CN1593333A - 脑血流动力学分析方法和仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种简便的脑血流动力学分析方法和仪器。该方法利用连续波多普勒血流速度波形检测模块检测出颈动脉的血流速度波形及数值、脉冲式超声颈动脉管径检测模块检测出颈动脉的血管直径，利用臂式电子血压测量模块获得人体的血压值，然后根据简化的方法计算分析脑血管动力学参数。根据上述方法设计了小型简便的脑血流动力学分析仪器。本发明很大程度上提高了脑血流动力学参数的检测分析速度，并且使仪器体积大大减小。该发明对脑循环生理的基础研究及临床应用都具有重要意义。

Description

脑血流动力学分析方法和仪器

技术领域

本发明属于医疗技术领域，是一种简便的脑血流动力学分析方法及仪器。

背景技术

脑血管疾病是严重威胁人类健康的三大疾病之一。该疾病具有发病率高、致残率高、死亡率高和复发率高的特点，是中老年人致死和致残的主要疾病。脑血管病变，首先引起脑循环障碍，使得某些局部区域脑组织缺血，进而导致脑细胞死亡。

大量的临床和动物实验表明，许多脑血管疾病在发病前期，脑血管动力学参数往往已经有显著改变，而且这些动力学改变常常要明显早于形态学的改变。对于早期动力学参数异常者，如果经过积极的预防和治疗，其动力学参数可能恢复正常。因此准确而无创伤的检测脑血管血液动力学参数无论是对于脑血管疾病的早期诊断、脑血管疾病治疗措施疗效的客观评价，还是对于脑循环的生理、病理学研究都有十分重要的意义。

本发明人的两篇已授权中国专利ZL96116339.9和ZL95111513.8，分别公开了一种脑Willis环循环动力学分析方法及仪器和一种脑循环血液动力学分析方法和仪器，采用这两种方法虽然可以实现对脑部血流循环动力学特性的科学分析，但是这两种方法都存在方法复杂、繁琐等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于设计一种可以对脑血流动力学特性进行便捷无损伤检测分析的方法及仪器，以克服已有的脑血流动力学特性分析方法复杂、繁琐等缺点。

本发明中使用以下的动力学参数作为脑血流动力学特性指标。

1)外周阻力Rp

表示血液在脑血管床中流动所遇到的阻力，是一个直接反映血液在脑外周血管床中流动畅通状况的指针。血管栓塞、梗塞、狭窄、血液粘度增大都将使Rp增大。

2)动态阻力DR

表示脑血管系统的血液压力改变量与血液流量的相应改变量的关系。DR反映脑血流自身调节功能，与脑血管阻塞和脑动脉硬化程度有关。脑血管调节功能越差，脑动脉越硬化，DR越大。

3)搏动指数PI

表示血液脉动和血管脉动状态的指标，搏动指数不仅和脑动脉血管壁弹性有关，而且还显著地受到体循环动脉弹性、心肌收缩力及血管几何尺寸等的影响。

4)临界压力Cp

表示启动血液在血管中流动的最低压力，它反映了脑血管的闭锁状态，颅内压增高、血液黏度增大和血管阻塞等引起血管闭锁的许多因素都会引起Cp增大。

本发明脑血流动力学分析方法包括如下步骤：

(1)应用连续波多普勒血流速度波形检测模块，检测出颈动脉的血流速度波形及数值：V(t)，对速度波形及数值进行数据处理，得出一个心动周期内的最大流速Vmax、最小流速Vmin以及平均流速Vmean；

(2)应用脑血流动力学分析仪器中脉冲式超声颈动脉管径检测模块，检测出颈动脉的血管直径D；

(3)计算最大流量Qmax，最小流量Qmin以及平均流量Qmean

$Q_{\max }=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{V}_{\max }}{4},$ $Q_{\min }=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{V}_{\min }}{4},$ $Q_{\mathrm{mean}}=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{V}_{\mathrm{mean}}}{4}$

(4)应用臂式电子血压测量模块，检测人体的收缩压Ps和舒张压Pd；

(5)根据经验公式计算平均压力Pmean

   P_mean＝P_d+(P_s-P_d)/3

(6)计算颈动脉的搏动指数PI

$\mathrm{PI}=$ $\frac{V_{\max }-V_{\min }}{V_{\mathrm{mean}}}---\left(1\right)$

(7)计算微循环的外周阻力R

$R=\frac{P_{\mathrm{mean}}}{Q_{\mathrm{mean}}}---\left(2\right)$

(8)计算动态阻力DR

${\mathrm{DR}}_1=\frac{P_s-P_d}{Q_{\max }-Q_{\min }}$

${\mathrm{DR}}_2=\frac{P_s-P_{\mathrm{mean}}}{Q_{\max }-Q_{\mathrm{mean}}}---\left(3\right)$

(9)计算脑血管闭锁的临界压力Cp

   Cp＝P_d-DR·Q_min                               (4)

本发明利用连续波多普勒血流速度波形检测模块检测两侧颈动脉流速波形及数值，脉冲式超声颈动脉管径检测模块检测两侧颈动脉的血管直径，臂式电子血压测量模块检测人体的舒张压和收缩压。然后通过公式(1)～(4)即可算出搏动指数PI、外周阻力Rp、动态阻力DR、临界压力Cp等脑血流动力学指标，而且整个计算过程简便，可以更加快捷的得到测试结果。

为了更好的实施本发明，根据该分析方法设计了相应的脑血流动力学分析仪器。包括3个部分：检测系统、采集分析系统、数据存储与输出部分。其中检测系统包括连续波多普勒血流速度波形检测模块，脉冲式超声颈动脉管径检测模块和臂式电子血压测量模块。其中连续波多普勒血流速度波形检测模块用于检测颅外颈动脉的血流速度波形及数值；脉冲式超声颈动脉管径检测模快用于检测颅外颈动脉的血管直径；臂式电子血压测量模块用于检测人体的收缩压和舒张压。

采集分析系统主要包括计算机、A/D卡、无源底板以及相当于上述方法的分析计算软件。连续波多普勒血流速度波形检测模块所获得的模拟信号被采集分析系统中的A/D卡转换成数字信号，然后和脉冲式超声颈动脉管径检测模快及臂式电子血压测量模块所得到的数据一起输给计算分析系统作为分析计算的原始数据。分析计算软件是根据本发明方法而编制的，软件框图见图2。它可以根据上述的血液流速、管径和血压信息，分析计算脑血流的各项血液动力学指标。

数据存储与输出部分包括硬盘、软盘、打印机、彩色液晶显示屏等，它可以将采集分析系统计算出的患者脑血流动力学指标与主机内储存的正常参考值对比判断，输出分析结果，为临床分析脑血管功能提供定量指标。仪器结构框图如图3所示。

本发明中计算机采用了更加先进的嵌入式系统，计算机主板、A/D卡和脉冲式超声颈动脉管径检测模块通过无源底板上的ISA互相耦合，使仪器性能更加稳定，仪器体积也大大缩小。由于采用臂式电子血压测量模块直接测量人体的收缩压和舒张压，无须使用压力探头检测压力波形，使得操作更加快捷便利。

附图说明

图1为本发明中数据流程框图

图2为本发明中分析计算软件框图

图3为本发明中仪器的结构框图

图4为本发明中仪器的操作流程框图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参见图1、图2、可以看出本发明脑血流动力学分析方法包括如下步骤：首先应用连续波多普勒血流速度波形检测模块，检测出颈动脉的血流速度波形及数值：V(t)，对速度波形及数值进行数据处理，得出一个心动周期内的最大流速Vmax、最小流速Vmin以及平均流速Vmean；然后应用脑血流动力学分析仪器中脉冲式超声颈动脉管径检测模快，检测出颈动脉的血管直径D；应用臂式电子血压测量模块，检测人体的收缩压Ps和舒张压Pd；接着根据检测出来数据通过公式(1)～(4)即可算出相应脑血流动力学参数。

参见图3，本发明脑血流动力学分析仪器包括检测系统、采集分析系统、存储输出系统。检测系统包括连续波多普勒血流速度波形检测模块，脉冲式超声颈动脉管径检测模快和臂式电子血压测量模块；采集分析系统包括计算机、A/D卡、无源底板以及分析计算软件模块；存储输出系统包括硬盘、软盘、打印机、显示屏；检测系统中的脉冲式超声颈动脉管径检测模快和计算机主板以及A/D卡通过无源底板上的ISA插槽并联，检测系统中的臂式电子血压测量模块与主板的串口相连，连续波多普勒血流速度波形检测模块与A/D卡相连。

根据附图4所示，打开软件后，新建新病员档案或开启已有病员档案，然后输入或者修改病员信息。确认后用检测系统检测病员的颈动脉流速波形及数值、血管直径大小和病员的收缩压与舒张压。检测完毕后，软件对数据进行计算分析。存盘后即可预览或打印分析报告。

Claims (5)

1、一种脑血流动力学分析方法，根据脑血管床的特点而建立的计算脑血流动力学参数的简化方法，其特征在于包括下述步骤计算获得脑血流动力学参数：

(1)应用连续波多普勒血流速度波形检测模块，检测出颈动脉的血流速度波形及数值：V(t)，对速度波形及数值进行数据处理，得出一个心动周期内的最大流速Vmax、最小流速Vmin以及平均流速Vmean；

(2)应用脉冲式超声颈动脉管径检测模块，检测出颈动脉的血管直径D；

(3)计算最大流量Qmax，最小流量Qmin以及平均流量Qmean

$Q_{\max }=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{V}_{\max }}{4},Q_{\min }=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{V}_{\min }}{4},Q_{\mathrm{mean}}=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{V}_{\mathrm{mean}}}{4}$

(4)应用臂式电子血压测量模块，检测人体的收缩压Ps和舒张压Pd；

(5)根据经验公式计算平均压力Pmean

P_mean＝P_d+(P_s-P_d)/3

(6)计算颈动脉的搏动指数PI

$\mathrm{PI}=\frac{V_{\max }-V_{\min }}{V_{\mathrm{mean}}}$

(7)计算微循环的外周阻力R

$R=\frac{P_{\mathrm{mean}}}{Q_{\mathrm{mean}}}$

(8)计算动态阻力DR

${\mathrm{DR}}_1=\frac{P_s-P_d}{Q_{\max }-Q_{\min }}$

${\mathrm{DR}}_2=\frac{P_s-P_{\mathrm{mean}}}{Q_{\max }-Q_{\mathrm{mean}}}$

(9)计算脑血管闭锁的临界压力Cp

Cp＝P_d-DR·Q_min

2.根据权利要求1所述的脑血流动力学分析方法，其特征在于所述方法适用于两侧的颈动脉。

3.权利要求1所述的脑血流动力学分析方法所使用的脑血流动力学分析仪器，包括检测系统、采集分析系统、存储输出系统，其特征在于检测系统包括连续波多普勒血流速度波形检测模块，脉冲式超声颈动脉管径检测模块和臂式电子血压测量模块；采集分析系统包括计算机、A/D卡、无源底板以及根据权利要求1中分析方法所编写的分析计算软件；存储输出系统包括硬盘、软盘、打印机、显示屏。

4.根据权利要求3所述的脑血流动力学分析仪器，其特征在于所述的连续波多普勒血流速度波形检测模块的频率为4M，所述脉冲式超声颈动脉管径检测模块频率为5M。

5.根据权利要求3或4所述的脑血流动力学分析仪器，其特征在于检测系统中的脉冲式超声颈动脉管径检测模块和计算机主板以及A/D卡通过无源底板上的ISA插槽并联，检测系统中的臂式电子血压测量模块与主板的串口相连，连续波多普勒血流速度波形检测模块与A/D卡相连。

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