CN112674749B - 一种末梢血管调节功能的无创测试系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种末梢血管调节功能的无创测试系统及其实现方法，系统包括：温控模块，用于通过温度控制来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；皮肤血流采集模块，用于对产生充血反应前、后的待测对象进行血流信号的采集；血流信号分析模块，用于对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；血管调节功能评估模块，用于根据所述血流时域特征值和频域特征值，确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数。本发明的测试过程无创伤风险，提高了测试结果的准确性，可广泛应用于医疗器械技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种末梢血管调节功能的无创测试系统及其实现方法。
背景技术
人体末梢小动脉、微动脉具有主动调整管腔大小，从而调节血流量、壁面剪切力、血压等血流动力学特征的功能。研究表明，在动脉粥样硬化等心血管疾病的发展中，血管调节功能障碍的发生早于血管结构病变和斑块形成，是能检测到的最早阶段的心血管疾病。其中内皮功能是目前血管调节功能研究的热点之一。内皮功能不仅能够反映患者的血管健康状况，而且已经被众多研究证实为心血管疾病的独立风险因子，在传统危险因素基础上加入内皮调节功能的评价可以对患者的心血管疾病风险进行更精准的评估。除内皮调节外，代谢、血管神经调节、肌源性调节等机制也在血管调节中起到重要作用。
血管功能测试有反应性充血测试、血管弹性测试等方法，其中反应性充血测试可分为侵入式和非侵入式检测两大类。侵入性检测方式使用乙酰胆碱注入人体冠脉，由于对人体有创性、耗时长、费用高，不建议健康或无症状患者使用，在临床应用上受到极大限制。非侵入式血管功能测试方法主要指通过外界刺激诱导反应性充血，根据诱导方式的不同，反应性充血方法又可细分为束臂缺血、局部热刺激、局部冷刺激、局部运动以及药物干预等。目前肱动脉束臂缺血诱导反应性充血在临床上应用最广泛，其基本原理是利用袖带加压的方式来阻断肱动脉的血流若干分钟，然后释放袖带压力。在袖带压力释放后，血管功能正常的人会出现充血反应，而血管功能障碍的人充血反应变得迟缓、不明显甚至完全不发生充血反应。与肱动脉束臂缺血诱导反应性充血测试技术相比，其他反应性充血测试技术大多还处于临床前试验或研发阶段。在实施束臂缺血诱导反应性充血过程中，根据反映血管扩张程度的方式划分，又分为超声测量肱动脉血流介导血管舒张(FMD)和基于FMD的远端血管检测技术。
FMD技术是利用超声来测量肱动脉血流阻断前后血管管径的变化来反映血管调节功能，目前该技术在临床已广泛使用，相关产品有欧姆龙UNEX EF 38G等。FMD测试主要反映的是导管性大动脉的调节功能，对于末梢血管调节功能的评估价值有限。基于FMD的远端血管检测技术的测量部位位于微循环丰富的指尖，目前有外周动脉张力测定(PAT)、指尖热监测(DTM)、激光多普勒法等实现方案。外周动脉张力测定(PAT)通过测量肱动脉血流阻断前后指尖脉搏波变化来评价末梢血管调节功能，相关产品有以色列Itamar Medical公司在2003年推出的EndoPAT系统，该系统是全球第一款通过FDA认证的血管内皮功能无创诊断系统，已通过美国FDA，中国CFDA，欧洲CE，日本SHONIN的认证，并被超过40个国家的权威临床机构和研究中心所使用。指尖热监测(DTM)技术通过测量肱动脉血流阻断前后指尖温度变化来评价末梢血管调节功能，相关产品有美国Endothelix公司推出的全自动血管反应性内皮功能无创检测仪器VENDYS，目前该仪器已通过了FDA认证。与FMD相比，远端血管检测主要反映的是末梢微血管的调节功能，但由于肱动脉束臂会同时造成大血管和末梢微血管均参与调节，因此实际操作中无法区分不同位置血管功能情况。
此外，研究表明，多种调节机制参与血管调节过程，且呈现出不同的频谱特征，如内皮调节(0.0095-0.02Hz)神经调节(0.02-0.06Hz)和肌源性调节(0.06-0.15Hz)，但现有的血管功能测试技术均未对上述调节功能进行细分、准确评估。
上述相关技术存在以下缺点：
(1)从诱导反应性充血方式上看，目前国内外已有的血管功能测试设备均基于肱动脉束臂缺血诱导反应性充血方案，该方案尽管在临床得到了广泛使用，但是，长时间束臂会使测试者产生不适感，如胀、麻、痛，而且某些人群使用可能有潜在健康风险，如高血压或血管内有不稳定斑块的患者。
(2)肱动脉束臂缺血诱导反应性充血方案会造成下游大血管和末梢微血管同时参与血流调节，难以对末梢微血管调节功能情况进行单独的评估。
(3)现有测试技术所获得的生理信号变化与血管调节功能间的关系在概念上不清晰。由于内皮功能障碍在早期心血管疾病诊断上具有重要价值，因此在有些文献中直接将基于反应性充血理念的血管调节功能测试称为“血管内皮调节功能”测试，也即将测试过程中的生理信号变化完全归结于血管内皮调节活动的影响，而忽略了其它调节因素。这对于内皮调节功能的评估是不准确的，对于整体血管功能的了解是片面的。研究表明，末梢微血管张力的调节受内皮、神经以及肌源性等多种活动的影响，内皮功能只是“血管张力调节功能”的一部分，而非全部。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种末梢血管调节功能的无创测试系统及其实现方法，以提高测试结果的准确性，并降低测试对象的不适。
本发明的一方面提供了一种末梢血管调节功能的无创测试系统，包括：
温控模块，用于通过温度控制来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；
皮肤血流采集模块，用于对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集；
血流信号分析模块，用于对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；
血管调节功能评估模块，用于根据所述血流的时域特征值和频域特征值，确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数。
优选地，所述温控模块包括：
加热片，用于根据微控制器的控制指令发热，对所述待测对象的皮肤表面进行加热温度传感器，用于采集所述待测对象的皮肤表面的温度信号；
微控制器，用于根据所述温度传感器的温度信号，触发控制指令；所述控制指令用于控制所述加热片的加热功率。
优选地，所述皮肤血流采集模块，包括：
激光散斑对比成像仪，用于对所述待测对象的皮肤内血流状况进行信号监测；
信号采集模块，用于接收所述待测对象的皮肤内血流状况信号。
优选地，所述血流信号分析模块，包括：
时域分析单元，用于根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，确定血流基准值和血流峰值；
频域分析单元，用于根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，确定所述待测对象在不同频段上的波动特征值；
其中，所述不同频段上的波动特征值包括：热刺激阶段在内皮调节频段的第一波动幅值、恢复阶段在内皮调节频段的第二波动幅值、热刺激阶段在神经调节频段的第三波动幅值、恢复阶段在神经调节频段的第四波动幅值、热刺激阶段在肌源性调节频段的第五波动幅值以及恢复阶段在肌源性调节频段的第六波动幅值。
优选地，所述血管调节功能评估模块，包括：
血管整体调节功能评估单元，用于根据所述血流基准值和所述血流峰值，确定血管整体调节功能评估指数；
内皮调节功能评估单元，用于根据所述第一波动幅值和所述第二波动幅值确定内皮调节功能评估指数；
神经调节功能评估单元，用于根据所述第三波动幅值和所述第四波动幅值确定神经调节功能评估指数；
肌源性调节功能评估单元，根据所述第五波动幅值和所述第六波动幅值确定肌源性调节功能评估指数。
本发明实施例的另一方面提供了一种末梢血管调节功能的无创测试系统的实现方法，包括：
通过温控模块采用温度控制的方法来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；
通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集；
通过血流信号分析模块对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；
根据所述血流的时域特征值和频域特征值，通过血管调节功能评估模块确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数。
优选地，所述通过温控模块采用温度控制的方法来诱导待测对象的皮肤产生充血反应，包括：
根据微控制器的控制指令发热，通过加热片对所述待测对象的皮肤表面进行加热
通过温度传感器采集所述待测对象的皮肤表面的温度信号；
根据所述温度传感器的温度信号，通过微控制器触发控制指令；所述控制指令用于控制所述加热片的加热功率。
优选地，所述通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集，包括：
通过激光散斑对比成像仪对所述待测对象的皮肤内血流状况进行信号监测；
通过信号采集模块接收所述待测对象的皮肤内血流状况信号。
优选地，所述通过血流信号分析模块对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值，包括：
根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，通过时域分析单元确定血流基准值和血流峰值；
根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，通过频域分析单元确定所述待测对象在不同频段上的波动特征值；
其中，所述不同频段上的波动特征值包括：热刺激阶段在内皮调节频段的第一波动幅值、恢复阶段在内皮调节频段的第二波动幅值、热刺激阶段在神经调节频段的第三波动幅值、恢复阶段在神经调节频段的第四波动幅值、热刺激阶段在肌源性调节频段的第五波动幅值以及恢复阶段在肌源性调节频段的第六波动幅值。
优选地，所述根据所述血流的时域特征值和频域特征值，通过血管调节功能评估模块确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数，包括：
根据所述时域特征值和所述频域特征值，通过血管整体调节功能评估单元确定血管整体调节功能评估指数；
通过内皮调节功能评估单元，根据所述第一波动幅值和所述第二波动幅值确定内皮调节功能评估指数；
通过神经调节功能评估单元，根据所述第三波动幅值和所述第四波动幅值确定神经调节功能评估指数；
通过肌源性调节功能评估单元，根据所述第五波动幅值确定第五波动幅值，以及根据所述第六波动幅值确定第六波动幅值，根据所述第五波动幅值和所述第六波动幅值确定肌源性调节功能评估指数。
本发明的实施例利用了热刺激诱导反应性充血原理，测试过程无创伤风险，且相较于目前临床上广为采用的肱动脉束臂缺血诱导方式容易导致受试者产生不舒适感、部分人群不适用的缺点，本发明不存在上述问题。另外，肱动脉束臂缺血诱导方式会造成上游大血管和末梢血管同时参与调节，因此无法区分不同位置血管功能情况；而本发明提出的局部热刺激方式只引起末梢血管产生充血反应，不会引入上游大血管的干扰，提高了测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的实现方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种末梢血管调节功能的无创测试系统，如图1所示，系统包括：
温控模块，用于通过温度控制来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；
皮肤血流采集模块，用于对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集；
血流信号分析模块，用于对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；
血管调节功能评估模块，用于根据所述血流的时域特征值和频域特征值，确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数。
具体地，针对目前末梢血管调节功能测试技术的不足，本发明实施例提出一种利用热刺激诱导反应性充血和信号时、频域分析技术对人体末梢血管调节功能进行无创测试的多指标系统。该系统采用局部热刺激诱导反应性充血原理，连续采集热刺激前后皮肤血流量的动态变化，利用峰值血流量与基础血流量的变化关系对末梢血管调节功能进行整体评估，利用频谱分析技术分别对血管的内皮、神经和肌源性调节功能作出进一步的评价。
优选地，所述温控模块包括：
加热片，用于根据微控制器的控制指令发热，对所述待测对象的皮肤表面进行加热温度传感器，用于采集所述待测对象的皮肤表面的温度信号；
微控制器，用于根据所述温度传感器的温度信号，触发控制指令；所述控制指令用于控制所述加热片的加热功率。
具体地，本发明实施例的温控模块由微控制器、加热片和温度传感器组成，该模块用以诱导皮肤产生充血反应。该模块设计为环形，使用时与皮肤贴合，温度传感器对皮肤进行实时温度采集并传入微控制器，通过微控制器内置PID算法对加热片的加热功率进行反馈调节，快速找到能够将皮肤加热至40℃的功率P0；在该模块诱导下，反应性充血测试包含两个阶段：第一阶段加热片以P0的恒定加热功率对皮肤进行热刺激(热刺激阶段)，第二阶段停止加热片加热(恢复阶段)。
优选地，所述皮肤血流采集模块，包括：
激光散斑对比成像仪，用于对所述待测对象的皮肤内血流状况进行信号监测；
信号采集模块，用于接收所述待测对象的皮肤内血流状况信号。
具体地，本发明实施例的皮肤血流采集模块与温控模块相连，包含激光散斑对比成像仪和信号采集软件，用于持续采集热刺激诱导反应性充血过程中环形温控模块内皮肤血流量的变化。
优选地，所述血流信号分析模块，包括：
时域分析单元，用于根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，确定血流基准值和血流峰值；
频域分析单元，用于根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，确定所述待测对象在不同频段上的波动特征值；
其中，所述不同频段上的波动特征值包括：热刺激阶段在内皮调节频段的第一波动幅值、恢复阶段在内皮调节频段的第二波动幅值、热刺激阶段在神经调节频段的第三波动幅值、恢复阶段在神经调节频段的第四波动幅值、热刺激阶段在肌源性调节频段的第五波动幅值以及恢复阶段在肌源性调节频段的第六波动幅值。
具体地，本发明实施例的血流信号分析模块与皮肤血流采集模块相连，包含时域分析和频域分析两部分，用以进行信号分析。测试结束后，将热刺激诱导反应性充血过程采集的完整血流信号序列导入该模块，进行信号分析。时域分析提取出热刺激阶段血流峰值Qp和恢复阶段后期的血流基准值Q0，频谱分析则利用傅里叶分析提取出血流在各个调节频段的波动子信号，进而得到波动幅值，包括内皮调节频段(0.0095-0.02Hz)第一波动幅值Ae1和第二波动幅值Ae2，神经调节频段(0.02-0.06Hz)第三波动幅值As1和第四波动子信号As2，肌源性调节频段(0.06-0.15Hz)第五波动幅值Am1和第六波动幅值Am2，其中下标1代表热刺激阶段，下标2代表恢复阶段。
优选地，所述血管调节功能评估模块，包括：
血管整体调节功能评估单元，用于根据所述血流基准值和所述血流峰值，确定血管整体调节功能评估指数；
内皮调节功能评估单元，用于根据所述第一波动幅值和所述第二波动幅值确定内皮调节功能评估指数；
神经调节功能评估单元，用于根据所述第三波动幅值和所述第四波动幅值确定神经调节功能评估指数；
肌源性调节功能评估单元，根据所述第五波动幅值和所述第六波动幅值确定肌源性调节功能评估指数。
具体地，本发明实施例的血管调节功能评估模块与血流信号分析模块相连，根据血流峰值Qp和血流基准值Q0计算血管调节功能整体指数Iw＝Qp-Q0/Q0，并利用波动幅值Ae1、Ae2，As1、As2，Am1、Am2分别计算出血管内皮、神经和肌源性调节功能评估指数Ie＝Ae1/Ae2,Is＝As1/As2,Im＝Am1/Am2。
综上，相比现有技术，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用了热刺激诱导反应性充血原理，测试过程无创伤风险，且相较于目前临床上广为采用的肱动脉束臂缺血诱导方式容易导致受试者产生不舒适感、部分人群不适用的缺点，本发明不存在上述问题；
2、肱动脉束臂缺血诱导方式会造成上游大血管和末梢血管同时参与调节，因此无法区分不同位置血管功能情况。而本发明提出的局部热刺激方式只引起末梢血管产生充血反应，不会引入上游大血管的干扰；
3、本发明采用时域和频域分析相结合的方式，一次测试不仅可以对血管调节功能进行整体评估，而且可以对多个频段的调节活动分别进行有效的量化评价，明确了测试指标与生理信号间的对应关系，实现了末梢血管调节功能全面而有针对性的多指标评价。
在另一些实施例中，还提供了一种末梢血管调节功能的无创测试系统的实现方法，如图2所示，方法包括：
通过温控模块采用温度控制的方法来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；
通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集；
通过血流信号分析模块对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；
根据所述血流的时域特征值和频域特征值，通过血管调节功能评估模块确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数。
优选地，所述通过温控模块采用温度控制的方法来诱导待测对象的皮肤产生充血反应，包括：
根据微控制器的控制指令发热，通过加热片对所述待测对象的皮肤表面进行加热
通过温度传感器采集所述待测对象的皮肤表面的温度信号；
根据所述温度传感器的温度信号，通过微控制器触发控制指令；所述控制指令用于控制所述加热片的加热功率。
优选地，所述通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集，包括：
通过激光散斑对比成像仪对所述待测对象的皮肤内血流状况进行信号监测；
通过信号采集模块接收所述待测对象的皮肤内血流状况信号。
其中，本发明实施例的激光散斑对比成像仪可改用激光多普勒激光散斑对比成像仪。该仪器为接触式、点式皮肤血流采集方式。若改用激光多普勒激光散斑对比成像仪，使用时需将血流探头放入环形加热片内并与皮肤紧密贴合。
优选地，所述通过血流信号分析模块对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值，包括：
根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，通过时域分析单元确定血流基准值和血流峰值；
根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，通过频域分析单元确定所述待测对象在不同频段上的波动特征值；
其中，所述不同频段上的波动特征值包括：热刺激阶段在内皮调节频段的第一波动幅值、恢复阶段在内皮调节频段的第二波动幅值、热刺激阶段在神经调节频段的第三波动幅值、恢复阶段在神经调节频段的第四波动幅值、热刺激阶段在肌源性调节频段的第五波动幅值以及恢复阶段在肌源性调节频段的第六波动幅值。
优选地，所述根据所述血流的时域特征值和频域特征值，通过血管调节功能评估模块确定血管整体调节功能评估指数、血管内皮调节功能指数以及神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数，包括：
根据所述时域特征值和所述频域特征值，通过血管整体调节功能评估单元确定血管整体调节功能评估指数；
通过内皮调节功能评估单元，根据所述第一波动幅值和所述第二波动幅值确定内皮调节功能评估指数；
通过神经调节功能评估单元，根据所述第三波动幅值和所述第四波动幅值确定神经调节功能评估指数；
通过肌源性调节功能评估单元，根据所述第五波动幅值确定第五波动幅值，以及根据所述第六波动幅值确定第六波动幅值，根据所述第五波动幅值和所述第六波动幅值确定肌源性调节功能评估指数。
下面以图2所示的实施步骤为例，详细描述一位待测对象通过本发明提供的系统来进行无创测试的具体过程：
S1、受试者和测试系统准备。受试者在测试前2小时保持未进食、服药、吸烟、喝酒以及其它功能性饮品，未进行大量运动；进入采集室后静坐休息10分钟后，受试者一只手臂平放于试验台，将环形温控模块固定于上肢或手部皮肤；开启激光散斑对比成像仪，将成像仪镜头对准环形温控模块内的皮肤；
S2、加热功率PID调节。启动温控模块，设置加热目标温度为40℃，微控制器会根据实时采集的皮肤温度信号并利用内置的PID算法，对加热片的加热功率进行反馈调节，快速找到能够将皮肤加热至40℃的功率P0，所需时长约3-5分钟；
S3、反应性充血测试。找到热刺激功率P0后，启动血流采集软件，将环形温控模块内的皮肤选为ROI区域，正式进行热刺激诱导反应性充血测试。该过程分为两个阶段，第一阶段温控模块以P0的恒定加热功率对皮肤进行热刺激(热刺激阶段)，时长约10分钟；第二阶段加热功率恒为0(恢复阶段)，待观察到ROI区域内皮肤血流恢复稳定后结束测试；测试过程中实时采集皮肤血流图像。
S4、血流信号时域分析。测试结束后，将ROI区域内的平均血流信号序列Q导入血流信号分析模块。首先对原始血流信号进行降噪处理得到信号Q’；然后对Q’进行时域分析，提取出热刺激阶段血流峰值Qp；根据恢复阶段后期血流曲线，提取出血流基准值Q0；
S5、血流信号频域分析。首先对Q’进行傅里叶变换，得到热刺激阶段和恢复阶段的傅里叶系数F1(w)和F2(w)：
其中，T1为热刺激阶段时长，T为测试总时长。然后进行傅里叶反变换，提取出Q’在内皮(0.0095-0.02Hz)、神经(0.02-0.06Hz)和肌源性(0.06-0.15Hz)调节频段的波动子信号。以内皮调节信号提取为例：
Se1、Se2分别为热刺激阶段和恢复阶段Q’在内皮调节频段的波动子信号。选择不同的积分区间，得到热刺激阶段和恢复阶段Q’在神经调节频段的波动子信号Ss1、Ss2，热刺激阶段和恢复阶段Q’在肌源性调节频段的波动子信号Sm1、Sm2。根据波动子信号Se1、Se2、Ss1、Ss2、Sm1、Sm2，得到波动幅值Ae1、Ae2，As1、As2，Am1、Am2。
S6、血管调节功能评估。将血流峰值Qp、血流基准值Q0以及波动幅值Ae1、Ae2，As1、As2，Am1、Am2导入血管调节功能评估模块。利用血流峰值Qp和血流基准值Q0计算总体指数，即Iw＝Qp/Q0，并根据统计结果评价血管调节功能的整体状态，若Iw低于统计基准值，表示末梢血管调节功能较弱，反之表示末梢血管调节功能较强。然后分别计算血管内皮、神经和肌源性调节指数，以内皮调节为例，首先计算内皮调节指数Ie＝Ae1/Ae2，根据统计结果评价血管内皮调节功能状态，若Ie低于统计基准值，表示末梢血管内皮调节功能较弱，反之表示末梢血管内皮调节功能较强。以类似方式计算出血管神经调节指数Is和肌源性调节指数Im。
S7、结果输出。计算出血管调节功能评估结果后，可打印出电子或纸质版末梢血管功能评估结果，包括测试者基本信息，整体评估指数Iw，血管内皮调节评估指数Ie、神经调节评估指数Is和肌源性调节调节评估指数Im。
可以理解的是，本发明实施例可采用小波分析替代傅里叶分析。与傅里叶分析相比，小波分析计算量偏大。若采用小波分析，首先进行连续小波变化得到小波系数：
然后进行小波反变换，提取出Q’在不同调节频段的波动子信号Se，Ss，和Sm：
相较于现有技术，本发明存在以下特点：
(1)采用局部热刺激的方式诱导皮肤产生充血反应。目前临床上广为采用的肱动脉束臂缺血诱导方式容易导致受试者产生不舒适感，而且该方式会造成上游大血管和末梢血管同时参与调节，因此无法区分不同位置血管功能情况。而局部热刺激的方式只引起末梢血管产生充血反应，不会引入上游大血管的干扰，而且测试过程不会产生不适感。
(2)采用PID控制算法确定所需加热功率。将局部皮肤加热至40℃能引起明显的充血反应，而且不会造成热损伤。但是，受环境条件、受试者个体差异的影响，所需加热功率不同。本发明采用PID控制算法，能自动、快速地找到局部皮肤热刺激所需的加热功率。
(3)采用时域和时频域分析相结合的方式，对末梢血管调节功能进行全面而有针对性的多指标评价。时域分析对末梢血管调节功能的整体状态给出评价，频域分析进一步对血管内皮、神经和肌源性调节功能分别作出评价。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种末梢血管调节功能的无创测试系统，其特征在于，包括：
温控模块，用于通过温度控制来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；
皮肤血流采集模块，用于对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集；
血流信号分析模块，用于对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；
血管调节功能评估模块，用于根据所述血流的时域特征值确定血管整体调节功能评估指数，根据所述血流的频域特征值确定血管内皮调节功能指数、神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数；
其中，所述皮肤血流采集模块，包括：
信号采集模块，用于接收所述待测对象的皮肤内血流状况信号；
所述血流信号分析模块，包括：
时域分析单元，用于根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，确定血流基准值和血流峰值；
频域分析单元，用于根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，确定所述待测对象在不同频段上的波动特征值；
其中，所述不同频段上的波动特征值包括：热刺激阶段在内皮调节频段的第一波动幅值、恢复阶段在内皮调节频段的第二波动幅值、热刺激阶段在神经调节频段的第三波动幅值、恢复阶段在神经调节频段的第四波动幅值、热刺激阶段在肌源性调节频段的第五波动幅值以及恢复阶段在肌源性调节频段的第六波动幅值；
所述血管调节功能评估模块，包括：
血管整体调节功能评估单元，用于根据所述血流基准值和所述血流峰值，确定血管整体调节功能评估指数；所述血管整体调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为血管整体调节功能评估指数，/>为血流峰值，/>为血流基准值；
内皮调节功能评估单元，用于根据所述第一波动幅值和所述第二波动幅值确定内皮调节功能评估指数；所述内皮调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为内皮调节功能评估指数，/>为第一波动幅值，/>为第二波动幅值；
神经调节功能评估单元，用于根据所述第三波动幅值和所述第四波动幅值确定神经调节功能评估指数；所述神经调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为神经调节功能评估指数，/>为第三波动幅值，/>为第四波动幅值；
肌源性调节功能评估单元，用于根据所述第五波动幅值和所述第六波动幅值确定肌源性调节功能评估指数；所述肌源性调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为肌源性调节功能评估指数，/>为第五波动幅值，/>为第六波动幅值。
2.根据权利要求1所述的一种末梢血管调节功能的无创测试系统，其特征在于，所述温控模块包括：
加热片，用于根据微控制器的控制指令发热，对所述待测对象的皮肤表面进行加热；
温度传感器，用于采集所述待测对象的皮肤表面的温度信号；
微控制器，用于根据所述温度传感器的温度信号，触发控制指令；所述控制指令用于控制所述加热片的加热功率。
3.根据权利要求1所述的一种末梢血管调节功能的无创测试系统，其特征在于，所述皮肤血流采集模块，还包括：
激光散斑对比成像仪，用于对所述待测对象的皮肤内血流状况进行信号监测。
4.一种末梢血管调节功能的无创测试系统的实现方法，其特征在于，包括：
通过温控模块采用温度控制的方法来诱导待测对象的皮肤产生充血反应；
通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集；
通过血流信号分析模块对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值；
根据所述血流的时域特征值，通过血管调节功能评估模块确定血管整体调节功能评估指数；根据所述血流的频域特征值，通过所述血管调节功能评估模块确定血管内皮调节功能指数、神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数；
其中，所述通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集，包括：
通过信号采集模块接收所述待测对象的皮肤内血流状况信号；
所述通过血流信号分析模块对所述皮肤血流采集模块采集到的血流信号进行信号分析，确定血流的时域特征值和频域特征值，包括：
根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，通过时域分析单元确定血流基准值和血流峰值；
根据所述信号采集模块接收的血流状况信号，通过频域分析单元确定所述待测对象在不同频段上的波动特征值；
其中，所述不同频段上的波动特征值包括：热刺激阶段在内皮调节频段的第一波动幅值、恢复阶段在内皮调节频段的第二波动幅值、热刺激阶段在神经调节频段的第三波动幅值、恢复阶段在神经调节频段的第四波动幅值、热刺激阶段在肌源性调节频段的第五波动幅值以及恢复阶段在肌源性调节频段的第六波动幅值；
所述根据所述血流的时域特征值，通过血管调节功能评估模块确定血管整体调节功能评估指数，包括：
根据所述血流基准值和所述血流峰值，通过血管整体调节功能评估单元确定血管整体调节功能评估指数；所述血管整体调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为血管整体调节功能评估指数，/>为血流峰值，/>为血流基准值；
所述根据所述血流的频域特征值，通过所述血管调节功能评估模块确定血管内皮调节功能指数、神经调节功能评估指数和肌源性调节功能评估指数，包括：
通过内皮调节功能评估单元，根据所述第一波动幅值和所述第二波动幅值确定内皮调节功能评估指数；所述内皮调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为内皮调节功能评估指数，/>为第一波动幅值，/>为第二波动幅值；
通过神经调节功能评估单元，根据所述第三波动幅值和所述第四波动幅值确定神经调节功能评估指数；所述神经调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为神经调节功能评估指数，/>为第三波动幅值，/>为第四波动幅值；
通过肌源性调节功能评估单元，根据所述第五波动幅值和所述第六波动幅值确定肌源性调节功能评估指数；所述肌源性调节功能评估指数的计算公式为：
其中，为肌源性调节功能评估指数，/>为第五波动幅值，/>为第六波动幅值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过温控模块采用温度控制的方法来诱导待测对象的皮肤产生充血反应，包括：
根据微控制器的控制指令发热，通过加热片对所述待测对象的皮肤表面进行加热；
通过温度传感器采集所述待测对象的皮肤表面的温度信号；
根据所述温度传感器的温度信号，通过微控制器触发控制指令；所述控制指令用于控制所述加热片的加热功率。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过皮肤血流采集模块对产生充血反应前后的待测对象进行血流信号的采集，还包括：
通过激光散斑对比成像仪对所述待测对象的皮肤内血流状况进行信号监测。
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