CN104027097A - 血管功能无创检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
血管功能无创检测方法及装置属于医用测量方法及装置领域，其特征在于：它由温度模块、血压袖带模块、血氧模块构成的多生理信号采集模块组合，通过对肱动脉进行阻断再开放过程中手指指端温度信号、血氧及脉搏波信号的各参数变化，再根据临床试验采集数据，并通过信号处理和统计分析方法，建立血管功能状况的定量评测公式，对血管功能状况进行评估。它具有无创、操作简单、临床应用方便的优点；并提出了相应的血管功能无创检测的硬件结构及相应软件。
Description
技术领域
血管功能无创检测方法及装置属于医用测量方法及装置领域，主要用于血管功能状况的无创检测。
背景技术
据统计，全世界每年约有1500万人死于心脑血管急性事件。2010年的《中国心血管病报告》指出，我国人群心血管病(心脏病、脑卒中)的发病和死亡率呈持续上升阶段，估计目前中国心血管疾病患者高达2.3亿，每5个成年人中有1人患心血管病，而每年死于与心脑血管相关疾病的人数达300万，占总死亡原因的41％，因此，对风险人群的心血管功能状况实现早期无创检测具有重要的科学意义和广泛的实用价值。
医学研究证实，动脉硬化是大多数慢性心血管疾病的病理学基础，在动脉硬化初期，尽管人体尚未出现自觉症状，但血管弹性功能、内皮功能、血管阻力等一系列参数已经开始发生变化，如果能准确检测出这些参数的变化并进行分析，就可能发现潜在的心血管疾病危险因素。
长期以来，临床诊断动脉硬化病变的主要手段为有创的动脉造影术及无创的影像学诊断等方法，只能发现已发生明显管腔狭窄的动脉病变，难以实现此类疾病的早期诊断。动脉功能的无创检测研究可追溯到20世纪20年代。目前用于临床的动脉功能无创检测方法主要包括动脉脉搏波传导速度(PWV)、心踝血管指数(CAVI)、反射波增强指数(AI)、内皮功能无创检测(如FMD)等方法。这些方法对仪器操作要求普遍较高，设备昂贵，技术复杂且费用较高，不适合广大普通人群长期使用。近些年新出现的血管功能无创检测方法主要包括：脉搏波波形研究、血压指标研究、基于血管反应性测试的手指容积脉搏波方法、手指温度监测方法等，目前多处于研究阶段，尚未形成适合临床检测和筛查的有效方法。
手指温度监测技术(Digital Thermal Monitoring，DTM)是近年发展起来的血管功能检测新技术，它利用组织温度直接受血流影响的特性，通过监测指尖温度在血管反应性测试过程中的变化即温度回弹(Temperature rebound，TR)，对血管功能进行评价。美国相关产品VENDYS主要利用TR参数对内皮功能进行定性评测，对环境条件要求较高，需要在恒温条件下进行测量，另外多普勒血流探测需要准确置于测量点位置，对操作人员有一定技术要求。因此，研究并寻求一种准确、简单且操作方便、费用便宜的血管功能检测方法十分必要，具有重要的科学意义和广泛的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种血管功能的无创检测方法及装置，通过肱动脉阻断再开放试验，将试验过程中指端温度、指端血氧及脉搏波的变化与血管功能状况建立定量函数关系，实现血管功能的早期定量评测，减缓甚至逆转心血管疾病的发生和发展，减轻社会及家庭经济和医疗负担。
其采用同步采集肱动脉阻断再开放试验中的压力、指端温度、指端血氧及脉搏波等信号，分析阻断前后的指端温度变化、血氧及脉搏波信号变化参数等指标，建立定量评价血管功能状况的函数关系式，从而达到评测血管功能的目的。
本发明所述的方法，其特征在于：它依次含有以下步骤：
(1)保持室温22～24摄氏度(体感比较舒适)；
(2)测试者在测试前休息约20分钟；
(3)将袖带绑在测试者左侧上臂，温度传感器、血氧及脉搏波光电传感器分别置于左侧拇指及食指指端；
(4)血压模块自动测量血压，之后开始同步记录各路信号；
(5)5分钟之后袖带自动充气至一固定值(受试者收缩压+50mmHg)，开始进行肱动脉阻断；
(6)阻断2分钟后袖带自动放气，阻断结束；
(7)继续保持信号记录5分钟，试验结束。
(8)对各路信号进行预处理，滤掉其中的干扰成分；
(9)利用信号处理中的时域方法提取温度曲线中的与温度变化有关的各种参数，如温度变化数值、时间变化数值、曲线斜率值等，从频域中主要提取血氧曲线在阻断结束肱动脉恢复开放过程中的频率成分变化、幅度变化等参数。
(10)利用SPSS中的方差分析、相关、回归等方法进行统计分析，得到所提取参数中的有效参数，建立手指温度、血氧、脉搏波中各有效参数与血管功能之间的评测公式。
本发明所述的***，其特征在于：它含有：
血压袖带自动充气阻断模块：包括袖带、充气泵及电路板、通讯及电源接口等，可实现自动测量血压、按指令充放气功能。该模块可自动测量血压，并按照所给阻断指令，自动进行充气至给定压强值(可自行设置，手工输入)，保持该压强一定时间(可自行设置，手工输入)后自动放气。
手指温度监测模块：包括温度传感器、电路板、通讯及电源接口等，可置于手指指端，进行温度测量。
血氧监测模块：包括光电传感器、电路板、通讯及电源接口等，可置于手指指端，进行血氧和脉搏波的测量。
数据采集卡：进行数据采集并传输到PC机中。
数据采集软件：交互式界面，能根据试验要求实现多路生理信号的同步数据采集、数据保存、数据显示，并记录测试者的相关信息。
数据分析及结果显示软件：交互式界面，可完成数据格式转换，数据参数提取，测试结果显示。
该方法优点：操作简单方便，结果可靠，可进行早期血管功能状况的评测。
附图说明
图1血管功能无创检测装置示意图
图2血管功能无创检测方法流程图
图3血管功能无创检测电路原理图
图4实施例硬件采集***
图5实施例数据采集界面图
图6实施例所采集的两例测试者手指温度、脉搏波等信号图
自上而下依次为压力信号、指端温度信号、指端脉搏波信号
(a)来自血管功能较好者
(b)来自血管功能相对较差者
图7实施例温度参数提取示意图
图8实施例年龄匹配的两组人群分类结果直方图
(a)健康者
(b)心血管疾病患者
图9实施例数据分析及结果显示界面图
实施例
包括订制的具有血流阻断功能的NIBP模块、手指温度模块(YSI400温度探头)、血氧模块(BF型)、USB转4串口卡，5V3A稳压电源，连接线。
实施例通过分析年龄匹配(中年)的24例健康者(G1)与33例心血管疾病患者(G2)的12个温度参数和7个常规参数，经过逐步判别分析，筛选出两组人群具有显著性差异的参数，得到如下判别函数(DTM判别)：
Y＝-15.79-55.2*Slope2+0.278*Ti+0.059*PS
其中：Slope2-阻断结束后温度信号上升段斜率；Ti-初始温度；PS-收缩压
进行血管功能判断时，可将某个测试者的Slope2，Ti，PS数值代入方程中，计算得到的Y的值。若Y＜0，则该样本属健康组；若Y＞0，则该样本属于疾病组。
为验证该函数对血管功能评判的有效性，对两个人群的baPWV进行检测，并建立了如下判别函数(PWV判别)：
Yp＝-6.415+0.005*baPWV
将上述两组人群利用上述两组方法所得判别函数进行分类，结果如表1、表2所示。
表1 DTM判别分类结果
表2 PWV判别分类结果
由结果可见，PWV方法对于年龄引起的动脉老化及弹性变化更为敏感，而DTM方法对于评判疾病引起的血管功能改变更为有效。
该实施例说明该方法提出的基于温度参数的动脉功能评价新方法具有有效性。
Claims (2)
1.一种血管功能状况的无创检测新方法，其特征在于，它依次含有以下步骤：
(1)记录手指指端温度、指端血氧及脉搏波在肱动脉阻断再开放过程中的变化参数，测量血压、心输出量、BMI等生理参数，利用统计分析确定最有效指标，并形成血管功能状况的评测公式：
y＝f(x1，x2，…，xn) 3≤n≤5
该函数具体形式可根据实际采集数据，由统计分析中的判别分析或logistic回归分析得到。
(2)采用由血压袖带、温度传感器、光电传感器等构成肱动脉阻断再开放过程的生理信号采集***，按照以下步骤进行信号采集、处理及评测：
(2.1)测试者进入测试房间，填写调查问卷后，静坐休息20分钟，之后测心输出量；
(2.2)将袖带绑在测试者左侧上臂，温度传感器、血氧及脉搏波光电传感器分别置于左侧肢体的拇指及食指指端。
(2.3)根据数据采集软件界面提示，输入测试者基本信息，并进行阻断时间、阻断压力的设定；
(2.4)测试者平静之后，血压模块自动测量血压；
(2.4)5分钟之后袖带自动充气至设定的阻断压力，开始进行肱动脉阻断，设定的阻断时间结束后，袖带自动放气，阻断结束，继续保持信号记录5分钟，该过程中同步连续记录各路信号并输入PC机；
(2.5)根据数据处理与功能评测软件，对温度信号、血氧及脉搏波信号中的参数进行计算提取，结合血压、心输出量、BMI等生理参数，根据已得到的评测公式，对测试者血管功能状况给出评测分数及文字结果。
2.血管功能无创检测***，其特征在于，它含有：
血压袖带模块、温度传感器模块、血氧模块等3个生理信号测量模块，可记录手指温度、血氧及脉搏波信号；
USB转4串口卡，它的输入端与上述3个模块的数据输出端相连，它的输出端与PC机相连；
数据采集软件，安装在PC机中，可记录测试者基本信息，可根据试验要求进行阻断压力和阻断时间的设定，可同步显示3路生理信号波形；
数据处理与功能评测软件，安装在PC机中，可进行数据格式转换，可装入数据并显示信号波形，可自动计算和提取温度、血氧及脉搏波信号中的参数，可输入生理测量参数，可根据嵌入的评测公式自动给出测试者血管功能分数，可用文字显示血管功能状况评测结果。
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