中文字幕无码日韩视频无码三区

腦血管動力學參數的檢測分析方法及儀器的制作方法

文檔(dang)序(xu)號:1036078閱讀(du):350來源:國知局
專利名稱:腦血管動力學參數的檢測分析方法及儀器的制作方法
技術領域
本發明涉及一種腦血管動力學參數的檢測方法及其儀器。
腦血管動力學參數是反映腦循環狀態的重要指標。正確檢測這些參數對于腦血管生理、病理研究,臨床診斷和防治,以及治療效果的評判等具有重要意義。由于腦血管處于頭顱骨包圍之中,直接無創傷檢測腦血管動力學參數有很大的困難。人們力圖通過檢測頸動脈的血流參數,間接給出腦循環的有關信息。目前常用的方法主要有(1)吸入N2O氣體后,定時從頸內動、靜脈采血,根據Fick原理,通過檢測N2O濃度和稀釋特性測定腦血流量;(2)動脈注射或吸入放射性物質133Xe和85Kr等,在顱外用多個晶體閃爍探頭來測量示綜劑的清除曲線,然后求出局部腦血流量;(3)頸動脈高壓注入顯影劑,用X射線透視,直觀了解腦血管狀態;(4)用X射線計算機斷層裝置(CT),X射線由體外照射,從體軸斷層面內各方向測定X射線穿透量,根據組織對X射線吸收的差異,重新組成圖象,以顯示顱腦部位的橫斷層現象。上述方法的缺點是對受檢者傷害較大、設備復雜、檢測費用昂貴,而且只是間接測出腦血流量,不能真實反映腦血管的動力指標。日本的QFM-2000腦血管特性測定裝置力圖通過頸動脈波形計算出腦血管的動力學指標,但由于分析模型過于簡單粗糙,所得到的動力學指標與真實情況差別較大,影響了儀器的廣泛應用。
本發明的目的在于通過建立能真實反映腦血管動力學狀態的腦血管分析模型,從而提出一種腦血管動力學參數的無損傷檢測分析方法,并提供一種相應于上述方法的結構簡單、使用方便的腦血管動力學參數無損傷檢測分析儀器。
腦血管動力學參數主要有反映腦血管彈性特性狀況的腦血管順應性和特性阻抗,以及反映腦血管阻力狀況的腦血管外周阻力等。本發明提出的腦血管動力學參數無損傷檢測分析方法,其步驟如下(1)用超聲血液流量儀測出頸動脈流量波形q(t)、管徑d(t)、心電EGC等參數的模擬信號;(2)將上述模擬信號轉換成計算機能接受的數字信號、進行數字濾波、檢測心動周期和心室收縮時間間隔,并由管徑波形d(t)標定頸動脈壓力p(t)。標定方法在線性化條件下,頸動脈壓力p(t)和管徑d(t)成線性關系,因此可用管徑波形d(t)作為壓力波形p(t),并利用常規方法,通過測量肱動脈血壓值對壓力波形進行標定,從而得到頸動脈壓力p(t);(3)根據上述參數通過計算機分析計算腦血管動力學參數。腦血管動力學參數的分析計算是以合適的分析模型和計算方法為基礎的。其分析模型和計算方法如下
1、對頸動脈壓力p(t)和流量q(t)進行Fourier分解P(t)=P0+Σn=1NPn8j(nωt+ψyk)]]>
2、對腦血管采用三元件Westerhof模型描述,其對應方程為(dV)/(dt) +qout=qinp
-p=Zcqin(2)qou t=P-PVR]]>式中
分別是壓力p(t)和流量q(t)的平均值,Pn和Qn分別是p(t)和q(t)的第n次諧波的幅值,ψpn和ψqn分別是p(t)和q(t)的第n次諧波的位相,ω為圓頻率;V為腦動脈的體積,p
為頸動脈血液壓力,p為腦血管壓力(亦即頸動脈壓力),pv為靜脈壓力,R為腦血管外周阻力,Zc為腦血管特性阻抗,qin為從頸動脈流入腦血管的血流量,qout為從腦動脈流入靜脈的血流量。
關于腦血管阻抗特性的計算。由Fourier分解式,可得以頸動脈為始端的腦血管輸入阻抗為|Zn|=Pn/Qnn=1,2,…(3)ArgZn=ψpn-ψqn腦血管輸入阻抗曲線如

圖1和圖2所示,其中圖1為阻抗模曲線,圖2為阻抗幅角曲線,橫坐標為諧波數Hr。
于是腦血管特性阻抗可用下式表達ZC=1N-3Σn = 3N|Zn|(4)]]>N=10,11或者12。腦血管阻力由下式表達Rin=P0/Q0(5)
由(1)和(3)即可計算Zc和Rin。
關于腦血管順應性和阻力的計算。從方程組(2)消去qout,得dVdt+P0-PVR=qin+ZCqi nR(6)]]>對(6)式在心室收縮期(0≤t≤Ts)積分,有V(p*s)-V(pd1)+ (Aos)/(R) =(1+ (Zc)/(R) )Sv1(7)對(6)式在舒張期(Ts≤t≤T)積分,有V(pd2)-V(p*3)+ (Aod)/(R) =(1+ (Zc)/(R) )Sv2(8)式中Aos=∫Ts0(po-pv)dtAod=∫TTs(po-pv)dtSv1=∫Ts0qin(t)dtSv2=∫TTsqin(t)dtV(Pd1)為t=0時對應于壓力Pd1的腦血管體積,V(Pd2)為t=T時對應于壓力Pd2的腦血管體積,V(Pds)為t=Ts時對應于壓力Pds的腦血管體積,Pd1=POd1-Zcqin1,Pd2=POd2-Zcqin2,P*s=P*os-Zcqins.
T為心動周期,Ts為心室收縮期的時間間隔。
Pod1為t=0時頸動脈血液壓力值,Pod2為t=T時頸動脈血液壓力值,P*os為t=Ts時頸動脈血液壓力值,qin1為t=0時從頸動脈流入腦血管的血流量,qin2為t=T時從頸動脈流入腦血管的血流量,qins為t=Ts時從頸動脈流入腦血管的血流量。
圖3為頸動脈的壓力波形圖。
圖4為頸動脈的流量波形圖。
腦血管壓力P和容積V之間用指數關系式表示V=aebp+c (11)式中a,b,c為待確定的參數。經研究,b取-0.01為好。由(2)式的第2式得
將(12)式代入(7)和(8)式,得a(Ms-M1)+ (Aos)/(R) =(1+ (Zc)/(R) )Sv1(13)a(M2-Ms)+ (Aod)/(R) =(1+ (Zc)/(R) )Sv2式中
將上面兩式相加,得R= (Aos+Aod-ZcSv)/(Sv-a(M2-M1)) (15)
式中Sv=Sv1+Sv2,表示每搏心輸出量。再由(13)第2式,得R= (ZcSv2-Aod)/(a(M2-Ms)-Sv2) (16)比較(15)和(16)式,消去R,得a的表達式為a= (ηSv2-Sv)/((η-ZcSv/Aod)·ξ) (17)式中,η= (Aos+Aod)/(Aod)ξ= ((ZcSv2-Aod)(M2-M1))/(Aos+Aod-ZcSv) +M2-Ms關于動脈順應性C(大寫)由下式定義C= (dV)/(dp) =abebp考慮到方程(2),C的表達式如下
特別,當P=0,所對應的零壓順應性為C0=ab當P=Pd1,所對應的舒張壓順應性為
當P=Pd2,所對應的舒張壓順應性為
當P=Ps所對應的收縮壓順應性為
當P=Pm所對應的平均壓順應性為
qinmax表示流量波的最大值,qinm表示平均流量,pom表示平均壓力。
這樣就可以通過(4)、(9)、(10)、(14)、(16)式,由表達式(15)計算腦血管阻力R,由表達式(19)計算腦血管的動脈順應性C,以及各種情形下的動脈順應性。
根據上述腦血管動力學參數的檢測方法,本發明設計了相應的專用檢測儀器,該儀器包括檢測系統、預處理系統和計算分析系統。其中檢測系統采用超聲血液流量測定裝置,例如日本產的QFM-1000超聲血流儀,用于檢測頸動脈的運動學參數血液流量、血管直徑以及心電等參數。預處理系統以單片計算機(如MCS-51型)為核心,配有模數轉換器(A/D)、ROM、RAM,以及與計算系統連結的通訊接口。計算分析系統采用一臺通用計算機,如IBM-PC機,或與其全兼容的PC機。另外,配有顯示器、打印機、軟盤機等。關于腦血管動力學參數的專用計算分析軟件存貯在軟盤上,計算機通過軟盤機將專用軟件讀入,并利用預處理系統輸送來的數據,執行專用軟件,計算出腦血管動力學參數。
本檢測分析儀的預處理系統中,各部分的結構功能如下A/D轉換器對三路信號頸動脈流量、管徑、心電進行采樣和模數轉換,把檢測系統檢測到的模擬信號轉換成計算系統能夠接受的數字信號,其電路原理圖如圖5所示。它包括關于三路輸入信號的采樣保持電路S/H(具體可用LF398×3),單片機控制開關1,放大器2(具體可用LF353)、比較器3(具體可用LM311)、模數轉換卡4(具體可用DAC1210)、譯碼器5(具體可用74LS138)、MCS-51單片計算機6(具體可為8031)。其中,單片機6的輸出端p0.0~p0.7與模數轉換卡4的輸入端DI9~DI11連結,單片機的輸入端p2.3、p2.5以及WR與譯碼器5連結。采樣保持電路S/H通過控制開關1、比較器3與單片機的輸出端p3.4、p3.5連結,通過放大器2與模數轉換卡4連結。
通訊接口承擔預處理系統與計算分析系統的雙向數據傳輸,其電路原理圖如圖6所示。并行接口芯片7通過數據總線、讀、寫通道與主計算機10連接,并通過數據通道8和9及譯碼器5與單片計算機6連接。
讀寫存貯器RAM存放采樣數據。
只讀存貯器ROM用于存放預處理系統的軟件。該軟件支持預處理系統完成各種功能。這些功能包括使系統初始化,與主計算機聯機;對三種信號進行數據采樣、模數轉換,完成定標工作,并將定標值送往主計算機;檢測心動周期To,心室收縮時間間隔Ts,以心電QRS波為參照,將三種信號截成若干個心動周期,并完成數字濾波。
本發明提出的腦血管動力學參數的無損傷檢測方法是建立在嚴格的血液動力學基礎之上的,所建立的分析、計算模型,科學性強,與實際符合程度高,所獲得的動力學指標能較好地顯示出腦血管的動力學特性和生理、病理特征,指標敏感性強,顯著性好,方法實用。本發明提供的檢測分析儀器,結構簡單,使用方便,可實現無損傷檢測,所得結果可靠。申請人和上海多家醫院協作,已對數千名受檢者進行了檢測和分析,臨床效果十分顯著。事實表明,本儀器可廣泛應用于腦血管疾病的早期診斷和準確診斷,腦血管疾病治療措施和治療效果的客觀判斷,某些治療腦血管疾病藥物的客觀判斷和藥物的合理篩選,以及腦血管的生理和病理學研究等。
圖1為腦血管輸入阻抗模曲線,圖2為腦血管輸入阻抗幅角曲線,圖3為頸動脈壓力波形圖,圖4為頸動脈流量波形圖,圖5為A/D轉換電路原理圖,圖6為通訊接口電路原理圖。
權利要求
1.一種腦血管動力學參數的無損傷檢測分析方法,其特征在于包括如下步驟(1)用超聲血液流量儀檢測出頸動脈流量波形q(t)、管徑波形d(t)、心電RGC等參數的模擬信號;(2)將上述參數的模擬信號轉換成計算機能夠接受的數字信號,并進行數字濾波,檢測心動周期、心室收縮時間間隔,由管徑d標定頸動脈壓力p(t);(3)根據上述參數,由計算機分析計算腦血管動力學參數,其分析模型和方法如下(i)對上述p(t)和q(t)采用Fourier分解方法,得N j(nωt+ψpn)p(t)=P0+ΣPnen=1N j(nωt+ψpn)q(t)=Q0+ΣQnen=1(ii)對腦血管采用三元件Westerhof模型描述,其對應方程為(dv)/(dt) +qout=qinp0-p=Zcqinqou t=P-PvR]]>式中P0和Q0分別是壓力p(t)和流量q(t)的平均值,Pn和Qn分別是p(t)和q(t)第n次諧波的幅值,ψpn和ψqn分別是p(t)和q(t)第n次諧波的位相,ω為圓頻率V為腦動脈的體積,po為頸動脈血液壓力,pv為靜脈壓力,R為腦血管外周阻力,Zc為腦血管特性阻抗,qin為從頸動脈流入腦血管的血流量,qout為從腦動脈流入靜脈的血流量。
2.根據權利要求1所述的腦血管動力學參數的無損傷檢測分析方法,其特征在于腦血管特性阻抗Zc采用如下方式表達ZC=1N-3Σn =3N|Zn|]]>其中,N取10、11或12,|Zn|=Pn/Qn。
3.根據權利要求1所述的腦血管動力學參數的無損傷檢測分析方法,其特征在于動脈順應性C和腦血管阻力R采用如下方式表達
R= (Aos+Aod-ZcSv)/(Sv-a(M2-M1))其中參數 b=-0.01,a =ηSV 2-SV(η-ZCSV/Aod)ξ]]>Aos=∫OTs(Po-PV)dt Aod=∫TST(PO-PV)dtSV1=∫OTSqin(t)dt SV2=∫TSTqin(t)dtb(pod 1-ZCqin)]]>SV=SV1+SV2, M1=eb(Pod2-ZCqin2) b(POS-ZCqins)M2=e Ms=e]]>ξ=(ZcSv2-Aod)(M2-M1)Aos+Aod-ZcSv+M2-MS]]>η= (Aos+Aod)/(Aod)po、qinpv、Zc的意義如權利要求1和2中所述。
4.一種實現腦血管動力學參數無損傷檢測分析的儀器,包括檢測系統、預處理系統、計算分析系統,其特征在于檢測系統采用多普勒超聲血液流量儀,實施對頸動脈流量波形、血管直徑、心電的檢測;預處理系統以單片計算機為核心,還包括將檢測系統檢測到的模擬信號轉換成計算系統能夠接受的數字信號的A/D轉換器、存放預處理系統軟件的只讀存貯器ROM,存放采樣數據的讀寫存貯器RAM以及保證預處理系統與計算系統數據傳輸的通訊接口;計算分析系統是一臺通用計算機,該計算機通過專用軟件,實現對腦血管動力學參數的分析計算。
全文摘要
本發明涉及一種腦血管動力學參數的無損傷檢測分析方法及其儀器。該方法利用頸動脈的有關運動學參數,通過嚴格建立的分析模型,計算分析腦血管動力學參數。相應的檢測分析儀器包括檢測系統、預處理系統、計算分析系統。由本發明獲得的腦血管動力學指標,能較好地顯示出腦血管的動力學特性和生理、病理特征,指標敏感性強,顯著性好,方法簡便,結果可靠。對腦血管疾病的早期診斷、藥物療效的評判、腦血管生理、病理的研究都有重要意義。
文檔編號A61B5/00GK1044899SQ9010281
公開日1990年8月29日 申請日期1990年3月15日 優先權日1990年3月15日
發明者柳兆榮 申請人:復旦大學
網友詢(xun)問留言(yan) 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1