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A method for assessing arterial blood flow - mediated vasodilatation Download PDF

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Description

評估動脈血流介導血管舒張功能的方法
本發明係與動脈內皮細胞功能障礙測量有關，特別是指一種氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法。
動脈粥樣硬化是危害人體健康的病因，由於結締組織的增長和膽固醇等之類物質沉積於動脈壁，使動脈壁變硬且厚，造成動脈內管徑變細，使整個動脈血管動脈失去彈性。一般來說動脈粥樣硬化病因與內皮細胞功能障礙是關聯，而血管內皮功能是可以透過動脈的血流介導血管舒張功能的反應而評估其障礙問題。
冠狀動脈疾病最主要原因為動脈粥樣硬化(Atherosclerosis)發生，其源於心血管疾病、年老、抽菸、高膽固醇血症、糖尿病、高血壓等風險因子所引起，而糖尿病常伴隨動脈粥樣硬化。因此，動脈血管狀況是需要每日去評估。
目前有許多方法可以評估內皮細胞和血管擴張之間的關係，包含有冠狀動脈心外膜反應性(coronary epicardia vasoreactivity)、冠狀動脈微血管功能(coronary microvascular function)、動脈血流介導的血管舒張(flow-artery by vasodilation)、周邊動脈壓張計(peripheral arterial tonometry)。
惟，已知的量測方式仍不方便而有待改進。
本發明目的是以自行開發的數位式氣囊臂帶裝置，進行肱動 脈血流介導血管舒張比值的測量。針對女性生理期間內的經血期和黃體素期作測量，來測試數位式氣囊臂帶裝置是否能夠評估動脈血流介導血管舒張功能。透過氣囊臂帶進行阻血動作，來造成動脈充血反應，並且利用氣囊臂帶測量阻血前的動脈體積變化波及阻血後的動脈體積變化波，並在阻血前的動脈體積變化波尋找穩定的動脈體積變化波振幅，為動脈血流介導血管舒張比值的基準值，在阻血過後的動脈體積變化波尋找最大振幅值，為血流介導血管舒張比值的充血反應值，進行測量經血期和黃體素期的動脈血流介導血管舒張比值，並且統計動脈血流介導血管舒張比值是否有差異，用這樣的方法來測試本發明的方法是否能夠評估動脈血流介導血管舒張功能。
為達成上述目的，本發明提供一種氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，包含有如下步驟：提供一處理單元；取用一數位式氣囊臂帶裝置，有一氣囊臂帶，一壓力感知器及一流量感知器，裝置並具有血壓計功能；測量一舒張壓及一收縮壓；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血前狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第一壓振波傳送至該處理單元；以該數位式氣囊臂帶裝置進行阻血功能，氣囊臂帶充壓至收縮壓以上的第二特定壓力，並維持5分鐘以上；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血後狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第二壓振波傳送至該處理單元；以該處理單元透過壓力感知器及流量感知器所建構的轉換函數，轉換該第一壓振波與該第二壓振波為第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變化量波，比較阻血前、後兩體積波的各一部分，並輸出其差異比值。
有關本發明所提供之以氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法的詳細構造及特點，將於後續的實施方式中予以詳盡描述。然而，本技術領域中具有通常知識者理應瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅用於說明本發明，並非用以限制本發明的專利申請範圍。
第1圖係血流介導血管舒張功能檢測流程
第2圖係阻血前測量氣囊臂帶的內壓訊號
第3圖係阻血後測量氣囊臂帶的內壓訊號
第4圖係數位式氣囊臂帶裝置測量過程的氣囊臂帶內壓訊號
第5圖係阻血前動脈體積變化量訊號
第6圖係阻血後動脈體積變化量訊號
第7圖係比對阻血前和阻血後的臂帶內壓，並標記動脈血流介導血管舒張比值的基準值位置，和動脈血流介導血管舒張比值的充血反應值位置
第8圖為受測者基本資料，和第一生理周期、第二生理周期的經血期和黃體素期，動脈血流介導血管舒張比值的平均值及標準差圖
第9圖係Hashimoto等學者研究男性和女性生理週期的經血期(M)和黃體素期(L)的動脈血流介導血管舒張比值的平均值及標準差圖
動脈血流介導血管舒張功能
人體血管受到外部刺激而改變調適血流量的功能，這種自我調適的功能可以讓血管隨著不同環境有所改變。當動脈血管受到生理或是 化學的刺激，類似血管受到阻塞，導致血流量不足，或者是缺血等狀況，動脈內皮細胞會依照自我方式調整血流量做改變，這稱為動脈血流介導血管舒張功能，主要是由動脈內皮細胞釋放一氧化氮，假如動脈內皮功能發生異常現象時，則無法釋放足夠的一氧化氮，因此動脈血流介導血管舒張功能就不佳。
以下將藉由所列舉之實施例配合隨附之圖式，詳細說明本發明的技術內容及特徵，其中：而本發明使用的動脈血流介導血管舒張檢測流程如第1圖所示，當氣囊臂帶充氣至適當壓力，先測量目前的動脈體積變化量波，之後透過氣囊臂帶充氣加壓阻塞血流，維持一定時間，然後氣囊臂帶洩氣，產生動脈充血反應增加血流量。隨後動脈血管發生血流依賴性舒張，再讓氣囊臂帶充氣至適當壓力，測量阻血後的動脈體積變化量波。比對阻血前、後的動脈體積變化量的差異性，得知動脈血流介導血管舒張功能是否存在。
測量方法
首先測量阻塞肱動脈血管前的動脈體積變化量波的穩定振幅，稱為基準值(△Vbase)，再測量阻血後肱動脈體積變化量波的最大振幅，稱為充血反應值(△Vhyperemia)。實驗中動脈血流介導血管舒張比值，是在比較阻血後和阻血前的動脈體積變化量波的振幅，但不論是阻血後或阻血前，動脈體積變化量波的振幅都有相當的變化，且臂帶內壓不易維持固定值，因此有在尋找阻血前和阻血後的適當壓振波有2個問題須注意：
1.阻血後和阻血前所抓取的臂帶內壓訊號，它們的臂帶內壓須盡量維持在相近的值。
2.阻血後的壓振波，會在30-80秒內尋找穩定且最大的動脈體積變化量波振幅，其振幅當成充血反應值；找阻血前連續5個穩定的 動脈體積變化量波振幅，它們的平均值當成基準值。
自行開發數位式氣囊臂帶裝置，其如同一台血壓計，測量位置也同一般血壓計測量左手，臂帶至於上臂處，而功能除了能夠量血壓外，也增加了測量動脈血流介導血管舒張比值，進而評估動脈血流介導血管舒張功能其控制流程有四個步驟：
第一步驟：氣囊臂帶放置在受測者的左手臂上，測量前受測者需要休息2分鐘讓血壓穩定，測量目前舒張壓及收縮壓。
第二步驟：開始測量阻血前則氣囊臂帶需要加壓至舒張壓-20mmHg，進行120秒的壓振波記錄；第2圖是目前阻血前氣囊臂帶的壓力訊號。
第三步驟：為了能夠阻斷血管，氣囊臂帶需加壓至收縮壓+50mmHg，並維持300秒。
第四步驟：氣囊臂帶洩壓至舒張壓-20mmHg，進行120秒的壓振波記錄，阻血後的測量狀態，第3圖是阻血後，氣囊臂帶的壓力訊號。
在第三步驟中，會刺激生理機制，開始釋放一氧化氮產生血流介導血管舒張功能。
資料處理：
其中，資料處理係藉由一處理單元有線或無線連接於該數位式氣囊臂帶裝置，例如另一電腦；或，直接設在該數位式氣囊臂帶裝置中，可以將氣囊臂帶壓力波轉換成動脈體積變化量波。
前置處理：
將氣囊臂帶的壓力訊號呈現如第4圖，左側區塊為血壓測量時段，可以獲得舒張壓和收縮壓，中間區塊是阻血前的氣囊臂帶壓力訊號，氣囊臂帶充壓至舒張壓-20mmHg，右側區塊為阻血後氣囊臂帶瞬間洩氣至舒 張壓-20mmHg的氣囊臂帶壓力訊號，將氣囊臂帶的壓力波訊號，透過處理單元，轉換成動脈體積變化量波，再透過高通1階巴特沃斯，通帶頻率0.1Hz，去除直流準位，阻血前的動脈體積變化量波如第5圖，阻血後的動脈體積變化量波如第6圖。在阻血後尋找動脈體積變化量波穩定的最大振幅值，並依據發生最大振幅值的氣囊臂帶壓力值，在阻血前的氣囊臂帶壓力值相近的時段，尋找連續5個穩定的動脈體積變化量波，計算出此5個波的振幅平均值。
計算方法：
以該處理單元透過壓力感知器及流量感知器所建構的轉換函數，轉換該第一壓振波與該第二壓振波為第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變化量波；其中，將壓振波轉換為動脈體積變化量波，其為發明人已知技術。
接著，比較阻血前、後兩體積波的各一部分，並輸出其差異比值。
尋找阻血後穩定的動脈體積變化量波穩定的最大振幅為充血反應值(△Vhyperemia)，，動脈體積變化量波振幅(△V)計算如公式1：△V=動脈體積變化量波的波峰-動脈體積變化量波的波谷 (1)
由第7圖標記出阻血後動脈體積變化量波的最大振幅的臂帶內壓平均值為55mmHg，所以在阻血前的臂帶內血壓平均值最接近55mmHg，尋找阻血前穩定的動脈體積變化量波振幅，並標記。
其中，穩定的動脈體積變化量波定義為相鄰的動脈體積變化量波振幅的差異量(△Vdiff)限定在正負10%以內，其公式△Vdiff=(2 * [△V(n)-△V(n-1)1)/[(△V(n)+△V(n-1)] (2)
找到阻血前連續5個穩定動脈體積變化量波振幅，並且計 算5個振幅平均值做為基準值(△Vbase)。
動脈血流介導血管舒張比值(FMD_volume)，如公式3：FMD_volume=| △Vhyperemia-△Vbase |/△Vbase x100% (3)
實驗結果：
本發明透過測量女性生理期的經血期和黃體素期的動脈血流介導血管舒張比值，驗證本發明的方法是可以評估動脈血流介導血管舒張功能，測量結果如第8圖所示，第一次生理週期經血期、黃體素期的FMD_volume為101.9±45.5%、137.5±62.1%，第二次生理週期經血期、黃體素期的FMD_volume為91.4±37.0%、124.0±56.4%。第8圖所示發現黃體素期的血流介導血管舒張比值較經血期，有顯著性的高，第二次測量也有相同的結果。
本發明透過自行開發的數位式氣囊臂帶裝置可以測量動脈血流介導血管舒張比值，用於評估動脈血流介導血管舒張功能，為了確保本裝置能夠正確評估動脈血流介導血管舒張功能，針對女性生理周期的經血期和黃體素期進行測量，且進行兩次的女性生理周期測量。其結果顯示第一次生理週期的經血期和黃體素期，FMD_volume在經過t-Test統計比較，其p=0.003，第二次生理週期的經血期和黃體素期，FMD_volume在經過t-Test統計比較，其p=0.000，都有顯著性的差異，這與Hashimoto等學者的研究皆相同，第9圖為Hashimoto等學者針對男性(Males)和女性(Females)生力期的經血期(M)和黃體素期(L)所做的平均值和標準差值。
依據上述實施例，可歸納得到一種氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，包含有如下步驟：提供一處理單元； 取用一數位式氣囊臂帶裝置，有一氣囊臂帶，一壓力感知器及一流量感知器，裝置可以測量血壓值；測量一舒張壓及一收縮壓；以該數位式氣囊臂帶裝置，將氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血前肱動脈狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第一壓振波傳送至該處理單元；以該數位式氣囊臂帶裝置進行肱動脈阻血功能，氣囊臂帶充壓至收縮壓以上的第二特定壓力，並維持5分鐘以上；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下第一特定壓力，量測肱動脈阻血後狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第二壓振波傳送至該處理單元；以該處理單元透過壓力感知器及流量感知器所建構的轉換函數，轉換該第一壓振波與該第二壓振波為第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變化量波，比較阻血前、後兩體積波的各一部分，並輸出其差異比值。
較佳地，係在阻血前計算5個連續穩定動脈體積變化量波的振幅，並取得平均值，為基準值(△Vbase)。
較佳地，系在阻血後計算穩定動脈體積變化量波的最大振幅，為充血反應值(△Vhyperemia)。
較佳地，其係計算動脈血流介導血管舒張比值(FMD_volume)，計算方式為：充血反應值(△Vhyperemia)減掉基準線值(△Vbase)的絕對值，再除以基準線值(△Vbase)x100%，即：FMD_volume=| △Vhyperemia-△Vbase |/△Vbase x100%。
較佳地，取用一濾波器，消除該第一動脈體積變化量波和第 二動脈體積變化量波的直流準位。
綜合前述，雖然許多研究都使用超音波診斷方法來評估動脈血流介導血管舒張功能，但是超音波設備價格昂貴，以及需要專業人士來操作機器才能正確的評估，因此，並不適合用於居家化照護。本發明以自行開發的數位式氣囊臂帶裝置，評估動脈血流介導血管舒張功能狀況，數位式氣囊臂帶裝置並具有血壓計功能，因此操作方便，適合用於居家化照護。

Claims (6)

  1. 一種氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，包含有如下步驟：提供一處理單元；取用一數位式氣囊臂帶裝置，有一氣囊臂帶，一壓力感知器及一流量感知器，裝置並具有血壓計功能；測量一舒張壓及一收縮壓；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血前狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第一壓振波傳送至該處理單元；以該數位式氣囊臂帶裝置進行阻血功能，氣囊臂帶充壓至收縮壓以上的第二特定壓力，並維持5分鐘以上；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血後狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第二壓振波傳送至該處理單元；以該處理單元透過壓力感知器及流量感知器所建構的轉換函數，轉換該第一壓振波與該第二壓振波為第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變化量波，比較阻血前、後兩體積波的各一部分，並輸出其差異比值；其中係在阻血前，處理單元計算多個連續穩定動脈體積變化量波取得振幅的平均值，為基準值(△Vbase)；其中，穩定的動脈體積變化量波振幅，為相鄰的動脈體積變化量波振幅的差異量(△Vdiff)限定在正負10%以內。
  2. 如請求項第1項所述氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，係在阻血後處理單元計算穩定的動脈體積變化量波，找出一最大振 幅，為充血反應值(△Vhyperemia)。
  3. 如請求項第2項所述氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，其係計算得到動脈血流介導血管舒張比值(FMD_volume)，計算方式為充血反應值(△Vhyperemia)減掉基準值(△Vbase)的絕對值，再除以基準線值(△Vbase)x100%。
  4. 如請求項第1或2或3項所述氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，其更包含有一步驟：取用一濾波器，消除該第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變化量波的直流準位。
  5. 一種氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，包含有如下步驟：提供一處理單元；取用一數位式氣囊臂帶裝置，有一氣囊臂帶，一壓力感知器及一流量感知器，裝置並具有血壓計功能；測量一舒張壓及一收縮壓；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血前狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第一壓振波傳送至該處理單元；以該數位式氣囊臂帶裝置進行阻血功能，氣囊臂帶充壓至收縮壓以上的第二特定壓力，並維持5分鐘以上；以該數位式氣囊臂帶裝置之氣囊臂帶充壓至舒張壓以下的第一特定壓力，量測阻血後狀態，測量一段時間，藉由該壓力感知器取得一第二壓振波傳送至該處理單元；以該處理單元透過壓力感知器及流量感知器所建構的轉換函數，轉換該第一壓振波與該第二壓振波為第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變 化量波，比較阻血前、後兩體積波的各一部分，並輸出其差異比值；其中，係在阻血後處理單元計算穩定的動脈體積變化量波，找出一最大振幅，為充血反應值(△Vhyperemia)；其中，穩定的動脈體積變化量波振幅，為相鄰的動脈體積變化量波振幅的差異量(△Vdiff)限定在正負10%以內。
  6. 如請求項第5項所述氣囊臂帶評估動脈血流介導血管舒張功能的方法，其更包含有一步驟：取用一濾波器，消除該第一動脈體積變化量波和第二動脈體積變化量波的直流準位。
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