CN1631319A

CN1631319A - 基于指端容积脉搏血流波无创检测血流参数的方法

Info

Publication number: CN1631319A
Application number: CN 200310121187
Authority: CN
Inventors: 罗志昌; 张松; 杨益民; 李旭雯
Original assignee: 罗志昌
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-06-29

Abstract

指端容积脉搏血流波无创检测血流参数的方法属于人体心血管参数检测技术领域。其特征是采用指端光电容积脉搏血流检测方法，通过指端容积脉搏血流和桡动脉脉搏压力的相互联系，并配合常规血压计的血压测量，共同对指端容积脉搏血流进行标定，从而得出11项血流参数指标，与传统的桡动脉脉搏压力波法相比，具有适应性、重复性和稳定性好等优点，特别适用于医学无创检查、临床监护、社区与家庭医疗保健以及远程医疗等领域。

Description

基于指端容积脉搏血流波无创检测血流参数的方法

技术领域指端容积脉搏血流波无创检测血流参数的方法属于人体心血管参数检测技术领域。

背景技术目前已开发应用的血流参数无创检测仪如TP-CBS(见发明专利“心血管参数无损伤检测法及装置”，专利号为87104261.4)，主要采用脉搏压力传感器检测桡动脉脉搏压力信号(图1)，它以一个与人体外周阻力、血管壁弹性和血液粘性等生理因素有关并相当于脉搏压力信号脉动分量的平均值和最大值之比的桡动脉脉搏压力波形系数K作为其特征点，并配合常规血压计收缩压P_s和舒张压P_d的测量，从而得到11项血流参数。这种方法的优点是无创性的，脉搏波信号只取一个特征点，比较简单，临床上易于实现。其缺点是对桡动脉检测点的位置要求十分严格，信号的适应性、稳定性和重复性都不够理想。在其它一些心血管血流参数无创检测仪器如“心血管参数测试装置”(见发明专利号ZL95241694.8)，它应用光发射器和光接收器等光电检测方法，以不同波长的光发射器发出的光照射手指，并通过一套机械装置去调节手指血管的压力状态。此时，光接收器和压力传感器分别测出血流和压力的波形图。通过血流图和压力波形图经计算机计算出心率、血流速度、心搏出量等10余项心血管参数。此方法由于采用光电检测方法，使信号的稳定性和重复性较好，但其复杂的机械装置，操作费时费事，在临床应用时十分不便。

发明内容本发明的目的在于提出一个基于指端容积脉搏血流波无创检测血流参数的方法。

本发明的原理是以指端容积脉搏血流为信息(图2)，根据桡动脉脉搏压力与指端容积脉搏血流两者的关系，并配合常规血压计测量收缩压P_s和舒张压P_d，共同对指端容积脉搏血流进行标定，从而得出心血管11项血流参数指标。所要解决的技术问题是如何建立桡动脉脉搏压力与指端容积脉搏血流两者的关系。由血流动力学可知，桡动脉脉搏压力P(t)的平均值P_m可以表示为

P_{m} = \frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} P (t) dt = P_{d} + K (P_{s} - P_{d}) - - - (1)

(图3)

指端容积脉搏血流Q(t)的平均值Q_m可表示为

Q_{m} = \frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} Q (t) dt = Q_{\min} + K^{'} (Q_{\max} - Q_{\min}) - - - (2)

(图4)

其中：P_s为收缩压；P_d为舒张压；

K = \frac{P_{m} - P_{d}}{P_{s} - P_{d}}

为桡动脉脉搏压力波形系数，可由桡动脉脉搏压力信号得出；

Q_max为指端容积脉搏血流最大值；Q_min为指端容积脉搏血流最小值；

K^{'} = \frac{Q_{m} - Q_{\min}}{Q_{\max} - Q_{\min}}

为指端容积脉搏血流波形系数，可由指端容积脉搏血流信号得出。

T为心动周期。

桡动脉脉搏压力与指端容积脉搏血流两者将通过外周阻力R联系起来，即

R = \frac{P_{m}}{Q_{m}}

因而指端容积脉搏血流与桡动脉脉搏压力两者之间的关系可表示为

Q_{m} = \frac{P_{m}}{R} = \frac{P_{d}}{R} + K \frac{P_{s} - P_{d}}{R} = Q_{\min} + K^{'} (Q_{\max} - Q_{\min}) - - - (3)

在上述关系式(3)中，P_s、P_d可通过常规血压计得出，只有K与R是未知数。

本发明所采用的技术方案特征为：

(1)采用脉搏压力传感器、光电容积脉搏血流传感器和常规血压计对青年、中年和老年各类人群检测P_s、P_d、P_m、Q_max、Q_min和Q_m参数，并分别计算桡动脉脉搏压力波形系数K和指端容积脉搏血流波形系数K′。通过上述各类人群K和K′的临床实测数据，在计算机中回归出K＝f(K′)的经验曲线(图5)，并存储在计算机中；

(2)对每一受试个体采用光电容积脉搏血流传感器检测指端容积脉搏血流信号，输入至计算机中读出心动周期T和计算出指端容积脉搏血流的波形系数K′，再根据存储在计算机中的K＝f(K′)曲线，自动找出桡动脉脉搏压力波形系数K；

(3)用常规血压计测量受试个体的P_s和P_d，由P_s、P_d和K按照桡动脉脉搏压力波确定血流参数的公式

R = \frac{K^{2}}{17} [\frac{P_{d}}{P_{s} - P_{d}} + K] \times 60

确定外周阻力R；

(4)根据指端容积脉搏血流与桡动脉脉搏压力之间的关系式(3)，由P_s、P_d、K和R共同对指端容积脉搏血流Q_m进行标定；

(5)根据在计算机中标定出的Q_m，即可得出心搏出量SV＝Q_mT。检测系统的硬件结构框图如图6所示，计算机内的计算过程可按图7所示的程序流程框图进行；

(6)心血管血流参数其它指标如脉压差P_s-P_d，平均动脉压P_m、心率f、心输出量CO、心搏指数SI、心脏指数CI、外周阻力R和血管顺应性AC都可由公知公式分别导出。

临床证实，本发明可达到预期目的。通过检测指端容积脉搏血流的方法，经标定后可以得到11项血流参数指标。图8为某健康成年人用指端容积脉搏血流法连续检测10次的结果与同步进行的桡动脉脉搏压力法连续检测10次结果的比较。表明其适应性、重复性和稳定性比之于桡动脉脉搏压力波法有很大的改善与提高，特别适用于心血管无创检测、临床监护、社区与家庭医疗保健以及远程医疗等领域。

附图说明

图1：脉搏压力传感器检测桡动脉脉搏压力信号；

1、手腕 2、桡动脉 3、脉搏压力传感器

图2：光电容积脉搏血流传感器检测指端容积脉搏血流信号；

1、手指 2、光电容积脉搏血流传感器

图3：桡动脉脉搏压力波形图；

图4：指端容积脉搏血流波形图；

图5：桡动脉脉搏压力波形系数K与指端容积脉搏血流波形系数K′关系的经验曲线；

图6：检测系统的硬件结构框图；

图7：检测系统的程序流程框图。

图8：某健康成年人指端容积脉搏血流法与桡动脉脉搏压力法心输出量检测的同步比较结果

具体实施方式以下将对某青年男性个体按上述顺序进行检测：

(1)由光电容积脉搏血流传感器在该个体指端检测出容积脉搏血流信号，输入计算机中读出心动周期

T = \frac{60}{f} = \frac{60}{75} = 0.8 s,

计算出指端容积脉搏血流波形系数

K^{'} = \frac{Q_{m} - Q_{\min}}{Q_{\max} - Q_{\min}} = 0.4;

(2)根据存储在计算机中的K＝f(K′)曲线，自动找出桡动脉脉搏压力波形系数K＝0.35；

(3)测量该个体血压，得出收缩压P_s＝120mmHg，舒张压P_d＝80mmHg，与K＝0.35一起代入外周阻力公式中，得

R = \frac{K^{2}}{17} [\frac{P_{d}}{P_{s} - P_{d}} + K] \times 60 = 1.0 PRU;

将P_s＝120mmHg，舒张压P_d＝80mmHg，K＝0.35和R＝1.0PRU一起代入公式

(4)

Q_{m} = \frac{P_{d}}{R} + K \frac{P_{s} - P_{d}}{R}

中即可标定出容积脉搏血流的平均值Q_m＝94ml/s

(5)心搏出量SV＝Q_mT＝94×0.8＝75.2ml/beat

(6)心输出量CO＝SV·f＝75.2×75＝5.6l/min

(7)由此导出其它血流参数。

用同样方法对人群中男性中年个体和老年高血压个体按上述顺序进行检测，其结果与被测个体的生理健康状况一致。

生理状况	Ps(mmHg)	P_d(mmHg)	f(1/min)	K′	SV(ml)	CO(1/min)	R(TPR)
生理状况	Ps(mmHg)	P_d(mmHg)	f(1/min)	K′	SV(ml)	CO(1/min)	R(TPR)	青年个体	120	80	75	0.4	75.2	5.6	1.0
中年个体	120	80	72	0.51	61.3	4.41	1.3	青年个体	120	80	75	0.4	75.2	5.6	1.0
中年个体	120	80	72	0.51	61.3	4.41	1.3	老年高血压个体	130	90	70	0.55	54.5	3.8	1.7

Claims

1)基于指端容积脉搏血流波无创检测血流参数的方法含有由桡动脉脉搏压力波确定血流参数的步骤，其特征在于：它是以指端容积脉搏血流为信息，依据桡动脉脉搏压力波形系数K与指端容积脉搏血流波形系数K′两者关系的经验曲线，配合常规血压计的血压测量，共同对容积脉搏血流进行标定；本发明依次包括以下步骤：

(1)采用脉搏压力传感器、光电容积脉搏血流传感器和常规血压计对青年、中年和老年各类人群检测收缩压P_s、舒张压P_d、脉搏压力平均值P_m、指端容积脉搏血流最大值Q_max、指端容积脉搏血流最小值Q_min、和指端容积脉搏血流的平均值Q_m，并分别计算出桡动脉脉搏压力波形系数

K = \frac{P_{m} - P_{d}}{P_{s} - P_{d}}

和指端容积脉搏血流波形系数

K^{'} = \frac{Q_{m} - Q_{\min}}{Q_{\max} - Q_{\min}},

通过上述各类人群的K和K′的临床实测数据，在计算机中回归出K＝f(K′)的经验曲线，并存储在计算机中；

(2)对每一受试个体采用光电容积脉搏血流传感器检测指端容积脉搏血流信号，输至计算机中，读出其心动周期T并计算其波形系数K′，按照上述K＝f(K′)曲线，计算机自动找出K；

(3)用常规血压计测量受试个体P_s和P_d，由P_s、P_d和K根据桡动脉脉搏压力波确定血流参数的公式

R = \frac{K^{2}}{17} [\frac{P_{d}}{P_{s} - P_{d}} + K] \times 60

确定外周阻力R；

(4)根据指端容积脉搏血流与桡动脉脉搏压力之间的关系式

Q_{m} = \frac{P_{m}}{R} = \frac{P_{d}}{R} + K \frac{P_{s} - P_{d}}{R} = Q_{\min} + K^{'} (Q_{\max} - Q_{\min}),

由P_s、P_d、K和R共同对指端容积脉搏血流Q_m进行标定；

(5)根据Q_m、T即可得出心搏出量SV＝Q_mT，并按公知的血流参数公式导出其它指标。