CN102551698A - 颈、脑动脉脉搏波速度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：1)包括信号采集装置、信号处理装置、显示装置和通讯接口模块；所述信号采集装置与信号处理装置之间通过通讯接口模块连接，所述信号处理装置的输出端与显示装置连接；2)信号采集装置，用于对颈总动脉及颈内动脉终末段血流信号进行同步采样，并将血流信号转换成对应的数字信号；信号处理装置，用于对同步获取的脑血流信号进行处理，得到信号间时间差；显示装置，用于显示血流信号参数及信号间时间差参数。本发明实现了对颈-脑动脉脉搏波速度的无创检测，结果准确可靠，临床实用性强，更准确更直接反映脑动脉的僵硬度情况，评估卒中的风险，有助于卒中病人的早期发现及预防。
Description
技术领域
本发明涉及一种颈、脑动脉脉搏波速度测量系统及其脑血流信号采集方法和医疗用途。属于医疗设备领域。
背景技术
脉搏波是指动脉系统中，由节律性心脏射血引起的、沿血管树由心脏向外周传播的脉搏。脉搏波传播速度(pulse wave velocity，简称PWV)是指动脉脉搏波由近心端向远心端传导的速度，能综合地反映各种危险因素对血管的损伤，是心血管疾病危险率的独立预测因子。在沿血管系统向外周传播的过程中，脉搏波速度和波幅的衰减，都受血管壁结构和血管系统几何学的影响，其快慢和形态随血管病理改变而有不同。血管系统几何学一般来讲相对比较稳定，而血管壁结构随动脉硬化的病理而不同，因此，可以通过PWV的测定来评价动脉僵硬度，进而了解动脉硬化及其程度，指导脑血管病防治策略的制定，目前PWV是外周血管动脉僵硬度评价的经典指标。
PWV的检测的生理基础：心室射血产生的压力搏动沿动脉树传播，速度由动脉壁的弹性和几何性质及所含液体的特征(密度)决定，与血液流速是完全不同的概念。动脉管壁的顺应性越大，脉搏波的传播速度就越慢；反之血管僵硬度越大，PWV越快，PWV的大小可以反映动脉壁的僵硬度。
最常用的PWV测定的方法为测量动脉系统中两个记录部位间的距离和脉搏波传导的时间即可求得，计算公式为：PWV＝L/t(L：记录部位间的动脉长度；t：两个波形间的时间差)。不同的记录部位反应不同的动脉节段间的脉搏波速度。这一过程中，准确找到要记录的动脉，并且尽量精确的测量两记录点之间动脉节段的距离，乃至准确的判断同一时间两脉搏波波形的起跳点之间的时间差是准确测量脉搏波速度的必备条件。此外，单纯测定脉搏波速度只能提供最终结果，还必须注意观察评价动脉节段之间是否存在狭窄、闭塞等特殊情况，以及注意心率、血压对脉搏波速度的影响，才能正确评估动脉僵硬度情况。
现有技术中测量脉搏波速度的方法有以下几种：
1)颈-股脉搏波速度。该法是测量主动脉僵硬度的金标准，但操作方法较繁琐，适用于科学研究，难以在临床中广泛开展。
2)臂踝脉搏波速度。该法是最近开展比较多的方法，能反应大中动脉的僵硬度情况，但对于颈-脑动脉的情况仅限于推测，未能直接反映。
3)颈心脉搏波速度。操作复杂，难以开展，而且同样对于颈-脑动脉的硬化情况也只是推测。
鉴于颈动脉和颅内动脉的粥样硬化等是脑血管病的主要原因，而以上现有技术方法主要检测全身动脉硬化情况，针对性并不强，并未能直接评价颈-脑动脉硬化情况，而颈动脉和脑动脉的硬化情况与脑血管病密切相关，因而现有技术方法无法满足脑血管病诊治的临床需要。
发明内容
本发明的目的，是为了解决上述现有技术未能直接评价颈-脑动脉硬化状况的问题，提供一种结构简单、使用方便的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案达到：
颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：
1)包括信号采集装置、信号处理装置、显示装置和通讯接口模块；所述信号采集装置与信号处理装置之间通过通讯接口模块连接，所述信号处理装置的输出端与显示装置连接；
2)信号采集装置，用于对颈总动脉及颈内动脉终末段血流信号进行同步采样，并将血流信号转换成对应的数字信号；信号处理装置，用于对同步获取的脑血流信号进行处理，得到信号间时间差；显示装置，用于显示血流信号参数及信号间时间差参数；
3)在信号处理装置中设置脉搏波速度计算模块，该脉搏波速度计算模块的模型为：PMV颈-脑＝(L采集期间+L采样深度x cos30°)/T信号间，其中，PWV颈-脑表示颈-脑动脉脉搏波速度；L采集期间表示两采集器间体表距离；L采样深度表示颈总动脉信号采集器采样深度；cos30°为皮肤角度固定装置角度值，T信号间为两信号间时间差。
本发明的目的还可以通过以下技术方案达到：
本发明的一种实施方案是：所述信号采集装置包括控制模块、A/D转换器、固定探头装置和两个经颅多普勒模块，经颅多普勒模块之一构成颈内动脉终末段信号采集器，经颅多普勒模块之二构成颈总动脉信号采集器。
本发明的一种实施方案是：
1)两个经颅多普勒模块各至少设有一信号采集通路和一采样保持通路；
2)所述信号采集通路输出端与采样保持电路连接，采样保持电路在由控制模块产生的一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对信号采集通路输出的信号进行同步采样；所述采样保持电路的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号；
3)所述A/D转换器的输出端与控制模块连接，A/D转换器输出的数字信号经控制模块缓存后输出至信号处理装置；所述控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。
进一步的技术改进方案是：所述固定探头装置包括：头部固定器，用于固定颈内动脉终末段信号采集器；和皮肤角度固定器，用于固定颈总动脉信号采集器与皮肤接触角度，角度范围在25°～40°之间。
进一步的技术改进方案是：所述A/D转换器为多片A/D转换器或多通道A/D转换器。
进一步的技术改进方案是：所述控制模块采用复杂可编程逻辑器件实现。
进一步的技术改进方案是：所述信号处理装置设有时间差测定电路，时间差测定电路选取频谱图的起跳点，通过测量两起跳点间时间差作为测量脉搏波速度的主要参数。
进一步的技术改进方案是：所述信号处理装置和显示装置采用PC系统实现。
本发明还涉及颈、脑动脉脉搏波速度测量系统的脑血流信号采集方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在被测者的颞窗处安装带有脑血流信号采集器的固定探头装置，将信号采集器的位置调整到位后固定；
2)安装有皮肤角度固定器的信号采集器在颈部采集颈总动脉信号；
3)上述装置安装好后，调整至最佳位置同步采集被测者的血流信号，并保持5分钟后结束操作，即完成脑血流信号采集。
本发明还涉及颈、脑动脉脉搏波速度的测量系统的医疗用途，其特征在于包括：
1)在安静状态下同步采集被检者的颈内动脉终末段及颈总动脉脑血流信号；
2)测量两信号间时间差；
3)测量两信号采集器的体表距离；
4)获得上述参数后，采用以下公式计算脉搏波速度：
PMV颈-脑＝(L采集期间+L采样深度x cos30°)/T信号间
其中，PWV颈-脑表示颈-脑动脉脉搏波速度；L采集期间表示两采集器间体表距离；L采样深度表示颈总动脉信号采集器采样深度；cos30°为皮肤角度固定装置角度值，T信号间为两信号间时间差。
本发明具有如下突出的有益效果：
1、本发明由于对颈总动脉及颈内动脉终末段血流信号进行同步采样，并将血流信号转换成对应的数字信号，通过信号处理装置对同步获取的脑血流信号进行处理后，得到信号间时间差；因此实现了对颈、脑动脉脉搏波速度的无创检测，结果准确可靠，临床实用性强，更准确更直接反映脑动脉的僵硬度情况，评估卒中的风险，有助于卒中病人的早期发现及预防。
2、本发明的颈-脑动脉脉搏波速度测量系统影响因素少，测量结果准确可靠，测量过程能同时获取血管脉动指数数据，有助于联合评价动脉僵硬度情况。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的信号采集装置与通讯接口模块的连接框图。
图3为本发明的信号采集装置的使用方式示意图。
图4为本发明。的信号处理装置的时间差测量示意图。
具体实施方式
具体实施例1：
图1-图4构成本发明的具体实施例1。
参照图1，本实施例包括信号采集装置、信号处理装置、显示装置和通讯接口模块；所述信号采集装置与信号处理装置之间通过通讯接口模块连接，所述信号处理装置的输出端与显示装置连接；信号采集装置，用于对颈总动脉及颈内动脉终末段血流信号进行同步采样，并将血流信号转换成对应的数字信号；信号处理装置，用于对同步获取的脑血流信号进行处理，得到信号间时间差；显示装置，用于显示血流信号参数及信号间时间差参数。
参照图2和图3，所述信号采集装置包括控制模块、A/D转换器、固定探头装置和两个经颅多普勒模块，经颅多普勒模块之一构成颈内动脉终末段信号采集器，经颅多普勒模块之二构成颈总动脉信号采集器。
两个经颅多普勒模块各设有一信号采集通路和一采样保持通路；
所述信号采集通路输出端与采样保持电路连接，采样保持电路在由控制模块产生的一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对信号采集通路输出的信号进行同步采样；所述采样保持电路的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号；
所述A/D转换器的输出端与控制模块连接，A/D转换器输出的数字信号经控制模块缓存后输出至信号处理装置；所述控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。
所述固定探头装置包括：头部固定器，用于固定颈内动脉终末段信号采集器；和皮肤角度固定器，用于固定颈总动脉信号采集器与皮肤接触角度，角度范围在30°。
所述A/D转换器为多通道A/D转换器。所述控制模块采用可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)实现。
所述每个信号采集器包括至少一个信号采集通路和采样保持通路；
信号采集通路输出端与采样保持电路连接，采样保持电路在由控制模块产生的一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对信号采集通路输出的信号进行同步采样。
采样保持电路的输出端与多通道A/D转换器的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号。
所述A/D转换器的输出端与控制模块连接，A/D转换器输出的数字信号经控制模块缓存后输出至信号处理装置。
所述控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。
本实施例中：本实施例中：颅内大动脉信号采集器和颅内深静脉信号采集器采用常规的颅内大动脉信号采集器和颅内深静脉信号采集器，控制模块可以采用常规的复杂可编程逻辑控制组件，A/D转换器可以采用常规的A/D转换器。信号处理装置包括常规的带中央处理器和内置的控制程序及时间差测定电路，所述时间测定电路可以采用常规的电子检测电路和内置在前述中央处理器的控制程序构成，显示装置可以采用常规的显示器构成，通讯接口可以采用常规的串行接口。其他未一一列举的部件可以采用相应的常规技术。
本实施例涉及测量系统的脑血流信号采集方法，包括以下步骤：
1)在被测者的颞窗处安装带有脑血流信号采集器的固定探头装置，将信号采集器的位置调整到最佳位置后固定；
2)安装有皮肤角度固定器的信号采集器在颈部采集颈总动脉信号；
3)上述装置安装好后，调整至最佳位置同步采集被测者的血流信号，并保持5分钟后结束操作，即完成脑血流信号采集。
本实施涉及测量系统的医疗用途，包括：
1)在安静状态下同步采集被检者的颈内动脉终末段及颈总动脉脑血流信号；
2)测量两信号间时间差；
3)测量两信号采集器的体表距离；
4)获得上述参数后，采用以下公式计算脉搏波速度：
PMV颈-脑＝(L采集期间+L采样深度x cos30°)/T信号间
其中，PWV颈-脑表示颈-脑动脉脉搏波速度；L采集期间表示两采集器间体表距离；L采样深度表示颈总动脉信号采集器采样深度；cos30°为皮肤角度固定装置角度值，T信号间为两信号间时间差。
其他具体实施例：
本发明其他具体实施例的主要特点是：所述A/D转换器可以为多片A/D转换器，所述皮肤角度固定器的角度可以在25～40°之间除30°外的任意角度。其余同具体实施例1。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：
1)包括信号采集装置、信号处理装置、显示装置和通讯接口模块；所述信号采集装置与信号处理装置之间通过通讯接口模块连接，所述信号处理装置的输出端与显示装置连接；
2)信号采集装置，用于对颈总动脉及颈内动脉终末段血流信号进行同步采样，并将血流信号转换成对应的数字信号；信号处理装置，用于对同步获取的脑血流信号进行处理，得到信号间时间差；显示装置，用于显示血流信号参数及信号间时间差参数；
3)在信号处理装置中设置脉搏波速度计算模块，该脉搏波速度计算模块的模型为：PMV颈-脑＝(L采集期间+L采样深度xcos30°)/T信号间，其中，PWV颈-脑表示颈-脑动脉脉搏波速度；L采集期间表示两采集器间体表距离；L采样深度表示颈总动脉信号采集器采样深度；cos30°为皮肤角度固定装置角度值，T信号间为两信号间时间差。
2.根据权利要求1所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：信号采集装置包括控制模块、A/D转换器、固定探头装置和两个经颅多普勒模块，经颅多普勒模块之一构成颈内动脉终末段信号采集器，经颅多普勒模块之二构成颈总动脉信号采集器。
3.根据权利要求2所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：
1)两个经颅多普勒模块各至少设有一信号采集通路和一采样保持通路；
2)所述信号采集通路输出端与采样保持电路连接，采样保持电路在由控制模块产生的一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对信号采集通路输出的信号进行同步采样；所述采样保持电路的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号；
3)所述A/D转换器的输出端与控制模块连接，A/D转换器输出的数字信号经控制模块缓存后输出至信号处理装置；所述控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。
4.根据权利要求2所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：所述固定探头装置包括：头部固定器，用于固定颈内动脉终末段信号采集器；和皮肤角度固定器，用于固定颈总动脉信号采集器与皮肤接触角度，角度范围在25°～40°之间。
5.根据权利要求2所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：所述A/D转换器为多片A/D转换器或多通道A/D转换器。
6.根据权利要求2所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：所述控制模块采用复杂可编程逻辑器件实现。
7.根据权利要求1所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：所述信号处理装置设有时间差测定电路，时间差测定电路选取频谱图的起跳点，通过测量两起跳点间时间差作为测量脉搏波速度的主要参数。
8.根据权利要求1所述的颈、脑动脉脉搏波速度测量系统，其特征在于：所述信号处理装置和显示装置采用PC系统实现。
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