CN103747724B - 用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

一种确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法，包括：使用第一多普勒超声换能器探测来自所述感兴趣动脉中的血流的第一多普勒超声信号，所述第一多普勒超声换能器置于被提供有套囊的一个肢体中的感兴趣动脉上，所述套囊能够被充气或放气，以向所述感兴趣动脉提供所述变化的压力；使用第二多普勒超声换能器探测来自参考动脉中的血流的第二多普勒超声信号，所述参考动脉在其他三个肢体的任一个中；根据所述第一多普勒超声信号和所述第二多普勒超声信号导出第三信号，所述第三信号指示所述第一多普勒超声信号和所述第二多普勒超声信号之间的同步程度；并且输出第四信号以指示在所述第三信号满足预定义条件的时刻，所述感兴趣动脉被闭合或被重新开放。通过利用所述第二超声信号作为参考并通过导出指示两个超声信号之间的同步属性的信号，无论患者的详细状况如何，都能够更稳定且更可靠地确定所述感兴趣动脉在变化的压力下的开放/闭合状态。

Description

用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及多普勒超声，具体而言，涉及用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法、设备和系统。

背景技术

多普勒超声在临床应用中被广泛用于测量血流速度。在标准多普勒超声血流测量中，经验丰富的医生首先选择尺寸合适的套囊并在感兴趣动脉之上的位置处将其围在肢体上。在将多普勒探头在动脉上放置好之后，医生需要等待多普勒声音变得稳定有节律。之后，医生为套囊充气，以逐渐增大套囊压力直到多普勒声音消失，这表明动脉已经完全闭塞。到动脉状态从开放变化为闭合(或反之亦然)时，提供重要信息，因为该时刻对于确定血流测量中的一些参数非常关键。例如，在恰在该切换时刻之前的时刻(此时动脉的状态从开放变化为闭合)处，从血压计读出的对应压力被定义为充气收缩压(SBP)。如果正确确定开放到闭合切换时刻，就可以正确测量充气SBP。

之后，医生进一步为套囊充气，直到套囊压力达到高于充气SBP20mmHg到30mmHg，之后，缓慢地为套囊放气，直到多普勒声音再次出现。相似地，当医生在放气过程中听到第一个多普勒声音的时刻从血压计中读出的对应压力被定义为放气SBP，在生理学上其描述动脉状态从关闭变化为重新开放。多普勒超声被用作确定感兴趣动脉的开放/闭合切换时刻并且进一步测量收缩压的黄金标准。

然而，在变化的压力下自动确定感兴趣动脉的开放/闭合切换时刻仅仅基于连续超声信号的变化。如何正确探测充气阶段中的最后一个声音和放气阶段中的第一个声音是根本问题。

常规上，这能够以数学方式总结为特征映射问题。受标准血流测量的启发，三个典型的血流参数(即足够的声音功率、合理的血流速度和对应于心跳的稳定节律)是映射动脉开放状态的直接特征。只要在套囊充气期间这些特征之一突然改变，即超出了该特征阈值，则认为动脉被闭合。对于套囊放气阶段，必须要求第一个声音识别的安全条件，即当动脉的状态从闭合变化为开放时应该恢复多普勒声音的所有特征。

然而，上文提到的这三个特征不容易由多位用户采用，尤其是对于为患有动脉疾病的患者找到区分动脉的两种状态的合适阈值。人与人之间的这些特征可能不同，甚至对于不同时期的同一个人这些特征也可能不同，这就造成了错误确定开放/闭合切换时刻的问题。

例如，使用功率特征的问题是：因为患有动脉粥样硬化的患者的远端狭窄是缺血性的，所以当将换能器置于远端狭窄处时，多普勒声音呈现低功率属性。然而，对于同一个患者，近端狭窄处的功率情况与远端狭窄处的功率情况不同。由于来自狭窄位置周围的湍流和层流的功率贡献，声音的功率和正常动脉的声音功率一样高。声音功率的幅度依赖于动脉狭窄的等级，使得本领域技术人员不能为所有的测量情况设置一个能量阈值。此外，低功率在动脉的开放和闭合状态之间产生不明显的功率边界，这使得设置有效的功率阈值变得困难。对于患有动脉钙化的患者的情况与低功率情况相似。因为患有动脉钙化的患者的动脉不能完全闭塞，所以通常很难找到功率明显低的稳定持续时间。

此外，使用血流速度的问题可能如下：一些因素可以影响测量的血流速度。对于血流动力学，这些因素包括：动脉的直径、血液粘稠度和动脉壁的硬度。血液动力学参数会因患者的病况而畸变。对于操作，影响血流速度的观测值的主要因素是超声的传输角。由于血流速度的可变性，应该为不同的用户定制区分动脉状态的速度阈值，这使得算法变得非常复杂。

此外，使用声音周期性的问题是：受试者的心律与多普勒信号的周期性高度相关。一个人的心跳对他的情绪和来自外部环境的刺激敏感。当一个人感到紧张或不安时他的心律从80bpm加速到120bpm是很常见的。这也会在血流测量期间发生。尽管能够在校准阶段估算受试者的心跳，但是随着套囊压力增加或降低，与患有心律失常的患者非常不同，正常人的心律很可能变化很大。节律改变的程度是不能提前预测的，使得在人很容易感到紧张或痛苦的情况下很难很好地设置周期性阈值。如果低估或高估了节律改变，那么估计的切换时刻会相应地滞后或超前。

从上文能够看出，为什么不能够容易地解决上文提到的问题的重要原因是，在没有任何校准程序的情况下不可能描述受试者的血流行为的，并且使用校准预测不可能调整用于测量期间的变化的算法。

常规的方法不可用于确定患有动脉钙化、狭窄和心律失常患者的精确切换时刻。如果一种方法专注于多普勒声音功率的改变，那么该方法就具有错误的风险，因为患者患有动脉钙化或者狭窄的情况下该功率变化可能极其小。如果一种方法专注于多普勒声音周期的变化，那么在受试者是患有心律失常的患者或者心率容易受到干扰的人的情况下，该方法不会有效。

鉴于上文所述，需要采用更有效且适应性更强的特征的方法，从而使得切换时刻的确定更可靠，并且该方法针对广泛的用途是可调节的，甚至包括患有诸如心律失常、动脉狭窄和钙化的动脉疾病的患者。

发明内容

本发明能够在特定用户基础中克服先前算法的限制。

发明人发现任何两个动脉中的血流是彼此高度相关和同步的，因为它们实际来自人类心脏的同一次搏动。这种现象也适用于患有动脉钙化、狭窄或心律失常的人。基于这种认识，发明人推导出一种特征，其能够以更稳定且更一般的方式描述本发明中受试者的动脉状态。能够进一步将这种方法用于实现SBP测量的自动化、准确性和一般化。

具体而言，使用双多普勒超声感测血流，以实现自动ABI(踝肱指数)测量。在肢体之一上佩戴套囊，以进行单边ABI测量。第一多普勒超声换能器应当置于在佩戴套囊的肢体的侧边上的感兴趣动脉上，该套囊能够被充气或放气以向感兴趣动脉提供变化的压力。第二多普勒超声换能器应当置于参考动脉上，在参考动脉中血液在整个测量期间自由流动。换言之，第二多普勒超声换能器应当置于其他三个肢体的任一个中的另一个动脉上，该肢体不受来自套囊的充气或放气的影响。

应当同时启用双多普勒超声的处理，使得使用双多普勒超声探测的两个动脉中的血流的波形应当彼此同步。当套囊最终封闭感兴趣动脉时失去这种同步，这指示感兴趣动脉的状态从开放变化成闭合。通过这种方式，本发明提出的方法会改善在各种临床环境/条件下确定动脉状态切换时刻的可行性和准确性。

本发明提供了一种用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法和设备，以实现以上设想。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法，其包括如下步骤：

使用第一多普勒超声换能器探测来自所述感兴趣动脉中的血流的第一多普勒超声信号，所述第一多普勒超声换能器置于佩戴套囊的一个肢体中的所述感兴趣动脉上，所述套囊能够被充气或放气，以向所述感兴趣动脉提供所述变化的压力；

使用第二多普勒超声换能器探测来自参考动脉中的血流的第二多普勒超声信号，所述参考动脉在其他三个肢体的任一个中；

根据所述第一多普勒超声信号和所述第二多普勒超声信号导出第三信号，所述第三信号指示所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号之间的同步程度；并且

输出第四信号以指示在所述第三信号满足预定义条件的时刻所述感兴趣动脉被闭合或被重新开放。

在本发明的方法中，由于两个任意动脉中的血流是彼此高度相关和同步的，因为它们实际来自人类心脏的同一搏动，因此如果将第一多普勒超声换能器置于在佩戴套囊的肢体的侧边上的感兴趣动脉上，则置于在整个测量期间血液自由流动的参考动脉上的第二超声换能器能够用于探测除第一多普勒超声换能器探测的第一多普勒超声信号之外的参考多普勒超声信号。

通过导出指示由两个换能器探测的两个多普勒超声信号之间同步属性的第三信号，不论受试用户的详细状况如何，都能够以更稳定且更可靠的方式确定感兴趣动脉的状态切换时刻。此外，如果在SBP测量中使用这种方法，则出于同样的原因，不论受试用户的详细状况如何，都能够以更稳定且更可靠的方式测量SBP。

在本发明的一个实施例中，所述第三信号是根据所述第一超声信号与所述第二超声信号之间的互协方差属性导出的。

在这一实施例中，本发明的方法采用互协方差属性，这是同步程度的良好指标。来自第一超声换能器的信号与来自第二超声换能器的信号很好地相关，直到实测的动脉被套囊压力完全封闭。因此，两个信号之间失去和恢复高度相关属性表示感兴趣动脉的状态由于套囊压力变化分别从开放切换到闭合以及从闭合切换到重新开放的时刻。

因此，根据本实施例，直接对多普勒音频信号执行简单的互协方差计算，其能够在声音域中被容易地计算，而非在频域中。计算时间被加快，从而满足实时要求。

当然，可以使用除互协方差属性之外的确定同步程度的属性或方式来实施本发明的基本思想。然而，如上所述，与互协方差属性方式相比，确定同步程度的其他方式可以涉及频域中的复杂计算。

在本发明的另一实施例中，所述第三信号包括第一超声信号与第二超声信号的互协方差系数和第一超声信号与第二超声信号的滞后值中的至少一个。

在这一实施例中，如果互协方差系数小于先前值的平均值的20％或abs(Lc-Lp)>w*Lp，则第三信号满足预定义条件，其中，Lc是当前时间窗口中的滞后，Lp是先前采集的滞后平均值，w是异步容限的可调节系数，并且因此其指示，两个超声信号在感兴趣动脉状态从开放切换到闭合的时刻失去高度相关属性。

因此，输出的步骤包括输出第四信号以指示在这个时刻感兴趣动脉被闭合。

在本发明的另一实施例中，所述第三信号可以包括第一多普勒超声信号与第二多普勒超声信号的互协方差系数和第一多普勒超声信号与第二多普勒超声信号的滞后值两者，如果互协方差系数高于先前值的平均值的20％且abs(Lc-Lp)<w*Lp，则所述第三信号满足预定义条件，其中，Lc是当前时间窗口中的滞后，Lp是先前采集的滞后的平均值，w是异步容限的可调节系数，并且因此其指示，两个超声信号在感兴趣动脉状态从闭合切换到重新开放的时刻恢复到具有高度相关属性。

因此，输出的步骤包括输出第四信号以指示在这个时刻感兴趣动脉被重新开放。

在实施例中，将w选择为0.2。

在实施例中，首先将套囊压力逐渐充气以封闭所述感兴趣动脉，从而输出第四信号以指示感兴趣动脉闭合，并且在输出第四信号以指示感兴趣动脉闭合之后，进一步将套囊充气到充气SBP以上20mmHg-30mmHg，之后逐渐放气，从而输出第四信号以指示感兴趣动脉重新开放状态。

此外，同步探测第一超声信号和第二超声信号，即，对双超声的操作应当同时启用，使得通过使用双超声探测的信号彼此同步。这种同步性相对于患有心律失常或心率容易受干扰的患者而言保持稳定且可靠，因为两个血流是从同一源，即从患者的心脏，而搏动出的。

参考结合附图做出的描述，本发明的其他目的和结果将变得更显而易见并将容易被理解。

附图说明

在下文中将结合实施例并参考附图更详细地描述和解释本发明，在附图中：

图1示出了在ABI测量期间套囊和双超声换能器的布局；

图2是根据本发明实施例的用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的设备的框图；

图3示出了本发明在两个受试者上的试验性验证；

图4是根据本发明实施例的确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法的流程图；并且

图5是根据本发明的实施例的方法的详细流程图，其中，图5a是该方法的初始化阶段的流程图；图5b是使用基于互协方差的特征确定感兴趣动脉的状态从开放切换到闭合的时刻的流程图；图5c是使用基于互协方差的特征确定感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻的流程图。

各幅图中相同的附图标记指示相似的或者对应的特征和/或功能。

具体实施方式

将参考附图更详细地在下文描述本发明的实施例。

图1呈现了在ABI测量期间套囊和双换能器的布局的范例。

从图1中能够看出，将套囊11戴在左臂上以闭塞肱动脉(感兴趣动脉)。将一个多普勒超声换能器(第一多普勒超声换能器)12与套囊置于同一个臂上，将另一个多普勒超声换能器(第二多普勒超声换能器)13置于不受套囊影响的另一个臂中的参考动脉上。如果两个多普勒超声换能器被良好定位，那么它们会感测到刚好位于换能器下面的动脉的血流信号。

在测量期间，随着感兴趣动脉被套囊压力(充气SBP)闭塞或者在逆过程中，使用第一多普勒换能器12探测到的来自感兴趣动脉中的血流的信号会出现突变。采用另一多普勒换能器13的目的是捕获整个测量中未被套囊压力阻塞的受试者的参考动脉中的连续血流的信息。

不考虑套囊影响，在测量期间，尽管声音周期、声音功率和设备噪声有可能随时间变化，但是通过使用这两个换能器探测到的两个多普勒超声信号彼此应当保持高度相关。受试者的每搏输出量和其周期会随每次心跳而变化并且其影响会反映在第一换能器的信号中。两个换能器的声音源相同，在有来自受试者心脏的连续搏动的情况下，第二换能器的声音能够跟踪并遵循第一换能器的信号中的这种变化。此外，同一受试者中心脏和任一动脉之间的距离是恒定的，因此保证了这两种声音同步发生。

在套囊充气和放气操作中，当第一换能器下面的动脉被完全闭塞时，相关属性会降到低水平，之后当动脉恢复到开放状态时，相关性会反弹回高水平。因此，能够借助双换能器信号之间相关行为的改变的角度确定感兴趣动脉从开放切换到闭合以及从闭合切换到重新开放的时刻，并且该方法更稳定、更准确。

图2是根据本发明实施例的用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的设备20的框图。

从图2中能够看出，设备20包括根据使用图1中示出的两个换能器探测到的第一多普勒超声信号和第二多普勒超声信号，导出第三信号的处理器21。

由处理器21导出的第三信号可以指示第一多普勒超声信号和第二多普勒超声信号之间的同步程度。

如上所述，如果套囊压力在充气阶段闭塞感兴趣动脉，那么通过使用第一多普勒超声换能器探测到的第一多普勒超声信号应当与通过使用第二多普勒超声换能器探测到的第二多普勒超声信号失去同步性；因为它们与动脉血流的相同脉搏波信号相关，所以如果其中一个动脉被闭塞，那么这两个信号不应当彼此同步。

此外，如果因为套囊压力处于放气阶段因此感兴趣动脉重新开放，那么通过使用第一多普勒超声换能器探测到的第一多普勒超声信号应当与通过使用第二多普勒超声换能器探测到的第二多普勒超声信号恢复同步，因为它们与动脉血流的相同脉搏波信号相关。

至于如何导出指示第一多普勒超声信号与第二多普勒超声信号之间的同步程度的第三信号，本领域技术人员会很容易想到可以使用许多信号处理技术。例如，可以使用互协方差属性，因为其是同步性良好指标，并且其能够从声音域直接简单地计算出，由此使得其能够被实时获得。当然，也可以使用其他的参数或特征，只要它们指示同步程度。

设备20还包括用于输出第四信号以指示在第三信号满足预定条件的时刻感兴趣动脉被闭合或被重新开放的接口22。

在本发明的实施例中，根据第一多普勒超声信号与第二多普勒超声信号之间的互协方差属性导出第三信号。

在这一实施例中，本发明的方法采用互协方差属性，其是同步程度的良好指标。来自第一超声换能器的信号与来自第二超声换能器的信号密切相关，直到实测动脉被套囊压力完全闭塞。相应地，由于套囊的压力改变，两个信号之间失去相关属性以及相关属性恢复到高程度分别表示感兴趣动脉的状态从开放切换到到闭合以及从闭合切换到重新开放的时刻。

因此，根据本实施例，简单的互协方差计算直接在多普勒音频信号上被处理并且其能够简单地在声音域中而不是频域中被计算。处理时间被加快从而满足了实时要求。

当然，为了确定同步程度，可以将除了互协方差属性以外的特性或者方法用于实施本发明的基本思想。然而，如上所述，与互协方差属性方法相比，其他确定同步程度的方法可能涉及频域中复杂的计算并且与实时处理相比可能丢失一些性能。

在本发明的另一实施例中，根据第一超声信号与第二超声信号之间的互协方差属性导出的第三信号可以包括第一超声信号与第二超声信号的互协方差系数和第一超声信号与第二超声信号的滞后值中的至少一个。

在实施例中，首先逐渐增大套囊压力以闭塞感兴趣动脉，从而输出第四信号以指示感兴趣动脉闭合，在输出第四信号以指示感兴趣动脉闭合之后，套囊被进一步充气至超过充气SBP20mmHg-30mmHg，之后逐渐放气，从而输出第四信号以指示感兴趣动脉的重新开放状态。

在这一实施例中，在充气阶段期间，套囊压力逐渐增大并且通过使用两个换能器探测到两个超声信号。根据这两个超声信号中导出第一超声信号与第二超声信号的互协方差系数或第一超声信号与第二超声信号的滞后值，或者可以导出两者。

在试验性分析之后，发明人发现，如果在特点时间窗口中，互协方差系数小于先前值的平均值的20％，或者如果abs(Lc-Lp)>w*Lp(其中，Lc是当前时间窗口中的滞后，Lp是先前采集的滞后平均值，w是异步容限的可调节系数)，这可以指示在感兴趣动脉的状态从开放切换到闭合的时刻两个超声信号失去了高度相关属性。

在实施例中，将w选为0.2。因为异步容限涉及动脉之间的实测距离，并且两个动脉之间的距离越长，血流速度变化的风险概率越高，所以容限是与距离成比例的Lp的比率。通常，此处使用的w是0.2，以成功地得到动脉状态的区分指标。

相应地，恰在这个被确定的时刻之前测量的套囊压力可以被确定为充气SBP。换言之，实测的充气SBP反映了充气过程中在动脉完全被闭塞之前最后的多普勒声音。

在这一实施例中，如本领域技术人员会容易理解的，在确定充气SBP之后，为了完全阻滞血流，套囊压力被进一步增大至充气SBP以下20mmHg-30mmHg，以进行放气SBP测量。

随后，在放气阶段期间，应该根据两个超声信号导出第三信号，所述第三信号既包括第一超声信号与第二超声信号的互协方差系数又包括第一超声信号与第二超声信号的滞后值，以避免错误的确定。

发明人已发现，如果互协方差系数都大于先前值的平均值的20％，并且abs(Lc-Lp)<w*Lp，这可以指示在感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻，两个超声信号正恢复到重新拥有高度相关属性。在这个实施例中，也可以将w选择为0.2。

相应地，在那一时刻实测的套囊压力可以被确定为放气SBP。

此外，同步探测第一超声信号和第二超声信号，即应当同时启用双换能器的操作，使得来自双换能器的信号应当彼此同步。因为两个血流是从同一个来源(即患者的心脏)搏动出的，所以这种同步性对于患有心律失常或者心律易受干扰的患者保持稳定可靠。

图3示出了在两个受试者上进行的本发明的试验性验证。

图3a和3b分别给出了当本发明用于测量充气SBP和放气SBP时在两个受试者上进行的试验性验证的结果。在这些图中，(1)是套囊压力信号，(2)和(3)是分别来自两个换能器的音频信号，(4)和(5)分别是(2)和(3)之间的互协方差和滞后随时间变化的曲线。(1)～(5)的单位是mmHg、电压、电压、无单位以及秒。

感兴趣动脉的闭合状态阶段能够由互协方差系数曲线中相关系数小于可接受方差值(其为在该试验中采用的特点时间窗口中的线前值的平均值的20％)的部分或者由滞后曲线中滞后严重变化的部分明显地识别。根据这些部分的开始和结束时间，充气和放气阶段的SBP值能够相应地根据套囊压力曲线被测量。

图3a中的互协方差曲线具有有着低相关属性状态的明显平坦的部分，并且其滞后曲线具有有着低同步状态的明显不稳定的部分。与第二换能器信号低相关或者异步指示第一换能器下面的动脉的关闭状态，因为第二换能器下面的动脉从头至尾是开放的。

例如，参考图3a中的(4)，恰在T1之后的时刻表示动脉的状态从开放变化为闭合的时刻，因为那个时刻的相关系数小于可接受的方差值，即先前值的平均值的20％。此外，T2表示动脉的状态从闭合变化为重新开放的时刻，因为相关系数反弹至高于先前值的平均值的20％。

因此，根据标准多普勒超声血流测量，会在时刻T1处测量充气SBP，该时刻是恰在所确定的开放到闭合切换时刻之前的最后时刻，并且会在时刻T2处测量放气SBP。

可以在第二受试者上重复该现象，如图3b中所示，尽管声音功率比第一受试者的声音功率更小，声音的周期比第一受试者的声音周期更不规则。因此，尽管存在由设备或患者本身造成的随时间变化的周期以及低信噪比，但是用于决定动脉状态的基于互协方差的特征仍然稳定。

图4是根据本发明实施例的确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法的流程图。

如图4所示，根据本发明的方法40包括使用第一多普勒超声换能器探测来自感兴趣动脉中的血流的第一多普勒超声信号的探测步骤41，所述第一多普勒超声换能器被置于佩戴套囊的一个肢体中的感兴趣动脉上，所述套囊能够被充气或者放气以向感兴趣动脉提供变化的压力。

该方法还包括使用第二多普勒超声换能器探测来自参考动脉中的血流的第二多普勒超声信号的探测步骤42。该参考动脉可以在其他三个肢体的任何一个中。

该方法还包括根据第一多普勒超声信号和第二多普勒超声信号导出第三信号的推导步骤43，所述第三信号指示第一多普勒超声信号与第二多普勒超声信号之间的同步程度。步骤43的功能能够由图2中设备20的处理器21执行。

该方法还包括用于输出第四信号以指示在第三信号满足预定条件的时刻感兴趣动脉被闭合或被重新开放的输出步骤44。步骤44的功能能够由图2中设备20的接口22执行。

图5是根据本发明实施例的方法的详细流程图。将分别结合图5a-5c详细描述初始化、充气和放气这三个不同的阶段。

图5a是该方法初始化阶段的流程图。如图所示，该方法的初始化阶段包括四个步骤：

S501：检查双换能器和本发明的设备是否正常运行以及是否正确连接在一起；

S502：根据ABI测量的指导提供围绕在一个肢体上的套囊，并且将一个换能器置于这个肢体的感兴趣动脉之上，并且提供另一个换能器以感测在其他三个肢体的任何一个中的无干扰动脉(参考动脉)中的血流；

S503：为了确保双换能器被良好定位，等待几次心跳直到接收到稳定有节律的多普勒音频信号；以及

S504：同时启用双通道数据采集，以通过使用两个换能器同时读出分别来自感兴趣动脉和参考动脉中的血流的两个多普勒超声信号。

图5b是使用基于互协方差的特征确定感兴趣动脉的状态从开放切换到闭合的时刻的流程图。如图所示，在这种方法中，确定感兴趣动脉的状态从开放切换到闭合的时刻的充气阶段包括以下步骤：

S505：以适当速率在套囊中逐渐充气加压；

S506：设置具有恒定长度的滑动时间窗口。该长度应当比一次心脏跳动的时间长，以在时间窗口中提供至少一次脉动。考虑到实时和精度要求，该长度也不应当太长。假设时间窗口中样本的数量为N，其是由时间窗口的长度和数据采集采样速率确定的。

S507：在每个通道中的当前时间窗口中载入N个样本之后，在2N-1长度的矢量中的两个通道信号的互协方差序列被计算为滞后指数的函数；

S508：找到互协方差序列中的最大值作为当前时刻的相关系数和对应的滞后指数。当前相关系数和滞后构成了当前特征。该特征将被记录在存储器中，并且由于时间窗口的滑动，在当前时刻被下一时刻取代时不会被遗忘。相应地，该特征实际上是随时间增大长度的矩阵。

S509：如果当前的相关系数小于先前记忆的系数的平均值的20％或者滞后朝大值方向变化，那么该过程进入下一个步骤。同时，特征矩阵的增长停止。否则，将窗口滑动到下一个时刻(图5b中的步骤S)并回到步骤S507；以及

S510：确定感兴趣动脉的状态从开放切换到闭合的当前时刻。

此外，如果还要确定感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻，那么可以执行以下步骤：将恰在上文确定的当前时刻前的时刻映射到套囊压力，将映射的压力称为充气SBP，并且继续充气使压力达到充气SBP以上20mmHg～30mmHg以完全阻滞血流。

图5c是用于使用基于互协方差的特征确定感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻的流程图。如图所示，在这个方法中，确定感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻的放气阶段包括以下步骤：

S511：因为放气的开始时刻是可获得的，所以时间窗口快速跳到开始确定感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻的对应时刻；

S512：以与步骤S508中提到的相同方式计算特征；

S513：如果两个当前特征都恢复到与已经在充气阶段记忆的特征矩阵相同的水平，该过程进入下一个步骤。否则，将窗口滑到下一个时刻(图5c中的步骤S)并回到步骤S512，这描述了循环；

S514：尽管当前特征通过步骤S513的检查，从稳定性的角度考虑，后续的特征仍然应当被验证。因此，仅将当前时间视为可疑的对象；

S515：继续观察三个连续的时间窗口或者更多的时间并逐项计算特征；

S516：如果从先前的步骤中获得的特征中没有一个显示剧烈的波动，该过程进入到最后的步骤。否则，使窗口滑动一个单位的长度(图5c中步骤S)并返回步骤S512；以及

S517：在通过级联检查后确定当前时刻，即感兴趣动脉的状态从闭合切换到重新开放的时刻。

此外，如果用于确定动脉状态切换时刻的本发明的方法被用于确定血压，在如上所述确定的时刻处探测到的套囊压力可以被视为放气SBP。如上所述，出于相同的原因，不管受试用户的详细状况如何，使用本方法确定的SBP能够更稳定、可靠。

应认识到，本领域技术人员可以很容易地想到第二换能器的其他位置选择，使得能够在皮肤表面容易地采集不间断的多普勒信号作为参考信号，例如图1中的位置B1～B4。

B1和B3是下肢两侧上的足背动脉(DPA)。B2和B4是下肢两侧上的胫后动脉(PTA)。已知在图1中示出的两个换能器12、13和B1～B4的位置处的所有的六个动脉应当通过执行ABI测量来被测量，从而自动的ABI测量需要六个多普勒换能器以感测通过这些动脉中的血流。在本发明中，尽管双换能器对于单肢SBP测量是必要的，但是通过替代地使用六个换能器能够避免额外的费用。例如，如果操作者试图在左下肢上测量PAT或者DPA的SBP值，那么能够从图1中的12、13、B3和B4处的换能器中的任何一个收集参考声音。能够对规则作如下总结：如果套囊被置于一个肢体上，那么参考声音来自其他三个肢体上的任一换能器。

此外，如本领域技术人员容易理解的，用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的上述方法和设备能够用于包括根据本发明的设备20、两个多普勒超声换能器12和13的系统中，第一多普勒超声换能器12置于被提供有套囊的一个肢体中的感兴趣动脉上，第二多普勒超声换能器13置于其他三个肢体的任何一个中的参考动脉上而不受套囊的影响。

此外，如上所述，本发明的方法可以用于SBP测量中，但不限于此。因为动脉的状态切换时刻在血流测量中非常重要，所以其还可以用于一些其他目的。

应当指出，上述实施例说明而非限制本发明，本领域的技术人员将能够设计备选实施例而不脱离权利要求书的范围。在权利要求中，置于括号中的任何附图标记都不得被解释为对权利要求的限制。“包括”一词不排除存在权利要求或说明书中未列出的元件或步骤。元件前面的量词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在枚举了若干单元的系统权利要求中，能够由同一件软件和/或硬件实现这些单元中的若干。第一、第二和第三等词的使用不指示任何排序。这些词应被解释为名称。

Claims (13)

1.一种确定感兴趣动脉在变化的压力下从开放切换到闭合或从闭合切换到开放的时刻的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

使用第一多普勒超声换能器探测来自所述感兴趣动脉中的血流的第一多普勒超声信号，所述第一多普勒超声换能器置于佩戴套囊的一个肢体中的所述感兴趣动脉上，所述套囊能够被充气或放气，以向所述感兴趣动脉提供所述变化的压力；

使用第二多普勒超声换能器探测来自参考动脉中的血流的第二多普勒超声信号，所述第二多普勒超声换能器置于在其他三个肢体的任一个中的参考动脉上；

根据所述第一多普勒超声信号和所述第二多普勒超声信号导出第三信号，所述第三信号指示所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号之间的同步程度；并且

输出第四信号以指示在所述第三信号满足预定义条件的时刻，所述感兴趣动脉被闭合或被重新开放。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第三信号是根据所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号之间的互协方差属性导出的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述第三信号包括如下项中的至少一个：所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的互协方差系数以及所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

如果所述互协方差系数小于先前值的平均值的20％或abs(Lc-Lp)>w*Lp，则所述第三信号满足所述预定义条件，其中，Lc是当前时间窗口中的所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值，Lp是先前采集的滞后值的平均值，且w是异步容限的可调节系数，并且

输出的所述步骤包括输出第四信号以指示所述感兴趣动脉在所述第三信号满足所述预定义条件的时刻被闭合。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述第三信号包括所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的互协方差系数以及所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值，并且

如果所述互协方差系数高于先前值的平均值的20％且abs(Lc-Lp)<w*Lp，则所述第三信号满足所述预定义条件，其中，Lc是当前时间窗口中的所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值，Lp是先前采集的滞后值的平均值，且w是异步容限的可调节系数，并且

所述输出步骤包括输出第四信号以指示在所述第三信号满足所述预定义条件的时刻，所述感兴趣动脉被重新开放。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述套囊的压力首先被逐渐增大以封闭所述感兴趣动脉，从而输出所述第四信号以指示所述感兴趣动脉的闭合，并且

在输出所述第四信号以指示所述感兴趣动脉的闭合之后，所述套囊被进一步充气至充气收缩压以上20mmHg-30mmHg，之后逐渐被放气，从而输出所述第四信号以指示所述感兴趣动脉的重新开放。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一多普勒超声信号和所述第二多普勒超声信号是同步被探测的。

8.根据权利要求4或5所述的方法，其中，w为0.2。

9.一种用于确定感兴趣动脉在变化的压力下从开放切换到闭合或从闭合切换到开放的时刻的设备，其特征在于，所述设备包括：

第一多普勒超声换能器，其适于探测来自所述感兴趣动脉中的血流的第一多普勒超声信号，所述第一多普勒超声换能器置于佩戴套囊的一个肢体中的所述感兴趣动脉上，所述套囊能够被充气或放气，以向所述感兴趣动脉提供所述变化的压力；

第二多普勒超声换能器，其适于探测来自参考动脉中的血流的第二多普勒超声信号，所述第二多普勒超声换能器置于在其他三个肢体的任一个中的参考动脉上；

处理器，其适于根据所述第一多普勒超声信号和所述第二多普勒超声信号导出第三信号，所述第三信号指示所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号之间的同步程度；以及

接口，其适于输出第四信号以指示在所述第三信号满足预定义条件的时刻，所述感兴趣动脉被闭合或被重新开放。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述处理器适于：

根据所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号之间的互协方差属性导出所述第三信号。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，

所述第三信号包括如下项中的至少一个：所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的互协方差系数以及所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，

如果所述互协方差系数小于先前值的平均值的20％或abs(Lc-Lp)>w*Lp，则所述第三信号满足所述预定义条件，其中，Lc是当前时间窗口中的所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值，Lp是先前采集的滞后值的平均值，且w是异步容限的可调节系数，并且

所述接口输出第四信号以指示在所述第三信号满足所述预定义条件的时刻，所述感兴趣动脉被闭合。

13.根据权利要求10所述的设备，其中，

所述第三信号包括所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的互协方差系数以及所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值，并且

如果所述互协方差系数高于先前值的平均值的20％且abs(Lc-Lp)<w*Lp，则所述第三信号满足所述预定义条件，其中，Lc是当前时间窗口中的所述第一多普勒超声信号与所述第二多普勒超声信号的滞后值，Lp是先前采集的滞后值的平均值，且w是异步容限的可调节系数，并且

所述接口输出第四信号以指示在所述第三信号满足所述预定义条件的时刻，所述感兴趣动脉被重新开放。