CN104523260A - 一种微循环血流速度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微循环血流速度测量装置和方法，该装置包括：中央控制单元、生理信息采集单元、信号调理单元、显示单元；所述生理信息采集单元与所述信号调理单元通信连接；所述生理信息采集单元采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号传输至所述信号调理电路，信号调理电路对采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理后，传输至所述中央控制单元，所述中央控制单元将调理处理后的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后计算得到动脉及微血管中的血流速度，中央控制单元根据计算得到的血流速度向显示单元传输信号提示用户。

Description

一种微循环血流速度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种微循环血流速度测量装置及方法埋，属于医疗保险器械技术领域。

背景技术

目前，微循环是指微动脉和微静脉之间的血液循环。微循环的基本功能是进行血液和组织液之间的物质交换。正常情况下，微循环的血流量与组织器官、组织细胞的代谢水平相适应，保证各组织器官的血液灌流量并调节回心血量。

如果微循环发生障碍，将会直接影响各器官的生理功能。微循环障碍如果发生在神经系统，就会使脑细胞供血、供氧不足，引起头痛头晕、失眠多梦、记忆不好甚至中风；微循环障碍如果发生在心血管系统，使心脏细胞营养不足，就会发生胸闷、心慌、心律不齐、心绞痛甚至心肌梗塞；微循环障碍如果发生在呼吸系统，就会气短、憋闷、咳嗽、哮喘、重者呼吸骤停；微循环障碍如果发生在消化系统，会使胃肠功能减弱、紊乱，引起胃肠道疾病。其他脏器、肌肉和骨骼、关节等，都可能出现微循环障碍而发生病症。

微循环障碍直接影响着延年益寿。随着年龄的增长，微循环功能会逐渐下降，据测定，50～59岁时最为突出，70岁以后下降速度相对减缓。生理上的退行性变化，造成一定程度上的病理改变，使血管的灌流不足，促使其功能障碍加重，最终导致人体衰老的急剧来临。因此，人到老年，要特别注意加强自我保健，改善微循环，以利益寿。

目前临床上应用较广的微循环判断方法为：

一、灌注血管密度(PVD)评测法：该方法评价毛细血管功能，其可以通过血管密度(vessels density，VD)乘以灌注血管比例 (proport ion of perfused vessels，PPV)计算而来(PVD＝VD×PPV)。其中，PPV＝[血管总数－(间断灌注血管数+灌注缺失血管数)]/血管总数×100％。

此方法具有较高的可重复性，优点在于涉及多种变量，通过对图像中的方格内交叉的毛细血管的计数及毛细血管总长度的测量，可较好地得到毛细血管密度。不足之处是没有考虑到血流中的红细胞流速；随着图像的放大，水平线和垂直线会随之发生改变，从而对图像与数据的采集产生影响，此外在后期数据处理时，放大图像与原始图像可能会存在差异。

二、微血管血流指数评分:微血管血流指数(microvascualr flow index，MFI)评分是指，将镜下视野(20μm×20μm)分为四个象限，可根据血流的主要类型分为:血流缺失(0级)、血流间断(1级)、血流缓慢(2级)，正常血流(3级)。此评分可重复性高，易于测量，并且考虑到了评价连续慢血流的情况。该方法的缺点在于缺少评价功能性毛细血管密度的相关信息，无法对灌注不足的微血管进行准确检测。此外，该方法对微血管的检测为按序进行，每个评分等级的划分并不明确，难于定量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中不能准确检测微循环血流速度的问题。

为实现上述的发明目的，本发明提供了一种微循环血流速度测量装置，包括：

中央控制单元、生理信息采集单元、信号调理单元、显示单元；

所述显示单元与所述生理信息采集单元分别与所述中央控制单元通信连接；所述生理信息采集单元与所述信号调理单元通信连接；

所述生理信息采集单元采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号传输至所述信号调理电路，信号调理电路对 采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理后，传输至所述中央控制单元，所述中央控制单元将调理处理后的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后计算得到动脉及微血管中的血流速度，中央控制单元根据计算得到的血流速度向显示单元传输信号提示用户。

其中较优地，所述生理信息采集单元包括心电传感器、指夹式血氧传感器、反射式光电传感器；

所述心电传感器用于采集用户的单导联心电信号；

所述指夹式血氧传感器用于采集用户指端容积脉搏信号；

所述反射式光电传感器用于采集用户腕部反射脉搏波信号。

其中较优地，所述心电传感器包括接触式贴片心电电极。

其中较优地，指夹式血氧传感器包括投射式红外光光电对管。 

其中较优地，还包括腕带和壳体，所述腕带连接在所述壳体两端，所述中央控制单元、信所述号调理单元设置于所述壳体内，所述心电传感器、上述指夹式血氧传感器通过所述壳体上的接口与所述中央控制单元连接；所述显示单元嵌入所述壳体远离手腕的一面；所述反射式光电传感器设置与所述壳体靠近手腕一面。

其中较优地，所述中央控制器采用MSP4305529控制器。

其中较优地，还包括通信模块，所述通信模块与所述中央控制单元连接，所述中央控制单元根据计算得到的血流速度传输至上位机。

其中较优地，所述动脉及微血管中的血流速度是所述中央控制单元通过微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得计算到的。

本法发明还提供一种微循环血流速度测量方法，包括如下步骤：

大量获取人体生理参数，根据获得的人体生理参数和采用回归算法建立不同微循环状态统计模型；

采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号；

对采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理；

计算心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3；

根据心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3计算得到微循环血流传导系数；

根据微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得到微循环血流状况的统计数据。

其中较优地，所述微循环血流传导系数是按下式计算的：

K＝T1×T2/T3

其中，K表示微循环血流传导系数，T1表示心电信号与指端容积脉搏波传导时间差，T2表示指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差，T3表示心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差。

本发明提供的微循环血流速度测量装置及方法，通过采集分析用户的实时心电、指端及腕部脉搏波信号，计算各路信号时间差，从而得到微循环血流速度，最终给予用户实时显示微循环血流参数。因此，本发明并实现对用户生理信息的实时采集与传输。本发明可嵌入于穿戴设备或病房监护设备中，用于对微循环血流速度进行实时检测并显示。

附图说明

图1是本发明微循环血流速度测量装置系统结构示意图；

图2是本发明微循环血流速度测量装置整体效果图；

图3是本发明微循环血流速度测量装置的显示装置示意图；

图4是本发明微循环血流速度测量装置的反射式光电传感器安装示意图；

图5是本发明指夹式血氧传感器示意图；

图6是本发明纽扣式心电传感器示意图；

图7是本发明心电、指端容积脉搏波、腕部反射脉搏波时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种微循环血流速度测量装置，包括：中央控制单元、生理信息采集单元、信号调理单元、显示单元；显示单元与生理信息采集单元分别与中央控制单元通信连接；生理信息采集单元与信号调理单元通信连接；生理信息采集单元采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号传输至信号调理电路，信号调理单元对采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理后，传输至中央控制单元，中央控制单元将调理处理后的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后计算得到动脉及微血管中的血流速度，中央控制单元根据计算得到的血流速度向显示单元传输信号提示用户。下面对本发明提供的微循环血流速度测量装置展开详细的说明。

在本发明中，生理信息采集单元包括心电传感器、指夹式血氧传感器、反射式光电传感器；心电传感器用于采集用户的单导联心电信号；指夹式血氧传感器用于采集用户指端容积脉搏信号；反射式光电传感器用于采集用户腕部反射脉搏波信号。

在本发明中，信号调理单元包括信号调理电路：信号调理电路采用生物电放大器提高共模抑制比，对生理信号进行采集。并内置低通滤波器及50Hz陷波器进行滤波。此外，对处理后的心电及脉搏波信号进行放大。

本发明的一个实施例中，本微循环血流速度测量装置可以被制成一种可穿戴的腕表形式，如图2所示，该可穿戴的微循环血流速度测 量装置包括腕带11和壳体1，腕带11连接在壳体1两端，中央控制单元、信号调理单元设置于壳体内，心电传感器5、指夹式血氧传感器4通过壳体1上的接口2与中央控制单元连接；如图3所示，显示单元6嵌入壳体远离手腕的一面；反射式光电传感器3设置与壳体靠近手腕一面。

在本发明中，中央控制器优选采用MSP4305529控制器，如图2、图4-图6所示，心电传感器5包括两片接触式贴片心电电极，贴片心电电极是纽扣式心电传感器，内嵌处理电路。指夹式血氧传感器4包括投射式红外光光电对管。反射式光电传感器3包括两个发射管一个接收管，用于检测腕部微循环脉搏波。本微循环血流速度测量装置还包括按键，该按键用于对设备进行开关及模式调节。如图1所示，本本微循环血流速度测量装置还包括电源模块，电源模块用于向中央控制单元、生理信息采集单元、信号调理单元、显示单元供电。在本发明中，中央控制单元将调理处理后的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后计算得到动脉及微血管中的血流速度时，优选根据微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得到微循环血流状况的统计数据。

本发明的一个实施例中，本微循环血流速度测量装置还包括通信模块，通信模块与中央控制单元连接，中央控制单元根据计算得到的血流速度传输至上位机。通信模块优选包括蓝牙模块，当然可以理解，本发明不仅限于此，其他具有无线传输的通信模块仍然可以实现本发明(例如，WIFI、GPRS等)。在本发明中，蓝牙模块可实现蓝牙4.0实时传输采集的心电、指端容积脉搏波及腕部反射脉搏波信号。接收端上位机为计算机或手机，可实现由计算机或手机控制进行信号采集与传输，并可实时采集数据保存至计算机或手机以便后续疾病诊断与研究。在非蓝牙通信模式，将由设备控制器实现计算显示功能。

为进一步体现本微循环血流速度测量装置的优越性，本发明还提供一种应用上述装置的一种微循环血流速度测量方法，该方法包括如 下步骤：大量获取人体生理参数，根据获得的人体生理参数和采用回归算法建立不同微循环状态统计模型；采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号；对采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理；计算心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3；根据心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3计算得到微循环血流传导系数；根据微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得到动脉及微血管中的血流速度。下面对本发明提供的微循环血流速度测量装置展开详细的说明。

如图7所示，本发明中不同微循环状态统计模型可以通过如下方式建立：通过进行大量人体生理实验，实时监测三路生理信号(采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号)，以临床方法灌注血管密度(PVD)为测量标准，同时采集不同样本人群(20-30岁人群、35-45岁人群及临床微循环状态不佳的病患各50人)的三个时间差(心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3)。计算每个人的心电与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏波与腕部反射脉搏波时间差T2及心电与腕部反射脉搏波时间差T3。采用以上每个人的三个时间差为特征变量，采用回归算法建立不同微循环状态的统计模型。

本发明中，微循环血流传导系数是通过以下方式计算得到的：

K＝T1×T2/T3

其中，K表示微循环血流传导系数，T1表示当前被检测人员的心电信号与指端容积脉搏波传导时间差，T2表示当前被检测人员的指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差，T3表示当前被检 测人员的心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差。

本发明通过上述微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得到动脉及微血管中的血流速度。

综上，本发明提供的微循环血流速度测量装置及方法，通过采集分析用户的实时心电、指端及腕部脉搏波信号，计算各路信号时间差，从而得到微循环血流速度，最终给予用户实时显示微循环血流参数，此外，该设备蓝牙通信功能，可将采集的生理信息及分析结果通过蓝牙发送至计算机与移动设备。因此，本发明并实现对用户生理信息的实时采集与传输。本发明可嵌入于穿戴设备或病房监护设备中，用于对微循环血流速度进行实时检测。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种微循环血流速度测量装置，其特征在于，包括：

中央控制单元、生理信息采集单元、信号调理单元、显示单元；

所述显示单元与所述生理信息采集单元分别与所述中央控制单元通信连接；所述生理信息采集单元与所述信号调理单元通信连接；

所述生理信息采集单元采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号传输至所述信号调理电路，信号调理电路对采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理后，传输至所述中央控制单元，所述中央控制单元将调理处理后的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后计算得到动脉及微血管中的血流速度，中央控制单元根据计算得到的血流速度向显示单元传输信号提示用户。

2.如权利要求1所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，

所述生理信息采集单元包括心电传感器、指夹式血氧传感器、反射式光电传感器；

所述心电传感器用于采集用户的单导联心电信号；

所述指夹式血氧传感器用于采集用户指端容积脉搏信号；

所述反射式光电传感器用于采集用户腕部反射脉搏波信号。

3.如权利要求2所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，所述心电传感器包括接触式贴片心电电极。

4.如权利要求2所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，指夹式血氧传感器包括投射式红外光光电对管。

5.如权利要求2所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，还包括腕带和壳体，所述腕带连接在所述壳体两端，所述中央控制单元、信所述号调理单元设置于所述壳体内，所述心电传感器、所述指夹式血氧传感器通过所述壳体上的接口与所述中央控制单元连接；所述显示单元嵌入所述壳体远离手腕的一面；所述反射式光电传感器设置与所述壳体靠近手腕一面。

6.如权利要求1所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，所述中央控制器采用MSP4305529控制器。

7.如权利要求1所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块与所述中央控制单元连接，所述中央控制单元根据计算得到的血流速度传输至上位机。

8.如权利要求1所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，所述动脉及微血管中的血流速度是所述中央控制单元通过微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得计算到的。

9.一种微循环血流速度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

大量获取人体生理参数，根据获得的人体生理参数和采用回归算法建立不同微循环状态统计模型；

采集用户的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号；

对采集到的心电信号、指端容积脉搏信号、腕部反射脉搏波信号后进行调理处理；

计算心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3；

根据心电信号与指端容积脉搏波传导时间差T1、指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差T2、心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差T3计算得到微循环血流传导系数；

根据微循环血流传导系数和所述不同微循环状态统计模型得到动脉及微血管中的血流速度。

10.如权利要求9所述的微循环血流速度测量装置，其特征在于，所述微循环血流传导系数是按下式计算的：

K＝T1×T2/T3

其中，K表示微循环血流传导系数，T1表示心电信号与指端容积脉搏波传导时间差，T2表示指端容积脉搏信号与腕部反射脉搏波信号的时间差，T3表示心电信号腕部反射脉搏波信号的时间差。