CN2522034Y - 导纳式双侧脑血流自动检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种导纳式双侧脑血流自动检测仪，由位于机壳内部三层板上及机壳上的计算机部件、变压器、导联线、测试盒构成；设有电路：恒流源、左脑导纳、右脑导纳、心电，后三者分别与八选一开关连接，经数模转换器、单片机、光电隔离器，与计算机串口相连；将导纳增量ΔY作傅立叶变换，绘功率谱和频谱图；用ΔY、dy/dt合成相及微分环并计算环的面积；该检测仪克服了基础阻抗的影响，结果重复性稳定，能快速、无创伤地自动检测。

Description

导纳式双侧脑血流自动检测仪

本实用新型涉及一种导纳式双侧脑血流自动检测仪。具体地讲，涉及一种采用脑导纳微分环与脑导纳频谱分析结合的无创伤、自动检测双侧脑血流的检测仪。

现有技术的双侧脑血流检测仪，通常采用阻抗法。体表阻抗图表示身体某一部位的电阻抗变化，反映了体内某一容积的变化，可用来表示体内物质或功能的改变；但是，人体表的阻抗往往受到基础阻抗的严重影响，使得检测结果重复性差、数据可信度低。

本实用新型的目的在于提供一种重复性好、结果稳定的双侧脑血流检测仪，即一种导纳式双侧脑血流检测仪。

本实用新型的目的通过以下设计实现的：左、右脑导纳/阻抗采样电极、心电采样电极在人体指定部位取得模拟信号，经放大、滤波、增益调节后，送八选一电子开关，由数模转换器(A/D)转换成数字量，再由单片机处理、光电隔离、串口输入给计算机，计算出双侧脑导纳变化ΔY及其微分dy/dt，并绘出该导纳的功率频谱图、频谱图；同时将ΔY及dy/dt合成相，进而得到微分环并计算环面积，将频谱分析结果及微分环面积和大量临床验证的对应数据比较，即可得到检测结果。

本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪，由计算机部件、电源隔离变压器、机壳、位于机壳下面的底座、导联线、导联线插孔、测试盒构成，底座的下面还可安装脚轮；其中：测试盒由盒体、测试板、测试板插座构成；导联线由输入导联线及输出导联线组成；导联线的一端与测试板插座相连，另一端与人体指定部位接触，其中部固定于导联线插孔上；机壳上面设有显示器、电源总开关、薄膜键盘、计算机开关、软驱、光驱、鼠标，导联线插孔位于机壳的侧面，机壳的正面设有前门、打印机出纸口、音箱孔，机壳背面设有电源线、计算机串口、信号线、风扇，机壳内部第一层板上设有电源隔离变压器、接线排、音箱，打印机位于机壳内部第二层板上，机壳内部第三层板上设有硬盘、主板、ATX电源、测试盒；测试板上设有由依次相连的八选一电子开关、数模转换器、单片机、光电隔离器、与计算机串口联结的串口输出线构成的单片机控制电路，测试板上还设有以下电路：恒流源、左脑导纳、右脑导纳、心电；恒流源电路的输出电极与输出导联线联接，其频率为20-100KHZ，电流强度为0.5-4mA；左脑导纳电路由依次相连的左脑导纳/阻抗采样电极、导纳/阻抗前置放大器、检波、滤波、还与单片机控制电路的八选一电子开关连接的放大、导纳/阻抗变化量一级放大、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的导纳/阻抗变化量第二级放大构成；右脑导纳电路由依次相连的右脑导纳/阻抗采样电极、导纳/阻抗前置放大器、检波、滤波、还与单片机控制电路的八选一电子开关连接的放大、导纳/阻抗变化量一级放大、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的导纳/阻抗变化量二级放大构成；心电电路由依次相连的心电采集电极、心电前置放大、滤波放大、50HZ陷波、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的增益调节构成；左脑导纳/阻抗采样电极、右脑导纳/阻抗采样电极和心电采集电极与对应的输入导联线相联；由左脑、右脑导纳电路的放大电路输出，最后经计算机串口得到左脑、右脑导纳/阻抗数据Y/Z，由左脑、右脑导纳电路的导纳/阻抗变化量二级放大输出，最后经计算机串口得到左脑、右脑导纳/阻抗变化量数据ΔY及其变化速度数据dy/dt，将ΔY进行数字信号傅立叶变换处理，然后绘制左脑、右脑导纳功率谱图和频谱图；将ΔY、dy/dt分别输入到横座标、纵座标，合成相，由相得到微分环并计算微分环的面积；将分析处理结果显示、打印输出。

本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪，所述相的合成是指：

    快流入相由ΔY的1-3与dy/dt的1-3段曲线合成；

    慢流入相由ΔY的3-5与dy/dt的3-5段曲线合成；

    重搏波相由ΔY的5-7与dy/dt的5-7段曲线合成；

    静脉回流相由ΔY的7-9与y/dt的7-9段曲线合成。

本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪，所述微分环的面积分成快流入相面积、慢流入相面积、重搏波相面积、静脉回流相面积、总微分环面积。

作为本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪的进一步改进，所述的恒流源电路的输出，其频率为50KHZ，电流强度为4mA。

本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪的优点，由于对脑导纳图同时进行频谱分析和导纳微分环分析，克服了基础阻抗(Zo)的影响；又因采用的电路设计合理，其抗干扰能力强；该无创伤自动检测仪的检测结果重复性好、数据稳定、可靠。

本实用新型的导纳式血液循环自动检测仪，在其机壳内的最下层的第一层板上所设的电源隔离变压器，可以防止外线电压波动，使外电与本仪器彻底隔离，从而保证人身安全；另外，该变压器耐压可达4000伏以上，符合我国关于医疗器械的安全设计标准要求。

本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪，通过两组测量电极，即左脑导纳/阻抗采样电极和右脑导纳/阻抗采样电极，与相应的输入导联线联结，安放于人体脑部的不同位置，可测得相应的血流状况：一组置于左右两侧眉弓的上方，另一组于左右耳后乳突部，可检测左右大脑半球供血情况；一组置于左右两侧枕骨的下缘，另一组于左右耳后乳突部，可检测椎荃底动脉颅内段的血流情况；还可检测额-额、额-顶、顶-枕、额-颈等部位的脑血流；恒流源的输出电极，即电源电极，对应于输出导联线，安放于前额中部和枕粗隆下发际边缘；心电采集电极，与相应的输入导联线联结，置于左右上肢内关处、右下肢三阴交处。

下面结合有关附图，对本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪的工作原理进行说明，以便更清楚地理解本实用新型所述的检测仪，其中：

图1是本实用新型所述的典型脑导纳图波的组合命名及测量图，；

图2是本实用新型所述的脑导纳额-乳导联常见的ΔY与dy/dt波形图；

图3是本实用新型所述的典型脑导纳图波额-乳导联的ΔY与dy/dt同步记录；

图4是本实用新型所述的典型的额-乳导联的脑导纳变化曲线；

图5是本实用新型所述的典型额-乳导联测得的导纳变化速度(dy/dt)曲线；

图6是本实用新型所述的典型脑导纳图波由额-乳导联测得的ΔY与(dy/dt)合成的脑导纳微分环波形；

图7是脑阻抗图和脑阻抗微分图之间的关系；

图8为一正常人的功率谱图，左右两侧对称，图线重合。

图9为一病人的功率谱图；

图10为一左侧脑血管瘤患者导纳频谱图；

图11为图10相应的导纳图；

图12为一个最简单的正弦振动形式。

图13为二个频率1∶2的谐振动合成的一周期性振动；

图14为一锯齿形振动分解为一系列谐振动；

图15是以横坐标为频率、纵坐标为振幅的频谱图；

本实用新型所述阻抗，在数值上相当于通过电流强度为1单位时刻物体两端的电势差，此电势差愈大，表明阻抗愈大；阻抗是电阻和电抗的矢量和，即 式中“Z”代表阻抗，“R”代表电阻，“X”代表电抗，当有电流时，电阻是生热元件，称为有功阻抗。电抗是不生热原件，称为无功阻抗；电抗可分为容抗(X_C)和感抗(X_L)。对于体内物质来说，感抗是可以忽视的(X_L≈0)，而容抗却不可忽略；因为体内含有电容不同的各种物质，处处存在不可忽视的电容。而X_C又与通电频率有关，即X_C＝1/ωC＝1/2πfc(式中ω代表圆频率，ω和通电频率(f)之间的关系为ω＝2πf，C代表电容)；由此可知，当通电频率足够大时(正常选用20-100KHZ之间)X_C≈0，这就是说，当通电频率相当高时，对于人体 即可以把体内物质的阻抗看成只是由纯电阻构成的，容抗可以忽略不计，根据这一原理，把机体作为电阻，输出适当频率和强度(10-100KHZ，0.5-4mA)的恒定电流通过被测组织，拾取这段组织的电阻变化信号，即可代表该组织的阻抗变化；由于电压和电流恒定，阻抗只与该组织的长度(L)横截面积(A)和电阻率(ρ)有关，即Z＝R＝ρL/A；不同组织的电阻率值是不一样的，血液的ρ值最小，当被测组织内含血量增加时，阻抗便减小，反之亦然，因此，测量该组织阻抗的变化能反映这段组织内血量的变化。；测定人体阻抗选取用的频率一般是在20-100KHz之间，频率如果太低，容易产生刺激和激化作用，不利于提高电流强度，以增加信嗓比，频率如果太高，又容易使体内产生较多的热量。

假设一充满血流的血管为圆柱体导体，其长度为L，横截面积为A，容积为V，轴向阻抗为R，电阻率为ρ，在长度不变的条件下，电阻抗与容积之间的变化关系可以根据电阻公式并求一阶导数给出。

即：R＝ρL/A＝ρL²/V

求导数：dR/dV＝-ρL²/V²

并且：V＝ρL²/R   dV＝-ρL²dR/R²      (1-1)

对于交流电，设阻抗为Z，则应为

dV＝-ρL²dZ/Z²                        (1-2)

(1-1)与(1-2)是阻抗图容积理论的最基本公式，它们表示圆柱形导体的体积改变和阻抗改变之间的关系，表明体积改变量与原体积的比值和阻抗改变量与阻抗的比值是相等的，当体积增大时，阻抗减小(注意式中符号)。

将阻抗对时间求一阶导数(dz/dt)即可表示阻抗的变化速度，并可用以反映体内某一容积(如血管容积)的变化速率，称为阻抗一阶导数图或阻抗微分图。

如果结合Windkessel模型来分析这个问题，因为一段血管容积的瞬时增量是由同时进入这段血管的瞬时血量来维持的，所以血管容积的变化速率实际上同进入这段血管的血液量(Q)是相等的，因此可以认为阻抗微分图反映的是血管中的瞬时流量的变化。用于这种目的的阻抗图，习惯上又常称之为血流(Rheogram)。

阻抗图(ΔZ)的上升之处，见附图7，因在较短的时间内阻抗的变化很大，表明血管容积的变化速率也很大。与之相对应，在阻抗微分图(dz/dt)上出现一一度很大的Z波，这个Z波幅度称为(dz/dt|max)，可以表示血管的最大扩张速度，反映充盈血管的最大瞬时流量。因此在血管开始回缩时，阻抗图从峰点下降，在阻抗微分图上出现X波，其幅度可以代表血管回缩速度；当血管在扩张时，在阻抗图切迹后形成重搏波后的上升支在阻抗微分图上出现与之相对应的O波，它的幅度可以代表血管的再扩张速度；最后，在血管缓慢的再缩小过程中，阻抗图形成重搏波后的下降支，在微分图上出现幅度较小的S波，它表示血管的再缩小速度。

Z、X、O、S四个波是阻抗微分图(见附图7)上的四个主要部分。在S，Z之间有时会出现一个波，称之为A波，它与心房收缩射血有关，如果Z波幅度增大，即表示血管扩张速度较快，如果S波幅度增大，则表示血管再缩小速度较快。

总之，如果说阻抗图可以代表容积改变的话，阻抗微分图则可以代表血管容积改变的速率，从而可以代表通过血管模截面的瞬时流量的变化情况，因此，依靠分析阻抗微分图的波形改变，可以间接的了解血流情况。

电导纳图是在电阻抗图的基础上发展起来的，导纳图技术是用测定体表两点之间的导纳变化来反映体内物质或功能方面的情况，以探测生物信息，与阻抗图比较，利用导纳图测量血管容积变化公式严密，不需要测基础阻抗，并且便于遥测，因而有明显的优点；特别是导纳图及其微分图波幅的大小，不像阻抗图及其微分图那样受基础阻抗大小的严重影响。因此对于以波幅作为参量的一些测量方法，导纳图技术要比其技术更好。

根据物理学定义，导纳(Y)是阻抗(Z)的倒数，即：

Y＝1/Z  (2-1)

如果不考虑电容和电感的存在，假设导纳只是由电导(G)形成的，则：

Y＝G＝1/R  (2-2)

式(2-1)和(2-2)中阻抗和电阻(R)的单位皆取欧姆(Ω)，而导纳和电导的单位为西门子(S)

如图34所示，设有一导电均匀、长度不变的圆柱体，长度为L，横截面积为A，电阻率为ρ，由电阻公式可知：

R＝ρL/A＝ρL²/V

G＝V/ρL²

也就是：Y＝V/ρL²；V＝ρL²Y(2-3)

假设ρ和L都是不变的，而Y随V而变，则：ΔV＝ρL²ΔY，如果用求导数的方法计算，则可得出：dV＝ρL²dY  (2-4)

式(2-3)和(2-4)是导纳最基本的公式，和阻抗图技术一样，导纳图的测量也是不能把电极直接放在血管上的，采用体表电极时，就必须考虑血管外的其它因素，因此在分析导纳图的测量原理时，也需要使用并联模型。

根据园柱体并联模型，设G₁为血管的电导，G₂为血管外其它组织的等效电导，而Y₀为它们并联结果的电导，即基础导纳。并设G₃为血管扩张所出现的电导，这部分电导与基础导纳并联的结果即总导纳为Y

则：Y₀＝G₁+G₂＝A₁/ρ₁L+A₂/ρ₂L；(a)

    Y＝Y₀+G₃＝Y₀+ΔA/ρ₁L；     (b)

式(a)和(b)中ρ₁代表血液的电阻率，ρ₂为血管外其他组织的等效电阻率，A₁为血管的横截面积，A₂为血管外其它组织的横截面积，ΔA为血管的扩张面积，L为园柱体模型的长度。

由式(b)可得：ΔY＝Y-Y₀＝ΔA/ρ₁L＝ΔV/ρ₁L²；

             ΔV＝ρ₁L²ΔY        (2-5)

所以式(2-5)在形式上同式(2-3)相同，但两式所代表的意义已不完全一样。式(2-3)是单一园柱体模型，或者说单一血管的。式(2-5)是并联模型的，或者说除了血管外还含有其它组织的，不过假定其它组织的导纳不变。两式虽然含义不同，但形式完全一样，计算结果一致。

如果同阻抗图的计算公式对照一下，可以看出阻抗图与导纳图的算式不同。单一血管的阻抗图公式与并联模型的阻抗图公式在形式上也是不同的：

单一血管园柱体模型公式为：ΔV＝-ρ₁L²ΔZ/Z²

而并联模型的公式为：ΔV＝-ρ₁L²ΔZ/Z₀ ²

两式比较，Z是血管本身的园柱体模型阻抗，而Z₀是包含血管外其它组织在内的并联模型的基础阻抗，Z≠Z₀。两式符号不同，所含因子不同，计算结果也不一致。

上述推导和对比表明，根据并联模型来分析，导纳图的计算公式比阻抗图的计算公式更为严密合理，适于实际应用。式中不含Z₀与Y₀项。误差较小；因此，本实用新型的研究人员认为，在以图上的波幅和纵轴大小作为参数来分析血管和血流的情况的话，导纳图和导纳微分图显然比阻抗图和阻抗微分图更为合理。

脑导纳图是指头部表面测出来的导纳变化，所述的变化来源于搏动性的血管容积和血流速度的变化，籍此可反映脑血管的功能状态，进而推断某些疾病。

脑血流的波形及其形成原理，正常脑血流检测，多采用额乳和枕乳导联，其ΔY与dy/dt见附图1、2的波形图所示。

脑ΔY波形可见图1，包括：

上升支——即由基线起陡直上升至顶点。当心脏收缩时，血液由左心室射入主动脉，在快速射血期，头部血容量迅速增加，血流速度较快；此时脑血管扩张，血流量增加，头部脑导纳升高形成了脑导纳图波形的陡直上升支。

下降支——由重搏前波(S’波)、重搏波前切迹(降中峡)、重搏波(D波)及重搏后波(D’波)组成，在心脏缓慢射血期，血流量减小，血流速度减慢，扩张的主动脉与颈动脉回缩，脑血流量较前减少，形成降支前面，即S’波。

房缩波(A波)——在下降支后出现的一个小的正向波。右心室在等容舒张期末，压力低于右心房，三尖瓣开放，血液从右心房迅速流入右心室，右心房压力很快下降，又一次促进外周静脉内血液向右心房回流。头部静脉回流加快，血容量降低，促使脑血流下降支进一步下降。当颅内静脉回流障碍时，出现一个正向波，此波在下降支末端，下一组波开始之前，称房缩波(A波)。

脑dy/dt波形，见附图3，可以看到dy/dt波形由以下组成：

1、C波：为第一个高大的正向波，升支起点可定为B点，标志着主动脉瓣开放，脑部动脑开始扩张，达到波峰顶点时，扩张速度达到最大，回到基线时，扩张停止。此波与左心室的快速射血期相对应。各种原因造成脑动脉流入阻力增大时，C波的波形及幅值均会发生改变和降低。

2、X波：此波为继C波之后的一个负相波，此波的X点与主动脉瓣关闭点相对应。因为此波处于左室的缓慢射血期，所以此波的幅度与X点的明显性与左心室缓慢射血期中脑动脉的缓慢灌注程度以及主动脉瓣的功能状态有关，当脑动脉压力增高及主动脉瓣关闭不全时，此波的幅度与X点的明显性均下降和不明显。

3、O波：此波为继X波之后的一个正相波，该波处于左室的早期舒张时间，该期反映脑动脉血管内血液向周围循环流动的程度。当脑动脉硬化时，循环阻力加大，此波幅度就会降低。

4、Y波：此波为继O波之后的又一个负向波。该波处于左室的晚期舒张时间，它一方面反映了动脉血继续向周围循环灌注的情况，同时也反映了静脉血的回流情况。由于此二因素中静脉回流情况多易受各类脑部疾病的影响而发生波动性变化，因此该波的幅度与波型主要与静脉回流有关。当各种疾病造成脑静脉回流阻力增大时，此波的幅度会明显增大。

虽然导纳图的检测结果比较阻抗图较少受基础阻抗的影响，但是进一步的研究表明，导纳微分环的相组成和形状面积的变化与人体器官病变以及血流的变化有着更加密切的关联，下面的内容同样证明了各器官导纳微分环与对应器官病变的相关程度，而这种较高的关联程度结合现有技术中的其他手段，例如采用计算机对各相面积的计算、对微分环特定部位的切线分析、某特定形状在统计意义上有关联的对应的临床症状等等，就可以构成了本实用新型所述方法的基础，另外，由于导纳图频谱分析的引入，使得定量化分析成为现实。

首先，研究人员在下面详细描述脑导纳微分环的合成、分相与临床意义，如前所述，根据导纳原理，给头部特定部位施加一个恒压源，通过一定导联部位的两个电极可以测出其电流变化，此电流变化可以代表导纳变化(ΔY)，而导纳变化又反映了两测量电极间血管容积的变化。

从图4可见，导纳变化曲线从0点开始，此时脑务管尚未扩张，此时的导纳值为Y₀；当曲线上升至1点时，导纳变化值达最大，表示血管扩张至最大程度；当曲线下降到2点时，导纳减小，表示血管回缩；当曲线达到3点时，导纳值又开始增加，表示血管再次扩张；当曲线回复至4点时，导纳值又继续减小，直到Y₀值，表示血管回缩至未扩张前状态。因此，从导纳变化的角度看，此曲线反映了导纳增大——减小——再增大——再减小——直至达到Y₀值的动态变化过程；而从血管容积变化的角度看，则应看做为血管扩张——回缩——再扩张——再回缩直至缓慢回缩至扩张前状态这一个动态变化过程。

因此，导纳变化(ΔY)曲线实际是一个反映血管容积变化的曲线，此曲线与血流量并无直接关系。

根据导纳微分理论，可以得到导纳变化对时间的一阶导数曲线，即导纳变化速度曲线(dy/dt)(见图5)。

从图5中可看出，曲线处在O点时正好在基线上，因为此基线是变化速度为0的一条线，所以O点的变化速度为0；当曲线上升至1点时，此时导纳的增大变化速度达到最大(dy/dt|max)，表明此时血管扩张达到最大速度，当曲线下降至2点时，此时的导纳变化速度为0，即血管已扩张达到最大程度；当曲线下降至基线以下的3点时，此时导纳的减小速度变化达到最大值，表明血管回缩速度达到最大值；当曲线再次上升至4点时，此时导纳变化速度为零，表示血管回缩达到最大程度；当曲线再次上升到5点时，此时导纳再次增大的变化速度达到最大值，表明血管再次扩张的变化速度达到最大值；当曲线再次下降至6点时，此时导纳变化速度为零，表明血管再次扩张至最大程度；当曲线继续下降至7点时，此时导纳再次减小的速度达到最大值，表明血管再次回缩速度达到最大值；当曲线恢复至8点时，此时导纳变化速度为零，表明血管已回缩时扩张前状态。

导纳的变化速度曲线(dy/dt)与血流量间有较密切的联系，因为血管容积的变化速度与单位时间内通过该血管横截面积的血流量是呈正比的。

为了综合反映血管的容积变化与容积变化速率，我们将ΔY与dy/dt两条曲线送入由计算机建立的直角作标系中的X轴与Y轴，可以得到图6的图形。

图6反映了由ΔY与(dy/dt)合成的脑导纳微分环波形，此图形根据头部脑血管的收缩与舒张期可划分为四个相。

I(S₁)相是同ΔY的1-3段与(dy/dt)的1-3段曲线合成的，此相主要反映由于左心室的快速射血造成的头部血管的快速扩张过程，即快速扩张过程的程度和速度，实际上也可以说是反映头部血管的扩张程度和进入头部的动脉血流量。

II(S₂)相是由ΔY的3-5段与dy/dt的3-5段合成的，此相主要反映左心室由快速射血转入缓慢射血时导致头部血管的轻度回缩，所以该相面积大小与形状可反映左心室缓慢射血期进入头部的血流量大小。

III(S₃)相是由ΔY的5-7段与dy/dt的5-7段合成的，该相起始部与主动脉瓣关闭相对应，由于主动脉瓣关闭，血流冲击主动脉造成一个冲击波，因此III相的面积与形状除与主动脉瓣的关闭功能有关外，同时也反映头部所测部位动脉的弹性大小，当主动脉瓣关闭不全或头部动脉血管弹性减小时，该相面积会减小甚至消失。

IV(S₄)相是由ΔY的7-9段与(dy/dt)的7-9段合成的，由此段处于心脏的缓慢舒张期，因此，此相的面积与形状除与头部动脉血流由主动脉弹性回缩，推动血液继续向周围循环流动有关外，还包括有静波回流波的成份。

为了进一步验证脑导纳环各相面积的临床意义和可信性，我们做了大量的动物实验以验证各相面积的意义(见附表2、3)。

从附表2中可见，当夹闭犬一侧颈内动脉时，I相面积与全环面积均见明显缩小(P＜0.01)；说明脑导纳微分环的面积可以反映流入脑部血流量的多少。

从表3中可见，当将犬颅骨钻洞后置入一可容水的皮囊，并向囊内注水造成颅内实验性占位性病变，导致颅内压升高时，IV相面积明显增大(P＜0.01)，这说明IV可明显反映颅内静脉回流阻力的大小。

总之，脑导纳微分环技术的应用，不仅可以综合性的反映颅内血管可扩张程度、扩张速度、流入血流量、动脉弹性及静脉回流阻力大小等多种指标，更重要的是可以将以上指标定量化。

脑导纳图的横坐标为时间(单位取S)，纵坐标为导纳的改变量(单位取mS)，表示导纳的改变量随时间的变化情况，因为导纳的变化量与血管容积的变化量有关，所以脑导纳图可以间接地反映血管容积的改变量随时间的变化情况，利用图形和图上的各项指标可以分析血管容积在一个心动周期时间内的变化情况，这种分析方法称之为时域分析，进行时域分析时，可选用的指标有限，图形分析也只能作目测划分，缺乏定量标准。

综上所述，大量的检测临床证明，导纳图除幅值指标比较稳定外，其波形的形态特点其重复性也是非常好的，一个人其波形的形态，在任何时间重复都是基本一致的，而对应的导纳微分环的相关程度更高。

为了区别与分析各种不同类型患者的特定部位的导纳波形改变的特点与分类，本实用新型所述的检测仪还采用了对导纳图进行频谱分析，通过大量相同器官不同类型疾病患者导纳图的检测积累，可以寻找出波形改变的规律性及临床意义。

频谱分析导纳图是一种作为疾病快速诊断或在此基础上构造快速检测仪的新手段，它在理论上完全不同于建立在时间域和幅值域分析基础上的传统阻抗图和导纳图，它的理论基础是导纳图的频谱分析。

导纳频谱图实际上包含两方面的意义，即功率谱和频率密度谱，为了解功率谱的基本意义，首先要弄清楚导纳图中为什么含有不同的频率，我们以振动为例简单地加以说明，一个振动，如果它的位移随时间按正弦(或余弦)规律变化(见图12)，则称为谐振动，这是最简单的振动形式。

一般的周期性振动，可以认为是由许多不同频率的振动合成的，或者说其中含有许多不同的各种周期频率和不同振幅和谐振动。

图13中的S表示一个周期性振动，可以说它是由谐振动S1和谐振动S2合成的；S1的频率和振幅与S2的频率和振幅不同，S1的频率是S2的频率的两倍，可见由两个不同频率的谐振动可以合成一个周期性振动，也可以说在一个普通的周期性振动中含有不同频率的谐振动。

图14中(A)表示一个锯凿形振动，(B)表示这个锯凿形振动中含有许多频率不同及振幅不同的谐振动，高频项取的越多就越接近于锯齿形(虚线)。

如果以横坐标代表频率，以纵坐标代表振幅，则可以形成频谱图，如图15所示。

与之相似，如果我们想从能量方面来表达谐振动的强度，取功率为纵坐标，则可形成功率谱图。

借用这种技术来分析脑血流(脑导纳图)，则可以拓宽分析领域，特别是可以将脑导纳图的波型问题定量化。

将这种频域分析方法与现有时域分析方法结合起来，将使脑导纳图及导纳微分环技术，更加先进。

作为导纳频谱图实际上包含两方面的意义：一是导纳图的功率谱；功率谱全称叫均方自功率谱密度函数，它是每一导纳图每一频率成份功率分布的反映；在导纳频谱图上它建立在纵座标上，由于功率值变化范围很大，所以，纵座标所取值的单位采用对数值，即1个单位是10倍，2个单位是100倍，3个单位是1000倍…，因此它所取的单位是分贝(db)。

二是导纳图的频率密度谱，即任意波形经Fourier变换后，其频率域所表示的图形。

如将任意波形不同频率不同振幅的正弦波投影到频率轴上，就形成了导纳图的频谱图，见附图15。

在导纳频谱图上，其横座标即是频率轴，它的单位是赫兹(Hz)。

导纳频谱可以应用于心、脑、胃等体内各脏器的导纳分析技术中。

图9为一正常人的功率谱图，左右两侧对称，图线重合。

图10为一病人的功率谱图，左右不重合，左侧功率能量明显低于右侧，该图是左侧脑血管瘤患者导纳频谱图，左右两侧不重合，峰点错开，峰点频率值不同，反映左右两侧血管壁结构不同。

上述描述或证据表明，采用导纳微分环分析和导纳的频谱分析的联用在导纳图能够克服基础阻抗影响的基础上，更加适宜利用计算机进行分析和统计，使得检测方法和以此方法构造的检测具有重复性稳定、可靠、迅速的特点，相面积和波形的定量化使之更加适宜作为自动检测仪的分析基础。

本实用新型所述的检测仪的工作过程简述如下(见图24)：

首先，调整恒流恒压源的信号，然后用适宜的电极从人体的指定部位获取生理信号，将信号进行滤波和放大并将其进行A/D转换，所得到的数字信号再滤波以去除干扰，然后调整基线。

得到左、右脑导纳变化量ΔY并对ΔY进行微分得到dy/dt，然后将数据分成二路：

其中一路对所得到ΔY进行数字信号傅立叶变换处理，然后进行功率谱图和频谱图的绘制，由计算机将绘制的频谱图和计算机中存放的已经得到大量临床验证的频谱图进行比较，即智能特征分析，诊断出可能的疾病。

另一路则用来绘制导纳微分环，在直角坐标系中设ΔY为横轴，dy/dt为纵轴，即将ΔY、dy/dt分别投影到纵轴、横轴得到微分环，由计算机算出微分环的面积并进行处理，所述的面积处理分成5个部分，即快流入相面积、慢流入相面积、重搏波相面积、静脉回流相面积、总环面积，将得到的各相面积与计算机中存放的已经得到临床验证的微分环的各相面积比较，即智能特征分析，诊断出可能的疾病。

最终，将微分环的分析结果和频谱分析结果综合考虑，得出被检测者可能的器官病变的结论。

本实用新型提出的对脑导纳图同时进行频谱分析和导纳微分环分析，这种联用技术克服了基础阻抗(Zo)的影响，使得本实用新型所述的检测仪的重复性好、结果稳定、数据可靠。

下面结合实施例，对本实用新型的导纳式双侧脑血流自动检测仪作进一步说明。

图16为本实施例的导纳式双侧脑血流自动检测仪测试板的组成方框图；

图17为本实施例所述检测仪测试板的恒流源电路图；

图18为本实施例所述检测仪测试板的心电电路图；

图19为本实施例所述检测仪测试板的左脑及右脑的导纳电路图；

图20为本实施例所述检测仪测试板单片机控制电路的电路图；

图21为本实施例所述检测仪部件位置示意图；

图22为本实施例所述检测仪部件联结图；

图23为本实施例所述检测仪的立体构成示意图。

参见图16-图23。

本实用新型实施例的导纳式双侧脑血流自动检测仪，由计算机部件、电源隔离变压器、机壳4、位于机壳4下面的底座5、导联线、导联线插孔10、测试盒构成，底座5的下面还可安装脚轮14；其中：测试盒由盒体、测试板、测试板插座构成；导联线由输入导联线及输出导联线组成；导联线的一端与测试板插座相连，另一端与人体指定部位接触，其中部固定于导联线插孔10上；机壳4上面设有显示器1、电源总开关2、薄膜键盘3、计算机开关6、软驱7、光驱8、鼠标9，导联线插孔10位于机壳4的侧面，机壳4的正面设有前门11、打印机出纸口12、音箱孔13，机壳4背面设有电源线、计算机串口、信号线、风扇，机壳4内部第一层板上设有电源隔离变压器、接线排、音箱，打印机位于机壳4内部第二层板上，机壳4内部第三层板上设有硬盘、主板、ATX电源、测试盒；次测试板上设有由依次相连的八选一电子开关、数模转换器、单片机、光电隔离器、与计算机串口联结的串口输出线构成的单片机控制电路，测试板上还设有以下电路：恒流源、左脑导纳、右脑导纳、心电；恒流源电路的输出电极与输出导联线联接，其频率为50KHZ，电流强度为4mA；左脑导纳电路由依次相连的左脑导纳/阻抗采样电极、导纳/阻抗前置放大器、检波、滤波、还与单片机控制电路的八选一电子开关连接的放大、导纳/阻抗变化量一级放大、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的导纳/阻抗变化量第二级放大构成；右脑导纳电路由依次相连的右脑导纳/阻抗采样电极、导纳/阻抗前置放大器、检波、滤波、还与单片机控制电路的八选一电子开关连接的放大、导纳/阻抗变化量一级放大、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的导纳/阻抗变化量二级放大构成；心电电路由依次相连的心电采集电极、心电前置放大、滤波放大、50HZ陷波、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的增益调节构成；左脑导纳/阻抗采样电极、右脑导纳/阻抗采样电极和心电采集电极与对应的输入导联线相联；由左脑、右脑导纳电路的放大电路输出，最后经计算机串口得到左脑、右脑导纳/阻抗数据Y/Z，由左脑、右脑导纳电路的导纳/阻抗变化量二级放大输出，最后经计算机串口得到左脑、右脑导纳/阻抗变化量数据ΔY及其变化速度数据dy/dt，将ΔY进行数字信号傅立叶变换处理，然后绘制左脑、右脑导纳功率谱图和频谱图；将ΔY、dy/dt分别输入到横座标、纵座标，合成相，由相得到微分环并计算微分环的面积；最后，将分析处理结果显示、打印输出。

本实施例的导纳式双侧脑血流自动检测仪，的导纳式双侧脑血流自动检测仪，所述相的合成是指：

    快流入相由ΔY的1-3与dy/dt的1-3段曲线合成；

    慢流入相由ΔY的3-5与dy/dt的3-5段曲线合成；

    重搏波相由ΔY的5-7与dy/dt的5-7段曲线合成；

    静脉回流相由ΔY的7-9与y/dt的7-9段曲线合成。

本实施例的导纳式双侧脑血流自动检测仪，所述微分环的面积分成快流入相面积、慢流入相面积、重搏波相面积、静脉回流相面积、总微分环面积。

下面结合附图，简要地说明本实施例所述自动检测仪的各电路工作过程，所用主要器件及其相互连接关系。

图16为所述检测仪测试板的组成方框图。测试板上设有由依次相连的八选一电子开关、数模转换器、单片机、光电隔离器、与计算机串口联结的串口输出线构成的单片机控制电路，以及以下电路：恒流源、左脑导纳、右脑导纳、心电；心电采集电极(1，2，3)信号由对应的输入导联线通过测试板插座(5PG1)的脚(1，3，2)提供；左脑导纳/阻抗采样电极(4，5)信号，由对应的输入导联线通过5PG1的脚(10，11)提供，电路图中用(TESTP1+，TESTP1-)表示；右脑导纳/阻抗采样电极(6，7)信号由对应的输入导联线通过5PG1的脚(12，13)提供，电路图中用(TESTP2+，TESTP2-)表示；恒流源电路的输出电极(8，9)通过5PG1的脚(8，9)与输出导联线相联，电路图中用(EP+，EP-)表示；经放大后的心电、左脑、右脑生理模拟信号送单片机控制电路的八选一电子开关后，分别作数模转换(A/D)，转换成数字量，再由单片机、光电隔离器、串行输出线经插头6PUG1联至计算机串口，用以进行数据处理。

图17为恒流源电路图。主要由稳压集成电路、高频振荡电路、功率放大电路组成，分别由集成块79L09、78L09，三极管9013、9012完成，恒流源电路的输出(EP+，EP-)，通过测试板插座5PG1的脚(8，9)与输出导联线联接。

参见图18。左脑导纳/阻抗采样电极(TESTP1+，TESTP1-)和右脑导纳/阻抗采样电极(TESTP2+，TESTP2-)，分别通过由TR1和LF353N组成的阻抗变换和前置放大器放大，由LF353N和1N4148组成的检波电路检波，检波后的信号经过低通滤波去掉无用的高频分量，得到有用的信号，再由LF351N进行信号放大，一路为左脑导纳Y/阻抗Z值，电路图中用BODR1表示，右脑导纳Y/阻抗Z值，电路图中用BODR2表示；另一路通过隔直电容将耦合进来的Y/Z变化的电压，进行由LF351N两级放大后，得到左脑导纳/阻抗值Y/Z变化量ΔY/ΔZ电路图中用BINCR1表示，得到的右脑导纳/阻抗值Y/Z变化量ΔY/ΔZ，电路图中用BINCR2表示，最后将信号(BODR1，BINCR1)，(BODR2，BINCR2)，送单片机控制电路的八选一电子开关。

参见图19。心电电图中的AD620AN是心电前置放大器，具有低失调，低温漂，高增益，抗干扰能力强的特点；在第二级采用低通滤波放大，抑制高频干扰和人体肌电干扰，由于环境有很强的50Hz工频干扰，在第二级放大后，增加一级50Hz陷波器，为了便于观察不同人的心电波形幅度，在最后一级采用数字控制的增益调节、增益控制芯片采用数字电位器X9313UP，心电电路的输出用ECG表示，心电采集电极信号的选通用CRLEG表示。

参见图20。单片机控制电路中，由八选一电子开关CD4051BCN完成五个通道的开关转换，模/数转换由美国BB公司生产的AD7807U完成；78L05是为稳定AD7807的工作电压，单片计算机为89C52PI，主要完成分道采集、增益控制、数据输出，接受上位机(计算机)的控制指令，送出的数据经高速度、高极间电压(2500V)、光电隔离器6N136进行与计算机主机的电源隔离。MAX202CPE完成RS232标准串行电平输出(脚7，脚8)，经插头6PUG1的脚(1，2)联至计算机的串口。表1夹闭颈内动脉前后脑导纳环面积对照              n＝28

            夹闭前           夹闭后        P值I相指数       29.7±11.3       13.1±6.7     ＜0.01IV相指数       5.7±3.3         6.3±3.7     ＞0.05全环面积      37.9±13.6       21.4±6.9     ＜0.01表2实验性颅内高压前后脑导纳环面积对照           n＝28

              前               后          P值I相指数       28.4±12.7       23.6±11.4    ＞0.05IV相指数       6.2±2.3        12.8±4.1     ＜0.01全环面积      38.7±12.9       36.9±13.6    ＞0.05表4不同程度心肌缺血时ADL及ECG的改变n＝44

                    结扎左冠状动脉正常

                   D       I      II      III      IVADL变异(％)     0      75      78     86      100      100S-T变异(％)或心律失常(％)  0      0       0      15      56       78注：D-左冠状动脉因旋支的的钝缘支：I～IV--分别为

    左冠状动脉前降支第1-4分支；P＜0.01

           表3  心肌缺血时心导纳微分环所测指标的均值±标准差

           HR       PEP/LVET       LI           ADLI±2指数         ADL5指数        ADL5/ADL指数n            28          28          28              2828                28开胸前(b) 102.1±6.2   0.44±0.03  4.93±0.98    5028.81±436.72      54.99±20.99    0.0051±0.0014开胸前(c) 109.7±10.4  0.51±0.10  4.94±0.3     5659.98±1819.54     59.50±13.01    0.0062±0.003015分     106.4±7.9   0.59±0.12  4.70±0.77    5287.05±2100.58    118.56±45.59    0.0164±0.0075A 30分    105.3±7.8   0.62±0.11  4.52±0.69    4727.57±1500.14    259.14±102.09   0.0486±0.017610分     106.3±9.5   0.58±0.09  4.32±0.87    5166.21±1464.30    255.35±109.55   0.0516±0.0281B 20分    103.7±10.1  0.55±0.12  4.08±0.83    4456.01±807.45     456.36±169.89   0.0673±0.022010分     106.4±10.6  0.59±0.05  4.21±0.86    3716.57±1003.19    443.41±162.41   0.0735±0.0175C 20分    106.1±10.9  0.65±0.08  3.58±0.28    3389.04±862.68     490.21±255.85   0.0961±0.030810分     109.5±13.8  0.60±0.06  3.77±0.27    3320.47±736.53     515.95±183.17   0.1333±0.0328D 20分    107.3±11.7  0.63±0.07  2.71±0.99    2559.75±926.02     668.75±206.51   0.1792±0.041210分     197.5±12.3  0.61±0.16  3.09±0.70    2653.42±718.90     697.95±255.09   0.1799±0.0639E 20分    106.9±12.1  0.64±0.12  2.66±0.53    2671.12±635.75     704.43±240.80   0.2191±0.054510分     105.5±12.7  0.70±0.08  2.69±0.41    2507.25±379.24     777.95±220.95   0.2016±0.0721F 20分    105.2±13.1  0.74±0.13  2.10±0.06    2460.61±330.14     872.45±380.53   0.2275±0.0720注：与开胸前比较，P＜0.05，P＜0.01。

Claims (5)

1、一种导纳式双侧脑血流自动检测仪，由计算机部件、电源隔离变压器、机壳(4)、位于机壳(4)下面的底座(5)、导联线、导联线插孔(10)、测试盒构成，底座(5)的下面还可安装脚轮(14)；其特征在于：测试盒由盒体、测试板、测试板插座构成；导联线由输入导联线及输出导联线组成；导联线的一端与测试板插座相连，另一端与人体指定部位接触，其中部固定于导联线插孔(10)上；机壳(4)上面设有显示器(1)、电源总开关(2)、薄膜键盘(3)、计算机开关(6)、软驱(7)、光驱(8)、鼠标(9)，导联线插孔(10)位于机壳(4)的侧面，机壳(4)的正面设有前门(11)、打印机出纸口(12)、音箱孔(13)，机壳(4)背面设有电源线、计算机串口、信号线、风扇，机壳(4)内部第一层板上设有电源隔离变压器、接线排、音箱，打印机位于机壳(4)内部第二层板上，机壳(4)内部第三层板上设有硬盘、主板、ATX电源、测试盒；次测试板上设有由依次相连的八选一电子开关、数模转换器、单片机、光电隔离器、与计算机串口联结的串口输出线构成的单片机控制电路，测试板上还设有以下电路：恒流源、左脑导纳、右脑导纳、心电；恒流源电路的输出电极与输出导联线联接，其频率为20-100KHZ，电流强度为0.5-4mA；左脑导纳电路由依次相连的左脑导纳/阻抗采样电极、导纳/阻抗前置放大器、检波、滤波、还与单片机控制电路的八选一电子开关连接的放大、导纳/阻抗变化量一级放大、与八选一电子开关连接的导纳/阻抗变化量第二级放大构成；右脑导纳电路由依次相连的右脑导纳/阻抗采样电极、导纳/阻抗前置放大器、检波、滤波、还与单片机控制电路的八选一电子开关连接的放大、导纳/阻抗变化量一级放大、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的导纳/阻抗变化量二级放大构成；心电电路由依次相连的心电采集电极、心电前置放大、滤波放大、50HZ陷波、与单片机控制电路的八选一电子开关连接的增益调节构成；左脑导纳/阻抗采样电极、右脑导纳/阻抗采样电极、心电采集电极与对应的输入导联线相联；由左脑、右脑导纳电路的放大电路输出，最后经计算机串口得到左脑、右脑导纳/阻抗数据Y/Z，由左脑、右脑导纳电路的导纳/阻抗变化量二级放大输出，最后经计算机串口得到左脑、右脑导纳/阻抗变化量数据ΔY及其变化速度数据dy/dt，将ΔY进行数字信号傅立叶变换处理，然后绘制左脑、右脑导纳功率谱图和频谱图；将ΔY、dy/dt分别输入到横座标、纵座标，合成相，由相得到微分环并计算微分环的面积；最后，将分析处理结果显示、打印输出。

2、根据权利要求1所述的导纳式双侧脑血流自动检测仪，其特征在于所述相的合成是指：

     快流入相由ΔY的1-3与dy/dt的1-3段曲线合成；

     慢流入相由ΔY的3-5与dy/dt的3-5段曲线合成；

     重搏波相由ΔY的5-7与dy/dt的5-7段曲线合成；

     静脉回流相由ΔY的7-9与y/dt的7-9段曲线合成。

3、根据权利要求1或2所述的导纳式双侧脑血流自动检测仪，其特征在于所述微分环的面积分成快流入相面积、慢流入相面积、重搏波相面积、静脉回流相面积、总微分环面积。

4、根据权利要求1或2所述的导纳式双侧脑血流自动检测仪，其特征在于所述的恒流源电路的输出，其频率为50KHZ，电流强度为4mA。

5、根据权利要求3所述的导纳式双侧脑血流自动检测仪，其特征在于所述的恒流源电路的输出，其频率为50KHZ，电流强度为4mA。

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