CN1014490B - 心血管参数无损伤检测法及其装置 - Google Patents

Abstract

心血管参数无损伤检测法及其装置属于人体参数检测领域。

本发明的特点是以与人体外周阻力、血管壁弹性和血液粘性这些生理因素有关的血流波形系数K作为脉图的一个标志点，同时还提出了一种自适应分离法来逐个分离完整的脉图。相应地提供了一种心血管参数无损伤检测装置，可以确定人体11项血流参数。它具有可连续无损伤地测取脉图、精度高、速度快、从脉图判别、分离到参数分析计算全都计算机化的优点。

Description

心血管参数无损伤检测法及其装置属于人体参数检测领域。

心血管参数主要包括以下11项指标：收缩压P_s，舒张压P_d，脉压差P_s-p_d，平均动脉压P_m，心率HR，心搏出（每搏血流量SV，心输出（每分钟流出）量CO，心搏指数SI，心脏指数CI，外周阻力TPR和血管顺应性AC。它们都可以由血压与血流二个参数分别导出。由脉搏压力推算出心搏出量的方法早在六十年代已有人开始研究。这样一种心血管参数的无损伤检测法一般是以挠动脉为主要信息所构成的脉图为基础的。可以根据脉图来识别出一些特定的标志点，再用常规测得的左肱动脉血压的收缩压及舒张压来对这些标志点进行标定，然后再通过临床经验参数和一系列计算公式而求出各心血管参数。1983年K.H.Wesseling在“AdV.Cardiovascphs”.杂志Vol.5（PartⅡ）PP16～52上发表了一篇名为“一个连续测量心搏出量的简易装置”（“A Simple Device for the Continuous Measurement of Cardiac Output”）的论文，他在前人的基础上提出了一个计算心输出量的弹性管模型理论，成功地研制出一个简易的心搏出量计算装置，但它不能反映出外周阻力，血管弹性和血液粘性等生理因素对心搏出量的影响，只适合于年青的健康人使用。而且这个方法还要用有损伤的其它方法对它标定，因此在临床上无法应用。1986年1月，中国科学院合肥智能机械研究所研制出了一种AEN-Ⅱ型血管功能测试仪。它是以脉图（见图1）上bc、b₁e₁的 振幅值（毫米）、T₁、T₂和T的时间值（秒）等五个特征点作为其标志点的，其中，C点是主动脉最高压力点，e₁点是左心室舒张降压点，T是脉搏波的周期，T₁是血压由C点降到e₁点的时间，T₂是血压由e₁点降至最低点的时间。相应地，这种仪器是由传感器、心电图仪、键盘、计算装置和输出打印装置构成的。这种方法和仪器的优点是无损伤性的，但其缺点是：这些标志点的值都是由人工从心电图上描得的，都要通过用常规方法测得的左肱动脉的收缩压和舒张压来标定并由键盘键入计算机。因而不能连续取出标志点来得到波形，由于脉图上下浮动和人工取点所带来的测量误差也大，而且从方法上看标志点也取得过多。

本发明的目的就在于：提出一种完全无损伤的、考虑了人体外周阻力、血管壁弹性和血液粘性这些生理因素，因而可以适应于各个年龄段的、从对采集到的脉图进行判别、分离直到参数的分析、计算全都计算化且连续自动的心血管参数无损伤检测方法及其装置以克服上面所述的各种缺点。

本发明提出的心血管无损伤检测方法其特征在于它除了以收缩压和舒张压作标志点的外，只取了一个与人体外周阻力、血管壁弹性和血液粘性这些生理因素有关的、相当于血压波形脉动分量的平均值和最大值之比的血液波形系数K作为第三个标志点，见图2。并在此基础上建立了新型的心血管理论模型，而且另外还用自适应分离方法对所采集的一组脉搏波逐个地进行分离和判别来代替在心电图上的人工描记，由于它一律以采集波形本身的特征为依据因而对不同形状的波形都能适应，其具体步骤如下：

1、用自适应分离方法对所采集来的一组脉搏波逐个地进行分离和判别，具体而言就是：以跟踪采集脉搏波形时判得的某一波形的最小值为起点，在最小值上加一个增量，随后沿时间轴增加的方向，检索所有波形的读数值，一直到小于该增量时停止检索，这时得到一段时间区间，求出该区间中的最大值，然后，将该区间乘2又得到一个扩展区间，求出该区间中的最小值，这样就得到了一个反映脉搏波波形特征的二个最小值、一个最大值及周期值;

2、求出脉搏波波形在一个周期T内的平均脉动值即平均脉动压：

P_m＝ 1/(T) ∫^T ₀P（t）dt;

3、由脉搏波波形最大值即收缩压P_s，最小值即舒张压P_d和平均脉动压P_m，通过下列公式算出作为脉图标志点之一的血液波形系数K，其中，K＝ (P_m-P_d)/(P_s-P_d)

4、根据本发明提出的公式算出心搏出量SV和心输出量CO：

$\mathrm{SV\; =}\frac{\mathrm{0.28}}{K^2}{\mathrm{T(P}}_{S}P{}_d)$

$\mathrm{CO\; =}\frac{\mathrm{17}}{K^2}{\mathrm{(P}}_S\mathrm{-\; P}{}_d)$

本发明提出的心血管参数无损伤检测装置是一种人体血流参数无创伤检测仪，从脉图的采集判别、分离到心血管参数的分析、计算这一全过程是全部计算机化和自动化的。其特征在于，它是一种总线式的数据处理装置，中央处理器CPU按照操作程序去控制应变片式的压力传感器，模/数转换器A/D、固定存储器ROM，随机存储器RAM、 数码显示器和微型打印机，传感器则采集脉搏波并经由总线送往A/D，再由A/D以数码形式输出通过总线暂存于随机存储器RAM中以便进行运算。

实践证明：这种自适应分离方法的适应性很强，一次取六个波，求平均值，数据比较可靠。另外，临床应用证明：对一些老年高血压重度病人而言，虽然其脉压差很大，心脏射血能力提高，心输出量也应很大，但它要受K值的制约，因为老年人的血管阻力大，血管壁弹性差，血液粘度也大，因而K值很大，使心输出量反而下降。这就说明：本发明提出血液波形K作为标志点是恰当的。

为了在下面结合实施例对本发明作更详细的描述，现把本申请文件所使用的附图名称及其编号说明如下：

图1-脉搏波波形图。

其中P代表血压值，t代表时间。

图2-本发明提出的在脉搏波波形上各标志点的分布图。

图3-本发明提出的心血管参数无损伤检测装置的总框图。其中：

1、半导体应变片式压力传感器;

2、模/数转换器A/D，用ADC0809芯片;

3、显示器;4、μP40微型打印机;

5、Z80总线;6、中央处理器CPU，用Z80A;

7、固定存储器ROM，用两片2764芯片;

8、随机存储器RAM，用6Z64静态RAM;

9、键盘。

图4-心血管参数无损伤检测装置的逻辑原理图。

实施例：

见图4。其中，10是接口，采用74LS245芯片，11是译码器，采用74LS138芯片;12是与门，采用74LS21芯片，13是医用前置放大器，14和15是触发器，16和17是或门，采用74LSO2芯片。中央处理器6通过总线5向2，7，8，9和11发出操作指令。键盘9通过接口10键入各种参数。传感器1通过13向2输入其所采集到的脉搏波波形参数。2把脉图参数进行模/数变换后按规定的地址通过数据总线送入RAM。

开机后，装置在监控程序管理下提示必要的信息。操作者利用用户命令键入检测软件的名称HBPD01后，装置即进入心血管参数检测状态，在该状态下，操作者按系统提示要求键入各种参数后，系统开始采集脉搏波并存放于RAM中，采集完后，装置立即对采集波进行判别和分离，即将采集到的各个脉搏波分离为以一个一个完整周期为单元的单幅脉图。随后以单幅脉图为基础，完成全部参数的分析和计算工作，然后取六次计算结果的平均值即得出最后结果并打印输出。

此外，本装置还采取交互工作方式，使用很方便;又可以在微型打字机上一次打印八个图点，打印速度比一般装置提高一倍以上，特别适用于要求快速检测的伤合。

Claims (2)

1、一种心血管参数无损伤检测法，其特征在于，它由以下几个步骤组成：

(1)、采集脉博波形并得出其某一个波形的最小值，即舒张压P_d；

(2)、在最小值上加一个增量，随后沿时间轴增加的方向，检索所有波形读数值，一直到小于该增量时停止检索，这时得到一个周期值T；

(3)、求出这一段周期T中的最大值即收缩压P_s；

(4)、把周期值T乘2，又得一个扩展区间；

(5)、再在这个扩展区间中求出另一个最小值；

(6)、重复以上过程，共6次，取P_s、P_d和T的平均值；

(7)、计算平均脉动压 $P_m=\frac{1}{T}{\∫}_O^T\mathrm{P\; (t)\; dt}$

(8)、计算K＝ (P_m-P_d)/(P_s-P_d) ；

(9)、计算心博出量 $\mathrm{SV\; =}\frac{\mathrm{0.28}}{K^2}{\mathrm{T(P}}_{S}P{}_d\mathrm{)\; ·\; T\; (ml)}$

(10)、计算心输出量 $\mathrm{CO\; =}\frac{\mathrm{17}}{K^2}{\mathrm{(P}}_S\mathrm{-\; P}{}_d\mathrm{)\; (ml\; /M\; )}$

2、一种按权利要求1所述方法进行心血管参数无损伤检测的装置，其特征在于，它由传感器、A/D转换器，中央控制器，固定存贮器（ROM），随机存贮器（RAM）、键盘和输出打印装置构成并且是总线式的。

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