CN102743160B - 一种无创精确的动脉功能测量装置 - Google Patents

Abstract

一种无创精确的动脉功能测量装置，包括心电采集单元、绑缚于被测者四肢的袖带、袖带压力控制模块、协调充气控制模块、踝臂血压比测量单元、脉搏波传播速度测量单元、主控模块和显示单元。利用协调充气控制模块控制双侧上肢和双侧下肢袖带的充气速度和充气终点压力值，并通过脉搏波分离模块分离出下肢袖带所采集脉搏波中分别由下肢胫前动脉和胫后动脉造成的脉搏波信号，实现精确的踝臂血压比测量；利用正常搏动标记模块识别出脉搏波传播速度测量时四肢袖带所采集的脉搏波和心电采集单元同步采集的心电信号中的异常心跳并剔除，实现精确的踝臂脉搏波传播速度测量，从而无创无损且精确的检测出反映人体动脉狭窄和硬化的参数。

Description

一种无创精确的动脉功能测量装置

技术领域

本发明涉及一种使用无创无损的方式精确检测动脉功能的装置，特别是使用踝臂血压比和脉搏波传播速度作为诊断动脉硬化和动脉狭窄的装置。

背景技术

已知踝臂指数可用于无创检测下肢动脉堵塞，其计算方法为下肢动脉收缩压除以上肢动脉收缩压，当该比值小于某一个固定数值（一般是0.9）时，就可以怀疑下肢具有堵塞。已知的测量方法为：在被测者四肢绑缚袖带，然后对四肢袖带分别充气至对应的动脉血流闭塞为止，之后同步慢放气，通过分析慢放气中袖带振荡波波形的变化，确定四肢的收缩压，进而可以计算踝臂指数。如中国发明专利ZL03130720.5公开的《动脉狭窄检查设备和踝血压测量设备》，该设备通过判断下肢袖带慢放气时，是否存在振荡波的两次显著变化来确定胫前动脉和胫后动脉的收缩压是否存在差异，从而判断上下肢血压指数（踝臂指数）和下肢是否存在狭窄。中国发明专利ZL200710115141.8公开的《人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压测量装置》，通过在踝部袖带下缘胫前动脉和胫后动脉的体表投影处分别放置两个光电容积式传感装置感受由于袖带内压力变化而造成的胫前动脉和胫后动脉血流变化来实现胫前动脉和胫后动脉血压的分别测量。

上述已知踝臂指数检测技术，其问题在于：

（1）采取同步充气和同步放气的测量模式，由于充气速度的绝对不平衡，如果有一侧肢体已经充气达到动脉血流闭塞，则会停止充气等待其他肢体充气完成，在等待的过程中，由于硬件系统不可避免的出现漏气现象，使袖带气压降低，在其他肢体充气完成之后，可能该袖带的气压已经降低到不能闭塞该侧肢体的动脉血流，从而影响到慢放气时血压的计算，造成计算误差；

（2）踝部收缩压的测量，由于踝部存在胫前动脉和胫后动脉两条粗动脉，如果仅有一条狭窄，所测量的踝部收缩压会反映另外一条没有狭窄的动脉的收缩压，从而踝臂指数计算仍正常，影响诊断。

已知脉搏波传播速度可用于无创检测动脉硬化，包括颈股脉搏波传播速度和踝臂脉搏波传播速度，前者通过放置于颈总动脉和股动脉的脉搏波采集装置实现，但颈总动脉和股动脉的脉搏波采集同时存在位置不易确定，且股动脉的测量涉及到被测者的隐私问题，测量不便，相比之下，后者较为常用，可对下肢动脉硬化给予评估。已知的测量方法为：在被测者四肢绑缚袖带，然后充气至某一固定压力值，分析某侧上肢袖带所记录的脉搏波与对应侧下肢袖带所记录的脉搏波之间的时间差异，即踝臂脉搏波传播时间，然后除通过度量或估算出的传播距离，从而获得踝臂脉搏波传播速度。如中国发明专利ZL02147552.0公开的《动脉硬化诊断仪器》，具体是通过测量臂踝脉搏波传播速度实现的，为了避免由于上肢动脉硬化影响到臂踝脉搏波传播速度测量精度，该仪器首先通过对比左上肢袖带和右上肢袖带在施以某一压力时两者脉搏波波形的差异，找到动脉硬化程度较低的一侧上肢作为基准从而测量臂踝脉搏波传播速度，同时，该仪器通过对脉率的节律分析，排除了节律异常的心律失常搏动，从而提高了踝臂脉搏波传播速度的测量精度。中国发明专利ZL200980146590.6公开的《测定脉搏波传播速度作为血压信息的血压信息测定装置》，为了避免由于上肢动脉硬化影响到臂踝脉搏波传播速度测量精度，该装置通过对上肢脉搏波的信号处理，分离出射血波和反射波，从而估计上肢脉搏波传播速度，通过上肢脉搏波传播速度和臂踝脉搏波传播速度共同确定被测者动脉硬化情况。

上述已知脉搏波传播速度检测技术，其问题在于：

（1）一般情况下，动脉硬化往往发生在下肢，但少数情况下在上肢也可发生，在这种情况下，心脏到踝部的脉搏波传播时间缩短，而心脏到上肢的脉搏波传播时间也缩短，因而两者之差即踝臂脉搏波传播时间可能不变，或者变化较小，从而影响到踝臂脉搏波传播速度的测量精度；

（2）由于部分被测者出现诸如室性早搏等心律失常事件或者由于被测者不自主运动等因素造成脉搏波波形变异，从而影响波形特征点的提取，造成脉搏波传播速度计算的误差。

发明内容

为了克服以上现有动脉功能检测技术存在的问题，本发明提供一种无创精确的动脉功能测量装置，该装置可以无创无损的检测出精确的反映人体动脉狭窄和硬化的参数，包括踝臂血压比和脉搏波传播速度。

本发明的无创精确的动脉功能测量装置，包括：

（1）一个用于采集被测者心电的心电采集单元；

（2）一个绑缚于被测者右侧上臂的袖带A，一个绑缚于被测者左侧上臂的袖带B，一个绑缚于被测者右侧下肢踝部的袖带C，一个绑缚于被测者左侧下肢踝部的袖带D；

（3）一个与袖带A相连控制袖带A充放气和监测袖带压力值的压力控制模块A，一个与袖带B相连控制袖带B充放气和监测袖带压力值的压力控制模块B，一个与袖带C相连控制袖带C充放气和监测袖带压力值的压力控制模块C，一个与袖带D相连控制袖带D充放气和监测袖带压力值的压力控制模块D；

（4）一个协调充气控制模块A：与压力控制模块A、压力控制模块B和踝臂血压比测量单元相连，用于踝臂血压比测量单元测量血压时，对袖带A和袖带B的充气速度和充气终点压力进行协调控制；

（5）一个协调充气控制模块B：与压力控制模块C、压力控制模块D和踝臂血压比测量单元相连，用于踝臂血压比测量单元测量血压时，对袖带C和袖带D的充气速度和充气终点压力进行协调控制；

（6）一个踝臂血压比测量单元：与协调充气控制模块A、协调充气控制模块B、压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D相连；

（7）一个脉搏波传播速度测量单元；与心电采集单元、压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D相连；

（8）一个主控模块：与踝臂血压比测量单元和脉搏波传播速度测量单元相连；

（9）一个显示单元：与主控模块、踝臂血压比测量单元和脉搏波传播速度单元相连；

其中：

所述踝臂血压比测量单元，包括：

①一个控制模块A：通过控制协调充气控制模块A和协调充气控制模块B，对袖带A、袖带B、袖带C和袖带D按照以下顺序执行一次：

阶段S1：协调充气，

阶段S2：慢速放气；

②一个同步信号滤波模块：接收阶段S2中压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的压力信号，将各压力信号经低通和带通滤波，从而获得袖带A、袖带B、袖带C和袖带D的平均压力信号和对应绑缚位置处动脉的脉搏波信号；

③一个脉搏波分离模块A：接收同步信号滤波模块输出的所述袖带C绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由右踝部胫前动脉和右踝部胫后动脉造成的脉搏波；

④一个脉搏波分离模块B：接收同步信号滤波模块输出的所述袖带D绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由左踝部胫前动脉和左踝部胫后动脉造成的脉搏波；

⑤一个计算模块A：接收同步信号滤波模块输出的所述袖带A和袖带B的平均压力信号和脉搏波信号以及所述袖带C和袖带D的平均压力信号，以及脉搏波分离模块A和脉搏波分离模块B输出的右踝胫前动脉、右踝胫后动脉和左踝胫前动脉、左踝胫后动脉的脉搏波信号，获得左上肢收缩压P_lb、右上肢收缩压P_rb、左胫前动脉收缩压P_laf、左胫后动脉收缩压P_lab、右胫前动脉收缩压P_raf和右胫后动脉收缩压P_rab，并使用公式 ${\mathrm{ABI}}_l=F(\frac{P_{\mathrm{laf}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})},\frac{P_{\mathrm{lab}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})})$ 和公式 ${\mathrm{ABI}}_r=F(\frac{P_{\mathrm{raf}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})},\frac{P_{\mathrm{rab}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})})$ 分别计算被测者左侧和右侧的踝臂血压比，其中，F是一个选择函数，表示选择两者中的较大值、较小值或者两者皆选取；

所述脉搏波传播速度测量单元，包括：

①一个控制模块B：通过控制所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D，对所述袖带A、袖带B、袖带C和袖带D按照以下顺序执行一次：

阶段T1：快速充气至某一固定压力值Pa，

阶段T2：保持自适应时间τ秒，

阶段T3：快速放气，

并控制所述心电采集单元同步采集心电信号；

②一个正常搏动标记模块：接收阶段T2中所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的脉搏波信号，和所述心电采集单元同步输出的心电信号，通过规则：NB_i＝C1_i∩C2_i标记脉搏波信号中的正常搏动，其中i表示阶段T2的某个心动周期，如果该心动周期的NB_i＝1，则该心动周期标记为正常搏动，否则标记为非正常搏动，规则C1_i为：Ψ(QRS_i,NBT)≥ψ，Ψ为一个表示相似性的函数，QRS_i为阶段T2中所述心电采集单元输出的心电信号中的第i个心动周期QRS波群，NBT为一正常搏动QRS模板，ψ为一常数，规则C2_i为：

Φ为一个表示相似性的函数，k＝A,B,C,D分别表示阶段T2由所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的所述袖带A、袖带B、袖带C和袖带D对应绑缚位置处动脉的脉搏波，PT_i为阶段T2脉搏波的第i个心动周期，MPT_k为阶段T2脉搏波所有心动周期的平均波形，φ为一常数，

③一个计算模块B：接收阶段T2中所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的脉搏波信号、所述心电采集单元同步输出的心电信号和正常搏动标记模块标记的阶段T2的正常搏动序列，使用公式： ${\mathrm{hbPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hbl}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{bl},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{hbPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hbr}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{br},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{haPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hal}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{al},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{haPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{har}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{ar},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{baPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{bl},i}-{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{al},i}}$ 和 ${\mathrm{baPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{br},i}-{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{ar},i}}$ 分别计算左心臂脉搏波传播速度hbPWV_l、右心臂脉搏波传播速度hbPWV_r、左心踝脉搏波传播速度haPWVV_l、右心踝脉搏波传播速度haPWV_r、左臂踝脉搏波传播速度baPWV_l和右臂踝脉搏波传播速度baPWV_r，其中D_hbl、D_hbr、D_hal、D_har和D分别为心脏到左上臂、右上臂、左下踝、右下踝和胸骨角到双踝部的体表距离，可通过实际测量或者根据经验公式计算获得，sPT_bl,i、sPT_br,i、sPT_al,i和sPT_or，i分别表示阶段T2由所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的所述袖带A、袖带B、袖带C和袖带D对应绑缚位置处动脉的脉搏波第i个心动周期的起始点位置，rECG_i表示阶段T2中由所述心电采集单元输出的心电信号中的第i个心动周期R波顶点位置，△为一固定常数，表示阶段T2中由正常搏动标记模块所标记出的所有正常搏动的个数，其中：

所述阶段T2：保持自适应时间τ秒，τ的确定是通过以下规则：当所述正常搏动标记模块标记的正常搏动数达到所述固定常数△时，所述阶段T2结束，进入所述阶段T3。

本发明可以无创无损的对动脉硬化和下肢动脉狭窄情况予以精确评估。利用协调充气控制模块控制双侧上肢和双侧下肢袖带的充气速度和充气终点压力值，并通过脉搏波分离模块分离出下肢袖带所采集脉搏波中分别由下肢胫前动脉和胫后动脉造成的脉搏波信号，实现精确的踝臂血压比测量；利用正常搏动标记模块识别出脉搏波传播速度测量时四肢袖带所采集的脉搏波和心电采集单元同步采集的心电信号中的异常心跳并剔除，从而实现精确的踝臂脉搏波传播速度测量，同时，该装置还精确地测量出从心脏到四肢的脉搏波传播速度。

附图说明

图1为本发明装置的原理结构图。其中：1、袖带，2、压力控制模块，3、协调充气控制模块，4、踝臂血压比测量单元，5、脉搏波传播速度测量单元，6、主控模块，7、显示单元，8、心电采集单元。

图2为本发明装置中踝臂血压比测量单元的原理结构图。其中：41控制模块A，42、同步信号滤波模块，43、脉搏波分离模块，44、计算模块A。

图3为本发明装置中脉搏波传播速度测量单元的原理结构图。其中：51、控制模块B，52、正常搏动标记模块，53、计算模块B。

具体实施方式

本发明装置的原理结构如图1所示，包括采集被测者心电的心电采集单元8、绑缚于被测者四肢的四个袖带1（1A、1B、1C和1D）、分别与一个袖带相连并控制袖带充放气和监测袖带压力值的四个压力控制模块2（2A、2B、2C和2D）、两个协调充气控制模块3（3A和3B）、一个踝臂血压比测量单元4、一个脉搏波传播速度测量单元5、一个主控模块和一个显示单元7。协调充气控制模块3A与压力控制模块2A、压力控制模块2B和踝臂血压比测量单元4相连；协调充气控制模块3B与压力控制模块2C、压力控制模块2D、踝臂血压比测量单元4相连。踝臂血压比测量单元4与协调充气控制模块3A、协调充气控制模块3B、压力控制模块2A、压力控制模块2B、压力控制模块2C和压力控制模块2D相连。脉搏波传播速度测量单元5与心电采集单元8、压力控制模块2A、压力控制模块2B、压力控制模块2C和压力控制模块2D相连。主控模块6与踝臂血压比测量单元和脉搏波传播速度测量单元相连。显示单元8与主控模块6、踝臂血压比测量单元4和脉搏波传播速度单元5相连。压力控制模块可以采用现有技术，如使用袖带的自动电子血压计所用到的袖带充放气控制机构。

踝臂血压比测量单元4的结构如图2所示，包括控制模块41，同步信号滤波模块42、两个脉搏波分离模块43（43A和43B）和计算模块44。控制模块41通过控制协调充气控制模块3A和协调充气控制模块3B对各袖带（1A、1B、1C和1D）执行协调充气阶段S1和慢速放气阶段S2。同步信号滤波模块42接收阶段S2中压力控制模块2A、压力控制模块2B、压力控制模块2C和压力控制模块2D输出的压力信号，将该压力信号经低通和带通滤波，从而获得各袖带D的平均压力信号和对应绑缚位置处动脉的脉搏波信号。脉搏波分离模块43A接收同步信号滤波模块输出的所述袖带1C绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由左踝部胫前动脉和左踝部胫后动脉造成的脉搏波。脉搏波分离模块43B接收同步信号滤波模块输出的所述袖带1D绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由右踝部胫前动脉和右踝部胫后动脉造成的脉搏波。计算模块44接收同步信号滤波模块输出的所述袖带A和袖带B的平均压力信号和脉搏波信号以及所述袖带C和袖带D的平均压力信号，以及脉搏波分离模块43A和脉搏波分离模块43B输出的左踝胫前动脉、左踝胫后动脉和右踝胫前动脉、右踝胫后动脉的脉搏波信号，分别计算被测者左侧和右侧的踝臂血压比。

脉搏波传播速度测量单元5的结构如图3所示，包括控制模块51、正常搏动标记模块52和计算模块53。控制模块51通过控制各压力控制模块（2A、2B、2C和2D）分别对各袖带D按照顺序执行一次阶段T1（快速充气至某一固定压力值Pa）、阶段T2（保持自适应时间τ秒）和阶段T3（快速放气），并控制心电采集单元8同步采集心电信号。正常搏动标记模块52接收阶段T2中各压力控制模块输出的脉搏波信号和心电采集单元8同步输出的心电信号，按规则进行标记。计算模块53接收阶段T2中各压力控制模块输出的脉搏波信号、心电采集单元8同步输出的心电信号和正常搏动标记模块标记的阶段T2的正常搏动序列，分别计算左心臂脉搏波传播速度hbPWV_l、右心臂脉搏波传播速度hbPWV_r、左心踝脉搏波传播速度haPWV_l、右心踝脉搏波传播速度haPWV_r、左臂踝脉搏波传播速度baPWV_l和右臂踝脉搏波传播速度baPWV_r。

上述装置进行动脉功能测量的过程如下所述。

其中袖带1A、1B、1C和1D分别绑缚于被测者右上肢根部且袖带下缘距肘窝二指处、左上肢根部且袖带下缘距肘窝二指处、右下肢踝部且袖带下缘距踝关节二指处和左下肢踝部且袖带下缘距踝关节二指处，同时按照标准十二导联中任意一种导联方式安置心电采集单元8中的心电电极夹或电极片，这里选择标准肢体I导联的连接方式作为一种实现，心电采集单元8中的电极夹按照对应标记夹到被测者双手腕部和右踝部，同时夹到右踝部的电极夹上缘距袖带1C下缘保持二指距离。

安放完毕后，提示被测者保持静息状态，主控模块6控制踝臂血压比测量单元4首先进行踝臂血压比的测量，其步骤如下：

（1）主控模块6向踝臂血压比测量单元4中的控制模块A41发出踝臂血压比测量开始指令。

（2）控制模块A41控制协调充气控制模块3A、3B，对袖带1A、1B、1C和1D按照以下顺序执行一次：

阶段S1：协调充气，

阶段S2：慢速放气。

（3）同步信号滤波模块42接收阶段S2中，压力控制模块2A、2B、2C和2D输出的压力信号，将该压力信号经低通和带通滤波，从而获得袖带1A、1B、1C和1D的平均压力信号和对应绑缚位置处动脉的脉搏波信号。

（4）脉搏波分离模块43A接收同步信号滤波模块42输出的袖带1C绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由右踝部胫前动脉和右踝部胫后动脉造成的脉搏波，脉搏波分离模块43B接收同步信号滤波模块42输出的袖带1D绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由左踝部胫前动脉和左踝部胫后动脉造成的脉搏波。

（5）计算模块A44接收同步信号滤波模块42输出的袖带1A和1B的平均压力信号和脉搏波信号以及袖带1C和袖带1D的平均压力信号，以及脉搏波分离模块43输出的左踝胫前动脉、左踝胫后动脉和右踝胫前动脉、右踝胫后动脉的脉搏波信号，获得左上肢收缩压P_la、右上肢收缩压P_rb、左胫前动脉收缩压P_laf、左胫后动脉收缩压P_lab、右胫前动脉收缩压P_raf和右胫后动脉收缩压P_rab，并使用公式和公式

分别计算被测者左侧和右侧的踝臂血压比，其中，F是一个选择函数，表示选择两者中的较大值、较小值或者两者皆选取，这里F选择使用min函数作为一种实现方式。

此时，踝臂血压比测量完成，主控模块6控制脉搏波传播速度测量单元5进行脉搏波传播速度的测量，其步骤如下：

（1）主控模块6向脉搏波传播速度测量单元中的控制模块B51发出脉搏波传播速度测量开始指令。

（2）控制模块B51控制压力控制模块2A、2B、2C和2D，对袖带1A、1B、1C和1D按照以下顺序执行一次：

阶段T1：快速充气至某一固定压力值Pa，

阶段T2：保持自适应时间τ秒，

阶段T3：快速放气，

并控制心电采集单元8开始同步采集心电信号。

（3）正常搏动标记模块52接收阶段T2中压力控制模块2A、2B、2C和2D输出的脉搏波信号，和心电采集单元8同步输出的心电信号，通过规则：NB_i＝C1_i∩C2_i标记脉搏波信号中的正常搏动，其中i表示阶段T2的某个心动周期，如果该心动周期的NB_i＝1，则该心动周期标记为正常搏动，否则标记为非正常搏动，规则C1_i为：Ψ(QRS_i,NBT)≥ψ，Ψ为一个表示相似性的函数，QRS_i为阶段T2中所述心电采集单元输出的心电信号中的第i个心动周期QRS波群，NBT为一正常搏动QRS模板，ψ为一常数，规则C2_i为：

Φ为一个表示相似性的函数，k=A,B,C,D分别表示阶段T2由压力控制模块2A、2B、2C和2D输出的袖带1A、1B、1C和1D对应绑缚位置处动脉的脉搏波，PT_i为阶段T2脉搏波的第i个心动周期，MPT_k为阶段T2脉搏波所有心动周期的平均波形，φ为一常数，这里Ψ和Φ均使用互相关函数进行计算，常数ψ和φ分别选择0.93和0.85作为一种实现方式。

（4）计算模块B53接收阶段T2中压力控制模块2A、2B、2C和2D输出的脉搏波信号，心电采集单元8同步输出的心电信号，和正常搏动标记模块52标记的阶段T2的正常搏动序列，使用公式： ${\mathrm{hbPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hbl}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{bl},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{hbPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hbr}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{br},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{haPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hal}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{al},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{haPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{har}}}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{ar},i}-{\mathrm{rECG}}_i},$ ${\mathrm{baPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{bl},i}-{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{al},i}}$ 和 ${\mathrm{baPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{br},i}-{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{ar},i}}$ 分别计算左心臂脉搏波传播速度hbPWV_l、右心臂脉搏波传播速度hbPWV_r、左心踝脉搏波传播速度haPWV_l、右心踝脉搏波传播速度haPWV_r、左臂踝脉搏波传播速度baPWV_l和右臂踝脉搏波传播速度baPWV_r，其中D_hbl、D_hbr、D_hal、D_har和D分别为心脏到左上臂、右上臂、左下踝、右下踝和胸骨角到双踝部的体表距离，可通过实际测量或者根据经验公式计算获得，sPT_bl，i、sPT_br，i、sPT_al,i和sPT_ar,i分别表示阶段T2由压力控制模块2A、2B、2C和2D输出的袖带1A、1B、1C和1D对应绑缚位置处动脉的脉搏波第i个心动周期的起始点位置，rECG_i表示阶段T2中由所述心电采集单元输出的心电信号中的第i个心动周期R波顶点位置，△为一固定常数，表示阶段T2中由正常搏动标记模块所标记出的所有正常搏动的个数。

其中，阶段T2：保持自适应时间τ秒，τ的确定是通过以下规则：当所述正常搏动标记模块标记的正常搏动数达到所述固定常数△时，所述阶段T2结束，进入所述阶段T3，这里△取5作为一种实现方式。

此时，脉搏波传播速度测量完成。

主控模块6控制踝臂血压比测量单元4输出的踝臂血压比测量结果ABI_l和ABI_r和脉搏波传播速度测量单元5输出的左心臂脉搏波传播速度hbPWV_l、右心臂脉搏波传播速度hbPWV_r、左心踝脉搏波传播速度haPWV_l、右心踝脉搏波传播速度haPWV_r、左臂踝脉搏波传播速度baPWV_l、右臂踝脉搏波传播速度baPWV_r输出到显示单元7显示。

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，都应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种无创精确的动脉功能测量装置，包括：

（1）一个用于采集被测者心电的心电采集单元；

（2）一个绑缚于被测者右侧上臂的袖带A，一个绑缚于被测者左侧上臂的袖带B，一个绑缚于被测者右侧下肢踝部的袖带C，一个绑缚于被测者左侧下肢踝部的袖带D；

（3）一个与袖带A相连控制袖带A充放气和监测袖带压力值的压力控制模块A，一个与袖带B相连控制袖带B充放气和监测袖带压力值的压力控制模块B，一个与袖带C相连控制袖带C充放气和监测袖带压力值的压力控制模块C，一个与袖带D相连控制袖带D充放气和监测袖带压力值的压力控制模块D；

（4）一个协调充气控制模块A：与压力控制模块A、压力控制模块B和踝臂血压比测量单元相连，用于踝臂血压比测量单元测量血压时，对袖带A和袖带B的充气速度和充气终点压力进行协调控制；

（5）一个协调充气控制模块B：与压力控制模块C、压力控制模块D和踝臂血压比测量单元相连，用于踝臂血压比测量单元测量血压时，对袖带C和袖带D的充气速度和充气终点压力进行协调控制；

（6）一个踝臂血压比测量单元：与协调充气控制模块A、协调充气控制模块B、压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D相连；

（7）一个脉搏波传播速度测量单元；与心电采集单元、压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D相连；

（8）一个主控模块：与踝臂血压比测量单元和脉搏波传播速度测量单元相连；

（9）一个显示单元：与主控模块、踝臂血压比测量单元和脉搏波传播速度单元相连；

其特征是：

所述踝臂血压比测量单元，包括：

①一个控制模块A：通过控制协调充气控制模块A和协调充气控制模块B，对袖带A、袖带B、袖带C和袖带D按照以下顺序执行一次：

阶段S1：协调充气，

阶段S2：慢速放气；

②一个同步信号滤波模块：接收阶段S2中压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的压力信号，将该压力信号经低通和带通滤波，从而获得袖带A、袖带B、袖带C和袖带D的平均压力信号和对应绑缚位置处动脉的脉搏波信号；

③一个脉搏波分离模块A：接收同步信号滤波模块输出的所述袖带C绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由右踝部胫前动脉和右踝部胫后动脉造成的脉搏波；

④一个脉搏波分离模块B：接收同步信号滤波模块输出的所述袖带D绑缚位置处动脉的脉搏波信号，分离出分别由左踝部胫前动脉和左踝部胫后动脉造成的脉搏波；

⑤一个计算模块A：接收同步信号滤波模块输出的所述袖带A和袖带B的平均压力信号和脉搏波信号以及所述袖带C和袖带D的平均压力信号，以及脉搏波分离模块A和脉搏波分离模块B输出的右踝胫前动脉、右踝胫后动脉和左踝胫前动脉、左踝胫后动脉的脉搏波信号，获得左上肢收缩压P_lb、右上肢收缩压P_rb、左胫前动脉收缩压P_laf、左胫后动脉收缩压P_lab、右胫前动脉收缩压P_raf和右胫后动脉收缩压P_rab，并使用公式 ${\mathrm{ABI}}_l=F(\frac{P_{\mathrm{laf}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})},\frac{P_{\mathrm{lab}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})})$ 和公式 ${\mathrm{ABI}}_r=F(\frac{P_{\mathrm{raf}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})},\frac{P_{\mathrm{rab}}}{\max (P_{\mathrm{lb}},P_{\mathrm{rb}})})$ 分别计算被测者左侧和右侧的踝臂血压比，其中，F是一个选择函数，表示选择两者中的较大值、较小值或者两者皆选取；

所述脉搏波传播速度测量单元，包括：

①一个控制模块B：通过控制所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D，对所述袖带A、袖带B、袖带C和袖带D按照以下顺序执行一次：

阶段T1：快速充气至某一固定压力值Pa，

阶段T2：保持自适应时间τ秒，

阶段T3：快速放气，

并控制所述心电采集单元同步采集心电信号；

②一个正常搏动标记模块：接收阶段T2中所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的脉搏波信号，和所述心电采集单元同步输出的心电信号，通过规则：NB_i=C1_i∩C2_i标记脉搏波信号中的正常搏动，其中i表示阶段T2的某个心动周期，如果该心动周期的NB_i=1，则该心动周期标记为正常搏动，否则标记为非正常搏动，规则C1_i为：Ψ(QRS_i,NBT)≥ψ，Ψ为一个表示相似性的函数，QRS_i为阶段T2中所述心电采集单元输出的心电信号中的第i个心动周期QRS波群，NBT为一正常搏动QRS模板，ψ为一常数，规则C2_i为：Φ为一个表示相似性的函数，k=A,B,C,D分别表示阶段T2由所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的所述袖带A、袖带B、袖带C和袖带D对应绑缚位置处动脉的脉搏波，PT_i为阶段T2脉搏波的第i个心动周期，MPT_k为阶段T2脉搏波所有心动周期的平均波形，φ为一常数，

③一个计算模块B：接收阶段T2中所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的脉搏波信号、所述心电采集单元同步输出的心电信号和正常搏动标记模块标记的阶段T2的正常搏动序列，使用公式：

$\mathrm{hbPW}{V}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hbr}}}{\mathrm{sP}{T}_{\mathrm{br},i}-\mathrm{rE}{\mathrm{CG}}_i}$ 、 ${\mathrm{haPWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{hal}}}{\mathrm{sP}{T}_{\mathrm{al},i}-{\mathrm{rECG}}_i}$ 、 ${\mathrm{hapWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D_{\mathrm{har}}}{s{\mathrm{PT}}_{\mathrm{ar},i}-{\mathrm{rECG}}_i}$ 、 $\mathrm{ba}{\mathrm{PWV}}_l=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D}{s{\mathrm{PT}}_{\mathrm{bl},i}-s{\mathrm{PT}}_{\mathrm{al},i}}$ 和 ${\mathrm{baPWV}}_r=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{NB}}_i\×\frac{D}{{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{br},i}-{\mathrm{sPT}}_{\mathrm{ar},i}}$ 分别计算左心臂脉搏波传播速度hbPWV_l、右心臂脉搏波传播速度hbPWV_r、左心踝脉搏波传播速度haPWV_l、右心踝脉搏波传播速度haPWV_r、左臂踝脉搏波传播速度baPWV_l和右臂踝脉搏波传播速度baPWV_r，其中D_hbl、D_hbr、D_hal、D_har和D分别为心脏到左上臂、右上臂、左下踝、右下踝和胸骨角到双踝部的体表距离，通过实际测量或者根据经验公式计算获得，sPT_bl,i、sPT_br,i、sPT_al,i和sPT_ar,i分别表示阶段T2由所述压力控制模块A、压力控制模块B、压力控制模块C和压力控制模块D输出的所述袖带A、袖带B、袖带C和袖带D对应绑缚位置处动脉的脉搏波第i个心动周期的起始点位置，rECG_i表示阶段T2中由所述心电采集单元输出的心电信号中的第i个心动周期R波顶点位置，Δ为一固定常数，表示阶段T2中由正常搏动标记模块所标记出的所有正常搏动的个数，其中：

所述阶段T2：保持自适应时间τ秒，τ的确定是通过以下规则：当所述正常搏动标记模块标记的正常搏动数达到所述固定常数Δ时，所述阶段T2结束，进入所述阶段T3。

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