脈搏波信號，分別確定血壓脈搏波 和容積脈搏波的傳遞時間基準點，計算脈搏波傳遞時間；
f、 根據(jù)動脈血管彈性和脈搏波傳遞時間的定量關系，計算出動脈血管彈 性，計算公式如下
C = PTT2 (兀R2/pL2)
其中，C為動脈血管彈性，PTT為脈搏波傳遞時間，R為動脈半徑，p為血液 密度，L為檢測點間的直線距離；在對動脈加壓且未導致動脈塌陷的情況下， TiR2/pL2可視為常數(shù)。
脈搏波傳遞時間通常定義為血壓脈搏波和容積脈搏波極小值出現(xiàn)的時間 差，但極小值出現(xiàn)位置附近的斜率較低，容易受到低幅噪聲的干擾。為了提 高檢測精確度，在采用本實用新型裝置檢測動脈血管彈性時，上述方法步驟 e采用底部基線與升支逼近直線相交算法確定脈搏波傳遞時間的基準點。該 基準點具有如下兩個基本特征其幅度特征表現(xiàn)為它應該位于底部基線上， 其時間特征表現(xiàn)為它應該是脈沖快速上升沿上的一點。圖3為脈搏波傳遞時 間基準點計算示意圖；如圖3所示，脈搏波傳遞時間基準點的確定方法包括 以下步驟
el、制作底部基線首先，求脈搏波的一階導數(shù)，確定其極大值點；其 次，從該極大值點出發(fā)，沿脈搏波的一階導數(shù)向前搜索過零點，該點剛好小 于零而其后一點等于或大于零；再次，確定該過零點在脈搏波上的對應點； 最后，通過該對應點作一條水平直線，作為脈搏波的底部基線；
e2、制作升支最佳逼近直線首先，確定脈搏波一階導數(shù)極大值點在脈 搏波上的對應點；其次，假設升支逼近直線通過該對應點，搜索最小均方誤 差意義下的直線斜率K值，作升支最佳逼近直線；
e3、底部基線與升支最佳逼近直線的交點即為脈搏波的傳遞時間基準點。
采用上述方法，底部基線可以保證脈搏波起點的幅度特征，而升支最佳逼近直線作為升支波形的最小均方誤差意義下的最佳直線近似，其與底部基 線的交點可以較準確的代表脈搏波的起點。
本實用新型裝置的^r測原理如下
根據(jù)血管動力學理論，動脈透壁壓(P加)定義為內(nèi)部壓力(Phem)、靜水壓 (Phydr。)以及外加壓力(Pext)之間的差值，如公式(1)所示
P加一 Phem十Phydro - Pext ( 1 )
其中，靜水壓取決于測量部位與心臟的相對高度，其取值可正、可負，保持測
量部位與心臟處于水平位置則靜水壓為零；
血管容積(V)與動脈透壁壓(Pto)的關系如公式(2)所示 V二b)/[l+exp(-b2Ptm)] (2) 其中，b,、 b2為常數(shù)；，b,為飽和參數(shù)(當P加遠大于0時，V-b,),具有容積單 位；b2的單位為壓力的倒數(shù)；
對公式(2)求導，得到動脈血管彈性(C)與動脈透壁壓(Ptm)的關系如 公式(3)所示
C=dV/d P加- b山2exp(-b2 Ptm)/[l+exp(-b2 P加)]2 ( 3 ) 當Ptm逐漸減小至零時，動脈血管彈性逐漸增加；當P加-0時，動脈血管彈性達 到極大值，Q^:b山2/4;
進一步，根據(jù)動脈血管彈性(C)與脈搏波傳導速度(PWV)的關系，如公 式(4)所示
C = 7tR2/p(PWV)2 ( 4 )
以及PWV與脈搏波傳遞時間(Pulse Transit Time, PTT)的關系，如公式(5) 所示
PWV=L/PTT ( 5 )
得動脈血管彈性(C)與脈搏波傳遞時間(PTT)的關系，如公式(6)所示 C = PTT2(7tR2/pL2) (6)
10其中，R為動脈半徑，p為血液密度，L為測量點間的直線距離；在對動脈加壓 且未導致動脈塌陷的情況下，兀R"pL2可視為常數(shù)，即動脈血管彈性與脈搏波傳 遞時間的平方呈正相關，通過測量脈^M皮傳遞時間，即可算出動脈血管彈性。
圖4為動脈透壁壓動態(tài)變化下脈搏波傳遞時間的比較示例；其中，受試 者l: 26歲、健康，受試者2: 42歲、正常血壓高值，受試者3: 32歲、原 發(fā)性高血壓患者；從圖4可知，袖套緩慢加壓導致動脈透壁壓逐漸減小，脈 搏波傳遞時間隨動脈透壁壓減小而逐步增加；3個受試者在正常動脈透壁壓 (約80mmHg)時，脈搏波傳遞時間差異不大，即動脈血管彈性差異不大， 但隨著動脈透壁壓逐漸減小到零，脈搏波傳遞時間差異逐步增大，即動脈血 管彈性差異逐步增大；因此，選擇在較低動脈透壁壓下測量動脈血管彈性， 不僅可以避免現(xiàn)有4企測方法需要血壓校正的麻煩，而且可以更好地區(qū)分亞臨 床動脈病變?nèi)巳号c健康人群。
圖5為不同透壁壓下脈搏波傳遞時間差異性比較示例；其中，高血壓組 包括40名未接受治療的原發(fā)性高血壓患者，年齡35 64歲[(48.28 ±7.76) 歲]，其中男性28例，女性12例；對照組包括42名血壓正常的人，年齡 38~62歲[(49.31±6.04)歲],其中男性29例，女性13例；從圖5可知， 在動脈透壁壓分別為60、 50和40mmHg時，高血壓組脈:博波傳遞時間的均 值分別為3.7、 8.5和13.1 ms,而對照紐J永4專波傳遞時間的均^i分別為5.4、 12.5和19.3 ms,在相同動脈透壁壓下，兩組之間差異存在顯著統(tǒng)計學意義 (P<0.01 );其隨著動脈透壁壓的減小，雖然兩組脈4f波傳遞時間均增加， 但兩組的差異也越來越大，即動脈血管彈性差異增大。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制， 盡管通過參照本實用新型的優(yōu)選實施例已經(jīng)對本實用新型進行了描述，但本
領域的普通技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求1、一種動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于包括控制處理系統(tǒng)、血壓信號采集系統(tǒng)和容積脈搏波信號采集系統(tǒng)；所述血壓信號采集系統(tǒng)包括壓力單元和設置在壓力單元上的壓力傳感器，壓力傳感器采集的信號分別經(jīng)濾波處理獲得外加壓力信號和血壓脈搏波信號，外加壓力信號經(jīng)放大后送至控制處理系統(tǒng)，血壓脈搏波信號經(jīng)放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至控制處理系統(tǒng)；所述容積脈搏波信號采集系統(tǒng)包括容積脈搏波探頭，容積脈搏波探頭采集的信號經(jīng)濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至控制處理系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述 壓力單元包括氣泵及其驅(qū)動系統(tǒng)、排氣閥及其驅(qū)動系統(tǒng)和袖帶，氣泵和排氣閥 的驅(qū)動系統(tǒng)分別與控制處理系統(tǒng)連接，氣泵的氣體出口與袖帶的進氣口連通， 排氣閥與袖帶的出氣口連通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述 容積脈搏波探頭為透射式光電容積脈搏波描記指夾探頭。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述 壓力傳感器采集的信號經(jīng)低通濾波器I處理獲得外加壓力信號，經(jīng)高通濾波器 I處理獲得血壓脈搏波信號；外加壓力信號經(jīng)同相放大器I處理后送至控制處 理系統(tǒng)，血壓脈搏波信號經(jīng)順序連接的同相放大器II、低通濾波器II和電平變 換器處理后送至控制處理系統(tǒng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述 容積脈搏波探頭采集的信號經(jīng)順序連接的高通濾波器II、同相放大器m、低通 濾波器III和電平變換器處理后送至控制處理系統(tǒng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述 低通濾波器I的截止頻率為0.5 Hz,高通濾波器I的截止頻率為0.5 Hz，低通濾波器II的截止頻率為20 Hz。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述 高通濾波器II為RC高通濾波器，截止頻率為0.5Hz;低通濾波器III為二階低通 有源濾波器，截止頻率為20Hz。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置， 其特征在于所述控制處理系統(tǒng)為單片機。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，其特征在于還包 括計算機，所述單片機與計算機之間通過串行通信方式進行數(shù)據(jù)通信。
專利摘要本實用新型公開了一種動脈血管彈性動態(tài)檢測裝置，包括控制處理系統(tǒng)、血壓信號采集系統(tǒng)和容積脈搏波信號采集系統(tǒng)；血壓信號采集系統(tǒng)包括壓力單元和設置在壓力單元上的壓力傳感器，壓力傳感器采集的信號分別經(jīng)濾波處理獲得外加壓力信號和血壓脈搏波信號，外加壓力信號經(jīng)放大后送至控制處理系統(tǒng)，血壓脈搏波信號經(jīng)放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至控制處理系統(tǒng)；容積脈搏波信號采集系統(tǒng)包括容積脈搏波探頭，容積脈搏波探頭采集的信號經(jīng)濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至控制處理系統(tǒng)；該裝置通過對動脈壁加壓調(diào)控透壁壓，消除了血壓水平對動脈血管彈性檢測的影響，所得檢測結(jié)果無須進行血壓校正，而且易于區(qū)分亞臨床動脈病變?nèi)巳号c健康人群，還可同時測量血壓。
文檔編號A61B5/0205GK201308483SQ200820100900
公開日2009年9月16日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者馮正權(quán), 吳寶明, 張永軍, 安 趙, 宇 陳 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學野戰(zhàn)外科研究所