CN111631699A - 一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：包括血压血流相关性分析模块，用于分析受试者血压值和各支动脉血流动力学指数的相关性，确定血压目标值范围；血压血流传递函数分析模块，用于将脑血流速度信号和连续逐波血压信号进行传递函数分析，确定血压目标值范围；临界关闭压分析模块，用于将右侧大脑动脉血流速度和右侧桡动脉血压得到临界关闭压，得到最佳脑灌注压对应的血压目标值范围。该系统通过测量受试者的血压血流等相关参数，通过不同的分析过程计算得到血压目标值范围；为不同个体、不同病理状态下的人群建立测定个体化血压目标区，从而实现不同个体、不同病理状态下的血压个体化评估及调节。
Description
技术领域
本发明涉及脑血流自动调节技术领域，更具体地说，涉及一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统。
背景技术
脑血流合理灌注是大脑行使正常功能的前提。脑血流量取决于脑灌注压和脑循环阻力，而在颅内压不高时脑灌注压约等于平均动脉压。随着生理状况的改变或者病理情况的发生，动脉血压会发生相应升高或者降低。为此，脑血管系统形成了脑血流自动调节功能，对抗动脉血压改变保障脑血流供应正常。正常情况下，平均动脉压在60-120mmHg范围内波动，脑血流可以保持稳定；动脉血压低于或者高于该范围，则脑血流灌注不足或过度灌注。因而该动脉血压范围被称为保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围，即传统意义上的脑血流自动调节范围。动脉血压目标值范围不是固定不变的，随不同个体、不同病理状态、不同疾病阶段和严重程度而发生相应改变。如高血压病时，该目标值范围不同程度升高；严重脑梗死时，该目标值范围缩窄、甚至消失。因此，实时检测该目标值范围有重要临床意义，可用于指导脑血流管理措施的有效决策，如把过高或过低的动脉血压人为调整到该范围内，保证脑血流的正常灌注。
良好的脑血流灌注压是维持正常脑血循环的前提和基础，目前灌注压的检测手段非常有限，临床大多通过血压来推测，故血压调控成为维持脑血循环的重要措施，即调控血压是最重要且有效的治疗，一切治疗措施都应维持保证脑灌注压稳定的血压。但目前关于指南中推荐的血压管理的目标值是非个体化的，对于调控血压和调控血压达到的目标值的争议也很大，没有一致的意见，因此，近来的急性缺血性卒中患者早期管理指南对缺血性卒中急性期动脉血压管理目标，也只是进行了方向性的分类推荐。
血压的管理和治疗的最大目标是减少疾病的发生率和死亡率，但个体血压状态患者因年龄、病因、病程、血压水平、治疗状况、靶器官损害的情况、合并症、并发症等方面而千差万别。有时即使是“正常范围”的动脉血压，也可能造成脑组织灌注不当。因为相对个体脑血流稳定功能而言，只要动脉血压高于其能力范围，就会导致脑组织过渡灌注、甚至脑出血；反之则灌注不足，加重缺血性损害；只有与其相匹配的合理动脉血压，才可能有助于恢复缺血脑组织的正常灌注。
例如，缺血性卒中发生前和/或发生过程中，脑血管系统的脑血流稳定功能，如脑血流自动调节功能、脑血管CO2反应、血脑屏障等功能，受到了不同程度的损害，脑血管对抗动脉血压变动的能力和范围发生了明显改变。因此，动脉血压可表现为自发升高或波动，并随病灶大小、部位、发病时间，以及病人个体和种族等而不同。积极降低动脉血压，或降低到过低血压数值，则会加重脑灌注不足，不利于缺血区或半暗带的血流恢复，影响治疗效果，甚至加重病情。
由于长期的慢性脑血管损害，脑组织缺血、水肿等卒中病理过程对脑血管的急性病理损害，以及脑血管损害与脑组织损害的恶性循环，短期有效恢复脑血管的血流稳定功能异常困难。只有预先评价个体化的脑血流稳定功能状态，干预动脉血压与其相匹配，才是目前最易实施的临床策略。但目前对于血压管理前缺乏个体的脑血管功能的准确评估，很难设定个体化的合理动脉血压调控目标值。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统。本发明评估系统通过测量受试者的血压血流等相关参数，通过不同的分析过程计算得到血压目标值范围；为不同个体、不同病理状态下的人群建立测定个体化血压目标区，从而实现不同个体、不同病理状态下的血压个体化评估及调节；可将本发明评估系统得到的血压目标值范围应用到患者脑血流调节上，既可以避免动脉血压高于其能力范围，而导致脑组织过渡灌注、甚至脑出血；又可以避免灌注不足而加重缺血性损害。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：包括以下模块中的一项或两项以上：
血压血流相关性分析模块，用于分析受试者血压值和各支动脉血流动力学指数的相关性，评估脑血管调节功能状态，确定血压目标值范围；
血压血流传递函数分析模块，用于将脑血流速度信号和连续逐波血压信号进行传递函数分析，评估脑血管调节功能状态，确定血压目标值范围；
临界关闭压分析模块，用于将右侧大脑动脉血流速度和右侧桡动脉血压得到临界关闭压；通过监测临界关闭压得到最佳脑灌注压对应的血压目标值范围。
优选地，所述血压血流相关性分析模块，获取血压值和各支动脉血流动力学指数；血压值包括收缩压和舒张压；各支动脉血流动力学指数包括：平均血流速度Vm、收缩期峰值血流速度Vs、舒张末期血流速度Vd、血管搏动指数PI和阻抗指数RI；根据血压值和各支动脉血流动力学指数计算相关系数；通过相关系数来判断脑血流自动调节CA功能是否受损；进而通过相关系数的数值变化确定血压目标值范围。
优选地，所述相关系数计算公式为：
其中，X为平均动脉压；Y为平均血流速度Vm；
平均动脉压X＝(收缩压+2×舒张压)/3。
优选地，通过相关系数来判断脑血流自动调节CA功能是否受损，是指：若相关系数Rxy≤0，则判定脑血流速度CBFV和脑灌注压CPP之间无关或负相关，脑血流自动调节CA功能未受损；若相关系数Rxy＞0，则判定脑血流速度CBFV和脑灌注压CPP之间正相关，脑血流自动调节CA功能受损；
以相关系数Rxy＝0时的平均动脉压范围作为血压目标值范围。
优选地，所述血压血流传递函数分析模块，获取受试者的脑血流速度信号和连续逐波血压信号，脑血流速度信号和连续逐波血压信号进行均值或方差运算，之后进行快速傅里叶转换处理，通过传递函数的参数分析来评估脑血流自动调节CA功能实时变化，进而确定血压目标值范围。
优选地，传递函数分析参数为三个：一是增益或振幅，二是相位差，三是一致性函数；当传递函数的参数分析判定脑血流自动调节CA功能正常时，对应的血压值范围设为血压目标值范围。
优选地，所述临界关闭压分析模块，获取受试者同步的右侧大脑动脉血流速度和右侧桡动脉血压，以得到血流速度曲线和动脉血压曲线，形成趋势图；选取包络线规则的趋势图，将血流速度曲线和动脉血压曲线数据分段以ASCⅡ码形式导出；选取包络线规则的N个连续的心动周期,将血流速度曲线和动脉血压曲线进行相对平移拖动,直至血流速度曲线和动脉血压曲线的相关系数达到最大；对相关系数最高的N个心动周期用动态压力流量关系法分别算出血压-血流曲线在血压轴上的截矩，此截距作为临界关闭压；
求取设定时间内右侧桡动脉血压的平均值作为平均动脉压，计算平均动脉压与临界关闭压的差值作为监测脑有效灌注压，进而得到血压目标值范围。
优选地，所述血压目标值范围为：临界关闭压+70mmHg～临界关闭压+100mmHg。
优选地，当模块为两项以上时，采用各个模块得到的血压目标值范围中重合部分作为血压目标值范围。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明专利提出了一种保持脑血流稳定的最佳动脉血压目标值范围的评估系统，该系统通过测量受试者的血压血流等相关参数，通过不同的分析过程计算得到最佳血压目标值范围；此血压目标值范围区别于普通人群的血压标准，为不同个体、不同病理状态下的人群建立测定个体化血压目标区，从而实现不同个体、不同病理状态下的血压个体化评估及调节；
2、可将本发明评估系统可对医护人员工作进行辅助，得到的血压目标值范围应用到患者脑血流调节上，既可以避免动脉血压高于其能力范围，而导致脑组织过渡灌注、甚至脑出血；又可以避免灌注不足而加重缺血性损害；
3、本发明通过测量受试者的多项生理数据如血流速度信号、血管搏动指数信号、连续血压信号等，来综合分析评估受试者的最佳目标血压范围；综合利用了受试者多项生理数据，更能准确反映受试者的最佳血压目标值范围；
4、本发明通过三个模块估计最佳血压目标值范围，三种模块均是根据与血压密切相关的参数估计得到，具有测量准确，精度较高、性能较好的优点；
5、本发明三个模块相互独立，可单独使用其中一个或相互组合的方式得到血压目标值范围。
附图说明
图1是本发明评估系统的总体方案框图；
图2是本发明评估系统中血压血流相关性分析模块的示意图；
图3是本发明评估系统中血压血流传递函数分析模块的示意图；
图4是本发明评估系统中血压血流传递函数分析模块的传递函数示意图；
图5是本发明评估系统中临界关闭压分析模块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，包括以下三种模块中的一种或两种以上；如图1所示。
第一个模块，血压血流相关性分析模块，用于分析受试者血压值和各支动脉血流动力学指数的相关性，评估脑血管调节功能状态，确定血压目标值范围。
由于血压值为血液在血管内流动时，对血管壁产生的侧压力，血压值与血流信号的相关参数密切相关，因此最佳血压目标值范围可通过血流血压的一般相关性分析得到；其分析过程如图2所示。
血压值获取：血压值是通过无创中心动脉压测量装置检测，无创中心动脉压测量装置与血压血流相关性分析模块连接，以使血压血流相关性分析模块获取血压值。血压值包括收缩压和舒张压。受试者取坐位安静休息10min后开始测量。设置中心动脉压测量仪自动连续测量血压3次，记录3次测量结果的平均值,得到收缩压及舒张压。
各支动脉血流动力学指数获取：各支动脉血流动力学指数是通过经颅多普勒装置一进行检测。在血压值获取过程中，经颅多普勒装置一同步连续记录脑血流变化。在受试者静息状态下，经颅多普勒装置一的超声监测应用头架将2MHz脉冲波多普勒探头固定于双侧颞窗，超声纠正角度设定为零度，所有图像清晰的TCD频谱均纳入计算，记录并分析受试者各支动脉的血流动力学指数；血流动力学指数包括：平均血流速度Vm、收缩期峰值血流速度Vs、舒张末期血流速度Vd、血管搏动指数PI和阻抗指数RI。经颅多普勒装置一与血压血流相关性分析模块连接，以使血压血流相关性分析模块获取各支动脉血流动力学指数。
相关性分析：每5s的平均值为一个单位，再以每3min为单位(共36个单位时间)计算均值，然后将所得数值进行灌注压与平均脑血流速度的相关性分析得到相关系数，相关系数被定义为平均速度指数；
相关系数Rxy计算方法为：
其中，X为平均动脉压；Y为平均血流速度Vm；
平均动脉压X＝(收缩压+2×舒张压)/3。
由于脑灌注压是指颅平均动脉压与颅平均静脉压的差值。颅内压不高时脑灌注压约等于平均动脉压。因此可近似得到脑灌注压和脑血流速度的相关性。
若相关系数Rxy≤0，则判定脑血流速度CBFV和脑灌注压CPP之间无关或负相关，即血压与脑血流速度之间存在时间差，并非完全同步变化，故脑血流自动调节CA未受损，调控正常；若相关系数Rxy＞0，则判定脑血流速度CBFV和脑灌注压CPP之间正相关，即完全同步变化，故脑血流自动调节CA受损；通过血压与血流信号的自然波动，评估脑血流自动调节CA功能实时变化，进而通过相关系数的数值变化确定血压目标值范围。
如上所述，相关系数Rxy≤0表示脑血流自动调节CA功能完好，调控正常，因此可以实时监测相关系数的变化确定当相关系数Rxy为0时对应的平均动脉压范围作为血压目标值范围。
第二个模块，血压血流传递函数分析模块，用于利用血压血流传递函数分析评估脑血管调节功能状态，确定血压目标值范围。
传递函数分析(transferfunction analysis，TFA)是评估频域的方法，可以分析逐波的血压和脑血流之间的关系。其分析过程如图3所示。
脑血流速度信号获取：脑血流速度信号通过经颅多普勒装置二检测；经颅多普勒装置二可以同步动态监测颅内血管的血流速度(cerebral blood flow velocity，CBFV)。假设颅内血管的直径不变，血流速度可以代表脑血流。测量过程如下：固定好探头后，将经颅多普勒装置二调为双通道单深度模式，监测双侧大脑中动脉，增益的调整以血流速度频谱的包络线平滑，无毛刺样改变为宜。经颅多普勒装置二与血压血流传递函数分析模块连接，以使血压血流传递函数分析模块获取脑血流速度信号。
连续逐波血压信号获取：连续逐波血压信号通过无创性连续逐波血压监测装置检测；配备手指动脉容积夹(即指套)，配备校正血压用的袖带血压。首先需要高度校准器对戴指套侧的手指与心脏的高度差进行校准，避免手的位置的高低对准确性的影响，同时用袖带血压校正逐波血压的准确性。校正完成后，关闭血压的自动校正功能，获取逐波血压信号。因传递函数分析要求至少是连续5min的血压和脑血流数据，所以至少连续监测5min。无创性连续逐波血压监测装置与血压血流传递函数分析模块连接，以使血压血流传递函数分析模块获取到连续逐波血压信号。
此外需要记录血压血流信号前需调试不同设备的信号使之同步化。要特别注意不同设备的信号是否存在延迟输出的问题。
传递函数分析：血压血流传递函数分析模块获取受试者的脑血流速度信号和连续逐波血压信号后，脑血流速度信号和连续逐波血压信号进行均值或方差运算，之后进行快速傅里叶转换处理。
由于血压的变化会引起血流的变化，所以血压(刺激或者输入信号)与脑血流(反应或者输出信号)之间的动态关系可以使用传递函数分析，评估脑血流自动调节CA功能实时变化，计算传递函数流程如图4所示：
传递函数分析的参数有三个：增益(或振幅)、相位差、一致性函数(简称一致性)。有效的脑血流自动调节CA功能使增益衰减，因此，低增益代表脑血流自动调节CA功能存在，而高增益提示脑血流自动调节CA功能的有效性减弱。脑血流自动调节CA功能存在时血压和血流之间的相位差是正值，当脑血流自动调节CA功能下降时，则伴随着相位差消失，转化为时域，相位差为0(血压和血流振荡之间无时间延迟)代表脑血流自动调节CA功能消失。一致性描述的是血压和血流之间的线性关系，一致性高提示呈线性关系，而一致性接近0提示无线性关系。
如果通过传递函数分析的数值表明脑血流自动调节CA功能正常，则此时对应的血压值范围就是血压目标值范围。
第三个模块，临界关闭压分析模块，用于通过监测临界关闭压得到脑灌注压对应的血压目标值范围。
临界关闭压(critical closing pressure,CCP)是血管即将收缩关闭时的血压值,主要反映血管壁平滑肌的收缩程度,即血管的紧张度。临界关闭压是动态调节脑血管紧张度的客观反映，是脑循环的有效下游压，也是脑微动脉管壁平滑肌收缩程度的客观度量。因此临界关闭压分析模块可以实时监测脑有效灌注压(平均动脉压-临界关闭压)进而得到血压目标值范围；其计算过程如图5所示。
右侧大脑动脉血流速度和右侧桡动脉血压获取：右侧大脑动脉血流速度通过经颅多普勒装置三检测，右侧桡动脉血压通过动脉血压连接监测装置检测。具体地说，在测试前受试者应静坐休息半小时后平卧于检查床，用经颅多普勒装置三的2MHZ监护探头，监测右侧大脑中动脉的血流速度，即右侧大脑动脉血流速度；同时用动脉血压连接监测装置同步监测右侧桡动脉血压；将右侧大脑动脉血流速度形成的动脉血压曲线由相应输入端口送到经颅多普勒装置三中，在监测趋势窗口中同步显示血流速度曲线、动脉血压曲线，波形平稳后(每分钟数据变化率＜10％)，持续记录趋势图5min，数据同步储存至经颅多普勒装置三硬盘。
血流速度曲线和动脉血压曲线，形成趋势图；选择包络线规则的趋势图,再血流速度曲线和动脉血压曲线数据分段以ASCⅡ码形式由经颅多普勒装置三硬盘导出,导出采样率为84点/s。选用包络线规则的8～10个连续的心动周期,将血流速度曲线和动脉血压曲线进行相对平移拖动,直至血流速度曲线和动脉血压曲线的相关系数达到最大；对相关系数最高的8～10个心动周期用常规法的动态压力流量关系法分别算出血压-血流曲线在血压轴(X轴)上的截矩，此截距作为临界关闭压。
求取设定时间内右侧桡动脉血压的平均值作为平均动脉压，计算平均动脉压与临界关闭压的差值作为监测脑有效灌注压，进而得到血压目标值范围。
脑有效灌注压其实就是能够供应大脑的真正血压值，正常值为70mmHg-100mmHg。因此，可以通过监测不同个体的平均动脉压与临界关闭压的差值(平均动脉压-临界关闭压)得到实时的脑有效灌注压是否在正常值范围内。那么理论上，可以通过实时(临界关闭压+70mmHg～临界关闭压+100mmHg)作为血压目标值范围。
经颅多普勒装置一、经颅多普勒装置二和经颅多普勒装置三可以是同一台经颅多普勒装置。
本发明三个模块相互独立，可单独使用其中一个或相互组合的方式得到血压目标值范围。若采用两个以上模块，则采用各个模块得到的血压目标值范围中重合部分作为血压目标值范围。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：包括以下模块中的一项或两项以上：
血压血流相关性分析模块，用于分析受试者血压值和各支动脉血流动力学指数的相关性，评估脑血管调节功能状态，确定血压目标值范围；
血压血流传递函数分析模块，用于将脑血流速度信号和连续逐波血压信号进行传递函数分析，评估脑血管调节功能状态，确定血压目标值范围；
临界关闭压分析模块，用于将右侧大脑动脉血流速度和右侧桡动脉血压得到临界关闭压；通过监测临界关闭压得到最佳脑灌注压对应的血压目标值范围。
2.根据权利要求1所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：所述血压血流相关性分析模块，获取血压值和各支动脉血流动力学指数；血压值包括收缩压和舒张压；各支动脉血流动力学指数包括：平均血流速度Vm、收缩期峰值血流速度Vs、舒张末期血流速度Vd、血管搏动指数PI和阻抗指数RI；根据血压值和各支动脉血流动力学指数计算相关系数；通过相关系数来判断脑血流自动调节CA功能是否受损；进而通过相关系数的数值变化确定血压目标值范围。
3.根据权利要求2所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：所述相关系数计算公式为：
其中，X为平均动脉压；Y为平均血流速度Vm；
平均动脉压X＝(收缩压+2×舒张压)/3。
4.根据权利要求3所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：通过相关系数来判断脑血流自动调节CA功能是否受损，是指：若相关系数Rxy≤0，则判定脑血流速度CBFV和脑灌注压CPP之间无关或负相关，脑血流自动调节CA功能未受损；若相关系数Rxy＞0，则判定脑血流速度CBFV和脑灌注压CPP之间正相关，脑血流自动调节CA功能受损；
以相关系数Rxy＝0时的平均动脉压范围作为血压目标值范围。
5.根据权利要求1所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：所述血压血流传递函数分析模块，获取受试者的脑血流速度信号和连续逐波血压信号，脑血流速度信号和连续逐波血压信号进行均值或方差运算，之后进行快速傅里叶转换处理，通过传递函数的参数分析来评估脑血流自动调节CA功能实时变化，进而确定血压目标值范围。
6.根据权利要求5所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：传递函数分析参数为三个：一是增益或振幅，二是相位差，三是一致性函数；当传递函数的参数分析判定脑血流自动调节CA功能正常时，对应的血压值范围设为血压目标值范围。
7.根据权利要求1所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：所述临界关闭压分析模块，获取受试者同步的右侧大脑动脉血流速度和右侧桡动脉血压，以得到血流速度曲线和动脉血压曲线，形成趋势图；选取包络线规则的趋势图，将血流速度曲线和动脉血压曲线数据分段以ASCⅡ码形式导出；选取包络线规则的N个连续的心动周期,将血流速度曲线和动脉血压曲线进行相对平移拖动,直至血流速度曲线和动脉血压曲线的相关系数达到最大；对相关系数最高的N个心动周期用动态压力流量关系法分别算出血压-血流曲线在血压轴上的截矩，此截距作为临界关闭压；
求取设定时间内右侧桡动脉血压的平均值作为平均动脉压，计算平均动脉压与临界关闭压的差值作为监测脑有效灌注压，进而得到血压目标值范围。
8.根据权利要求7所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：所述血压目标值范围为：临界关闭压+70mmHg～临界关闭压+100mmHg。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于保持脑血流稳定的动脉血压目标值范围评估系统，其特征在于：当模块为两项以上时，采用各个模块得到的血压目标值范围中重合部分作为血压目标值范围。
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