CN105147259A - 一种多节段大动脉僵硬度测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多节段大动脉僵硬度的测试系统和方法，包括测量系统、光电脉搏传感器、信号调理装置、信号显示装置；所述的测量系统用来测量两动脉搏的最强博动点之间的体表距离；所述的光电脉搏传感器包括PPG发射光源、光敏接收器件及恒流源控制电路；所述的信号调理装置由集成仪器放大器、低通滤波器、A/D转换器、单片机构成。本发明可用于人体主要浅表大动脉包括颈总-股动脉、颈总-桡动脉、股-足背动脉光电容积脉搏波信号的无创采集，实现主动脉、上肢和下肢动脉脉搏波速度的快速检测，从而更准确更直接反映主动脉和上下肢动脉的僵硬度情况，评估心脑血管疾病的风险，有助于心脑血管疾病的早期发现及预防。

Description

一种多节段大动脉僵硬度测试系统和方法

技术领域

本发明公开了一种基于光电容积脉搏波信号多节段大动脉僵硬度的测试系统和方法，涉及心血管医学领域。

背景技术

人口的老龄化使得心脑血管疾病成为人群主要的健康危害之一，而以动脉粥样硬化为典型特征的动脉血管结构与功能病变是心肌梗死、脑卒中等心脑血管疾病的共同病理学基础。动脉粥样硬化具有隐匿性和长期性的病程推进特点，因此早期检测发现动脉血管的功能和结构的病变，采取积极的和有针对性的干预措施，才可以延缓动脉粥样硬化的进程，有效地降低心脑血管疾病的发病率、致残率和死亡率。

每一个心动周期，心脏收缩和舒张引起血压的升、降产生的脉动以及动脉血管壁相应的舒缩产生的震荡沿着动脉管道向前传播，其传导速度即为动脉脉搏波速度(PWV)。PWV越快，提示动脉的顺应性越差，僵硬度越高。PWV是评价动脉僵硬度的可靠指标，PWV增高已被证实是心脑血管疾病的独立危险因子之一。颈股动脉脉搏波传导速度(carotidfemoralpulsewavevelocity，cfPWV)是评价主动脉硬度的经典指标。研究表明cfPWV每增快1m/s，心血管事件风险增加7％，cfPWV＞12m/s是高血压亚临床靶器官损害的指标。

目前，在心血管医学领域中应用中的动脉僵硬度检测多基于压力法或者震荡法获得脉搏波信号，其中压力法受到操作者人为因素的影响比较大，而震荡法则存在依据身高估算血管长度的误差问题，因此，以上两种测试方法都可能造成一定程度的测量误差。而光电容积脉搏描记法(PPG)目前仅局限于利用透射方式获得肢体末端(如手指、脚趾)的容积脉搏信号，该方法尚未应用于颈动脉、股动脉等浅表大动脉的脉搏信号的采集。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种操作简单、受试者舒适的快速获取脉搏波波形以进一步获得脉搏波速度的测量系统和方法。该系统和方法可以分别记录颈-股动脉脉搏波速度(cfPWV，反映主动脉僵硬度)、颈-桡动脉脉搏波速度(crPWV，反映上肢动脉僵硬度)和股-足背动脉脉搏波速度(fdPWV，反映下肢动脉僵硬度)，从而准确地评估不同节段大动脉的功能状态，对早期心血管病的筛查和诊断提供可靠的指标依据。

为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种多节段大动脉僵硬度测试系统，包括测量系统、光电脉搏传感器、信号调理装置、信号显示装置；所述的测量系统用来测量两动脉搏的最强博动点之间的体表距离；所述的光电脉搏传感器包括PPG发射光源、光敏接收器件及恒流源控制电路；所述的信号调理装置由集成仪器放大器、低通滤波器、A/D转换器、单片机构成。

优选地，所述的信号显示装置由计算机构成，所述的测量系统为摄像测量系统。

优选地，所述的PPG发射光源为波长范围在960～1064nm的光发射二极管。

一种多节段大动脉僵硬度测试方法，包括以下步骤：

S1：分别标记颈动脉、股动脉、桡动脉、足背动脉的最强博动点为c点、f点、r点、d点，并分别放置光电脉搏传感器；

S2：通过测量系统获取c-f或c-r或f-d之间的体表距离L_c-f，L_c-r，L_f-d，并输入计算机；

S3：开启c和f处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和股动脉处的稳定波形；波形分析质量合格后，开启c和r处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和桡动脉处的稳定波形；波形分析合格后，开启f和d处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和桡动脉处的稳定波形，直到波形分析，质量合格为止；

S4：利用波形特征点分别计算c-f、c-r和f-d动脉脉搏波传导的时间延迟T，记为T_c-f，T_c-r，T_f-d；

S5：根据公式PWV＝L/T分别计算颈-股动脉脉搏波速度、颈-桡动脉脉搏波速度和股-足背动脉脉搏波速度；

S6：通过信号显示装置进行结果显示和存储。

本发明的有益效果在于：本发明首次利用位于浅表大动脉处采集到的光电脉搏波信号，提出了一种操作简单、受试者舒适的快速获取脉搏波波形以进一步获得脉搏波速度的方法。利用光电容积描记图在沿浅表大动脉多个不同的位置(颈股、颈桡、股足背动脉波动处)检测，可以同步记录同一心动周期的不同节段动脉(颈股动脉、颈桡、股足背动脉)脉搏波波形图，从而准确地评估不同节段大动脉的功能状态，对早期心血管病的筛查和诊断提供可靠的指标依据。

附图说明

图1为基于光电容积脉搏波信号的脉搏波速度测试示意图；

图2为本发明的工作流程图。

附图标记中：1-测量系统，2-光电脉搏传感器，3-计算机

具体实施方式

一种多节段大动脉僵硬度测试系统，包括测量系统1、光电脉搏传感器2、信号调理装置、信号显示装置；所述的测量系统1用来测量两动脉搏的最强博动点之间的体表距离；所述的光电脉搏传感器2包括PPG发射光源、光敏接收器件及恒流源控制电路；所述的信号调理装置由集成仪器放大器、低通滤波器、A/D转换器、单片机构成。

所述的信号显示装置由计算机3构成。所述的测量系统1为摄像测量系统。

所述的PPG发射光源为波长范围在960～1064nm的光发射二极管。

一种多节段大动脉僵硬度测试方法，包括以下步骤：

S1：分别标记颈动脉、股动脉、桡动脉、足背动脉的最强博动点为c点、f点、r点、d点，并分别放置光电脉搏传感器；

S2：通过测量系统获取c-f或c-r或f-d之间的体表距离L_c-f，L_c-r，L_f-d，并输入计算机；

S3：开启c和f处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和股动脉处的稳定波形；波形分析质量合格后，开启c和r处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和桡动脉处的稳定波形；波形分析合格后，开启f和d处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和桡动脉处的稳定波形，直到波形分析，质量合格为止；

S4：利用波形特征点分别计算c-f、c-r和f-d动脉脉搏波传导的时间延迟T，记为T_c-f，T_c-r，T_f-d；

S5：根据公式PWV＝L/T分别计算颈-股动脉脉搏波速度、颈-桡动脉脉搏波速度和股-足背动脉脉搏波速度；

S6：通过信号显示装置进行结果显示和存储。

本发明的工作原理如下：

PPG发射光源发出的的近红外光照射到颈动脉、桡动脉、股动脉、足背动脉所在皮肤表面，被组织吸收和衰减后由光敏接收器接收。由于皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而动脉搏动在血液循环过程中呈脉动性变化，它对光的吸收和衰减也呈周期脉动性的，于是光敏接收器输出信号的变化也就是周期性的。将此光强度变化信号转换成电信号，电信号再经放大、增益、滤波、A/D转换，经过计算(PWV＝L/T)后转换成脉搏波速度数据，该数据通过无线传输系统送入计算机中进行结果显示。

Claims (4)

1.一种多节段大动脉僵硬度测试系统，其特征在于：包括测量系统、光电脉搏传感器、信号调理装置、信号显示装置；所述的测量系统用来测量两动脉搏的最强博动点之间的体表距离；所述的光电脉搏传感器包括PPG发射光源、光敏接收器件及恒流源控制电路；所述的信号调理装置由集成仪器放大器、低通滤波器、A/D转换器、单片机构成。

2.根据权利要求1所述的多节段大动脉僵硬度测试系统，其特征在于：所述的信号显示装置由计算机构成，所述的测量系统为摄像测量系统。

3.根据权利要求1所述的多节段大动脉僵硬度测试系统，其特征在于：所述的PPG发射光源为波长范围在960～1064nm的光发射二极管。

4.一种多节段大动脉僵硬度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：分别标记颈动脉、股动脉、桡动脉、足背动脉的最强博动点为c点、f点、r点、d点，并分别放置光电脉搏传感器；

S2：通过测量系统获取c-f或c-r或f-d之间的体表距离L_c-f，L_c-r，L_f-d，并输入计算机；

S3：开启c和f处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和股动脉处的稳定波形；波形分析质量合格后，开启c和r处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和桡动脉处的稳定波形；波形分析合格后，开启f和d处的光电脉搏传感器，记录10s颈动脉和桡动脉处的稳定波形，直到波形分析，质量合格为止；

S4：利用波形特征点分别计算c-f、c-r和f-d动脉脉搏波传导的时间延迟T，记为T_c-f，T_c-r，T_f-d；

S5：根据公式PWV＝L/T分别计算颈-股动脉脉搏波速度、颈-桡动脉脉搏波速度和股-足背动脉脉搏波速度；

S6：通过信号显示装置进行结果显示和存储。