CN102512154A - 一种检测冠状动脉狭窄的装置 - Google Patents

Abstract

一种检测人体冠状动脉狭窄的装置，可以无创无损的检测与冠状动脉狭窄有关的参数。其方法是将五路心音信号传感器置于前胸壁五个不同部位监听心音信号，心电信号的检测电极置于右手手腕与双脚脚腕下部或置于双手手腕与右脚脚腕下部检测心电信号，由控制器控制，多通道同步A/D转换模块对同步采集的五路心音信号和心电信号进行转换，转换后的信号送至数据处理模块进行联合数据处理，获得与冠状动脉狭窄有关的参数。

Description

一种检测冠状动脉狭窄的装置

技术领域

本发明涉及一种使用无创无损方式检测冠状动脉狭窄的装置。

背景技术

冠状动脉狭窄(Coronary Artery Stenosis，CAS)造成的心肌缺血性心脏病就是常说的冠心病(CoronaryArtery Heart Disease，CHD)。其发病率以每年20％的速度在增长，且逐渐年轻化。如果不能在疾病早期进行有效的治疗将导致心肌缺血性坏死甚至死亡。早期检测冠状动脉狭窄及评价狭窄程度是早期预警和诊断冠心病的有效手段。目前，冠状动脉造影(Coronary Angiography，CAG)仍是公认的检测冠状动脉狭窄的“金指标”。它能够较明确地揭示冠状动脉的解剖畸形及其阻塞性病变的位置、程度与范围。但是由于检测过程需要将导管经大腿股动脉或其它周围动脉插入，并注入造影剂，因此它是有创检查，具有一定的危险性，需住院观察，且检测费用高。考虑到医院床位紧张的现状和高昂的检测费用，此项检查一般仅用于被怀疑为严重冠状动脉狭窄甚至阻塞的患者，不适用于早期检测和大范围筛查。多层螺旋CT可以清楚地显示冠状动脉并判断管腔的狭窄，虽然无创但却是有损的，CT扫描产生的射线会对人体造成危害，且检查费用高不适宜早期普查。通过观察心电图(ECG)、运动平板心电图、动态心电图(Holter)、心电向量图和心磁图(MCG)的图形改变可以初步诊断心肌缺血，但是由于不能定量给出冠状动脉狭窄程度，因此还要借助冠状动脉造影确诊。

早期研究显示冠状动脉狭窄可引起舒张期杂音，这是由于冠状动脉狭窄引起的湍流使得周围组织振动从而产生声音，因此通过无创手段监听心脏舒张期心音信号，并定量评估杂音信息，可以对冠状动脉狭窄予以无创无损评估，另外，心杂音在心前区不同位置可能具有不同的反映，因此通过前胸壁不同位置放置多个心音传感器，结合数据融合的多路心音联合分析方法，可以对由冠脉狭窄造成的杂音予以更为准确的定量评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测冠状动脉狭窄的装置，该装置可以无创无损的检测出反映人体冠状动脉狭窄的参数。

为达到以上目的，本发明采用以下技术措施：

一种检测冠状动脉狭窄的方法，其步骤包括：将五路心音信号压电传感器置于前胸壁五个不同部位，心电信号的检测电极置于右手手腕与双脚脚腕下部或者置于双手手腕与右脚脚腕下部，由控制器控制，多通道同步A/D转换模块对同步采集的五路心音信号和心电信号进行转换，转换后的信号送至数据处理模块进行联合数据处理：提取心电信号R波位置，并由R波位置为基准，分别提取五路心音信号的第一心音S1和第二心音S2，并计算获得五路心音信号每个心动周期的舒张期段，构成五路心音信号舒张期序列；利用信号联合分析方法，计算第三路心音信号舒张期序列的杂音复杂性度量指标S₃、第一路和第二路心音信号舒张期序列的杂音同步性度量指标S_1，2以及第四路和第五路心音信号舒张期序列的杂音同步性度量指标S_4，5，得到冠状动脉狭窄指数其中k₁，k₂和k₃为三个回归系数。

一种检测冠状动脉狭窄的装置，包括：心电信号检测模块；心音信号检测模块；多通道同步A/D转换模块；数据处理模块；人机交互模块；心电信号检测模块和心音信号检测模块的信号输出端连接至多通道A/D转换模块的信号输入端，由数据处理模块中的控制器控制，通过多通道同步A/D转换模块的多通道同步触发电路进行同步A/D转换，转换后信号由多通道同步A/D转换模块传送至数据处理模块中的数据处理单元进行联合数据处理。

本发明提供的一种检测冠状动脉狭窄的装置中：

心音信号检测模块包括五路心音信号检测单元，每个心音信号检测单元包括压电传感器、滤波放大模块，心音信号检测模块同步采集前胸壁五路不同位置监听的心音信号，其放置位置分别为：对于男性，按照第一路至第五路的顺序分别放置于胸骨右缘第二肋间隙、胸骨左缘第二肋间隙、胸骨左缘第三肋间隙、胸骨左缘第四肋间隙、第四肋间隙与锁骨中线交叉点；对于女性，按照第一路至第五路的顺序分别放置于胸骨右缘第二肋间隙、胸骨左缘第二肋间隙、胸骨左缘第三肋间隙、胸骨右缘第三肋间隙、第三肋间隙与锁骨中线交叉点。

心电信号检测模块包括采集心电信号的电极、缓冲放大模块、前置放大模块、有源带通滤波模块(通带范围为0.05～100Hz)、右腿驱动和屏蔽驱动模块、DC/DC电源模块(隔离电压为6000V)、光电耦合模块，心电信号的检测电极置于右手手腕与双脚脚腕下部。

多通道同步A/D转换模块包括多路A/D转换器、多通道同步触发电路、数据缓存存储器组、DMA通道，同步触发电路采用星形总线外部触发方式，DMA通道与数据处理模块相连。

数据处理模块包括控制器、数据处理单元，数据处理模块完成数据联合处理和参数计算。

人机交互模块包括键盘、鼠标、显示器和打印机，人机交互模块完成信息的输入输出。

根据本发明所述的装置，可以无创无损的获得人体冠状动脉狭窄指数CSAI。

附图说明

图1为本发明装置的结构原理示意图。

图2为本发明检测冠状动脉狭窄示意图。

具体实施方式

本发明装置如图1所示：包括心音信号检测模块1；心电信号检测模块2；多通道同步A/D转换模块3；数据处理模块4；人机交互模块5。

上述模块1和模块2的信号输出端连接至模块3的信号输入端；模块3的DMA通道连接至模块4的信号输入端；模块4的信号输出端连接至模块5。将上述心音信号检测模块1中的五个压电传感器置于人体前胸壁五个不同部位，分别为：对于男性，按照第一路至第五路的顺序分别放置于胸骨右缘第二肋间隙、胸骨左缘第二肋间隙、胸骨左缘第三肋间隙、胸骨左缘第四肋间隙、第四肋间隙与锁骨中线交叉点；对于女性，按照第一路至第五路的顺序分别放置于胸骨右缘第二肋间隙、胸骨左缘第二肋间隙、胸骨左缘第三肋间隙、胸骨右缘第三肋间隙、第三肋间隙与锁骨中线交叉点；心电信号检测模块2中的检测电极置于右手手腕与双脚脚腕下部。由数据处理模块4中的控制器发出指令，同步采集5min心电信号和五路心音信号，之后由数据处理模块4中的控制器控制，通过多通道同步A/D转换模块3的同步触发电路触发，对模块1和模块2采集的心电信号和五路心音信号进行同步A/D转换；转换后的信号由多通道同步A/D转换模块3的DMA通道送至数据处理模块4中进行数据处理和计算，并由人机交互模块5中的显示器显示和打印机打印输出。

下面结合图2说明本发明的冠状动脉狭窄指数计算，图2中PCG1～PCG5分别为采集的5路心音信号，ECG为采集的心电信号，六路信号为严格同步采集和记录的；其中S1、S2分别为心音信号的第一、第二心音；R为心电信号R波；DW为心音信号一个心动周期的舒张期段；DS1～DS5分别为五路信号中由每个心动周期的舒张期段构成的舒张期序列；对DS3计算杂音复杂性度量指标S₃，其中一种可行的计算方法为：

(1)记第三路舒张期序列为DS3＝{x₁，x₂，…，x_N}，依次取m个连续点组成矢量Y_m(i)＝[x_i，x_i+1，…，x_i+m-1]，i＝1，2，…，N-m+1，则共有N-m+1个m维矢量；

(2)定义d(Y_m(i)，Y_m(j))＝max(|x_i+k-x_j+k|)为两个矢量Y_m(i)与Y_m(j)之间的距离，其中k＝0，1，…，m-1，i，j＝1，2，…，N-m+1，i≠j；

(3)设定阈值r*σ_X，其中σ_X为时间序列X的标准差，对于N-m+1个m维矢量，统计不包含元素Y_m(i)在内的N-m个矢量中与元素Y_m(i)的距离小于阈值的元素数目，记为模板匹配数N_m(i)，并计算N_m(i)与距离总数N-m的比值，记为

对所有的i＝1，2，…，N-m+1，求

的均值，记为：

$B_m\left(r\right)=\underset{i=1}{\overset{N-m+1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_m^r\left(i\right)/(N-m+1);$

(4)将空间维数增加至m+1，依照上述步骤重新计算B_m+1(r)；

(5)则时间序列DS3的杂音复杂性度量指标为：

S₃＝ln[B_m(r)/B_m+1(r)]；

同时，分别计算DS1和DS2、DS4和DS5的杂音相似性度量指标S_1，2和S_4，5，以DS1和DS2的杂音相似性度量指标S_1，2来说明杂音相似性度量指标的一种可行的计算方法如下：

(1)记第一路和第二路舒张期序列方差归一化处理后为DS₁＝{u₁，u₂，…，u_N}和DS3＝{v₁，v₂，…，v_N}，依次取m个连续点组成矢量 $Y_m^1\left(i\right)=[u_i,u_{i+1},...,u_{i+m-1}]$ 和 $Y_m^2\left(j\right)=[v_j,v_{j+1},...,v_{j+m-1}],$ i，j＝1，2，…，N-m+1；

(2)定义

为两个矢量与

之间的距离，其中i，j＝1，2，…，N-m+1；

(3)设定阈值r，对任意i≤N-m，计算当j＝1，2，…，N-m时

的数目，记为统计其均值为：

$B_m\left(r\right)\left(v\right|\left|u\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N-m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i^m\left(r\right)\left(v\right|\left|u\right)}{N-m};$

(4)将空间维数增加至m+1，依照上述步骤重新计算B_m+1(r)(v||u)；

(5)则时间序列DS1和DS2的杂音同步性度量指标为：

$S_{1.2}=\ln \left[\frac{B_m\left(r\right)\left(v\right|\left|u\right)}{B_{m+1}\left(r\right)\left(v\right|\left|u\right)}\right];$

最后，冠状动脉狭窄指数

其中k₁，k₂和k₃为三个回归系数，本发明中取k₁＝0.65，k₂＝0.20，k₃＝0.15。

应当理解的是，上述计算方法只是一种可行的方案，对本发明技术所在领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其构思进行相应的等同改变或者替换，而所有这些改变或者替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种检测冠状动脉狭窄的装置，包括：心电信号检测模块；心音信号检测模块；多通道同步A/D转换模块；数据处理模块；人机交互模块；心电信号检测模块和心音信号检测模块的信号输出端连接至多通道A/D转换模块的信号输入端，由数据处理模块中的控制器控制，通过多通道同步A/D转换模块的多通道同步触发电路进行同步A/D转换，转换后信号由多通道同步A/D转换模块传送至数据处理模块中的数据处理单元进行联合数据处理；

其特征在于：

(1)心音信号检测模块同步采集前胸壁五路不同位置监听的心音信号，其放置位置分别为：对于男性，按照第一路至第五路的顺序分别放置于胸骨右缘第二肋间隙、胸骨左缘第二肋间隙、胸骨左缘第三肋间隙、胸骨左缘第四肋间隙、第四肋间隙与锁骨中线交叉点；对于女性，按照第一路至第五路的顺序分别放置于胸骨右缘第二肋间隙、胸骨左缘第二肋间隙、胸骨左缘第三肋间隙、胸骨右缘第三肋间隙、第三肋间隙与锁骨中线交叉点；

(2)数据处理模块中的计算机首先控制对心电信号检测模块和心音信号检测模块同步采集的心电信号和五路心音信号经同步A/D转换后进行预处理，之后计算机控制数据处理模块提取心电信号R波位置，并由R波位置为基准，分别提取五路心音信号的第一心音S1和第二心音S2，并计算获得五路心音信号每个心动周期的舒张期段，构成五路心音信号舒张期序列；

(3)数据处理模块利用联合数据分析方法，计算第三路心音信号舒张期序列的杂音复杂性度量指标S₃、第一路和第二路心音信号舒张期序列的杂音同步性度量指标S_1，2以及第四路和第五路心音信号舒张期序列的杂音同步性度量指标S_4，5，得到冠状动脉狭窄指数其中k₁，k₂和k₃为三个回归系数。

Images