[发明专利]心脑血管特性与血流特性分析仪及检测方法

权利要求书

1.一种心脑血管特性与血流特性分析仪，其特征在于：该检测仪包括：压力脉波传感器、颈动脉与椎动脉血流图感应电极、心电图感应电极、心音图传感器、信号接收装置、主处理器及输入输出部件；压力脉波传感器输出端连接信号接收装置的第一输入端、颈动脉与椎动脉血流图感应电极的输出端连接信号接收装置的第二输入端，心电图感应电极的输出端连接信号接收装置的第三输入端，心音图传感器的输出端连接信号接收装置的第四输入端，信号接收装置的输出端连接主处理器及输入输出部件的输入端。

2.根据权利要求1所述的心脑血管特性与血流特性分析仪，其特征在于：所述的压力脉波传感器由上壳体、压力脉波传感器的主体、压力脉波传感器的探头基座、压力脉波传感器的接收端探头和下壳体组成，压力脉波传感器的主体位于下壳体内一端，下壳体内另一端设有凹槽，凹槽中心开孔，压力脉波传感器的探头基座及接收端探头穿过凹槽中心孔，上壳体一端设有突起，突起部分中空，上壳体突起与下壳体凹槽成螺纹连接，上壳体的另一端为中空曲面，满足Z＝K1*X*X+K2*Y*Y，式中K1，K2为常数，其取值范围在2.1～2.3之间，X、Y、Z分别表示3维坐标轴中的横轴、竖轴和垂直轴，且截取长度为1.3cm。

3.采用权利要求1所述的心脑血管特性与血流特性分析仪的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：输入患者信息，包括患者姓名、身高、体重、民族、血压；

步骤2：采集患者生物信号，包括颈动脉压力脉波图、上臂压力脉波图、颈动脉与椎动脉血流图、心电图、心音图，具体采集方法如下：

(1)颈动脉压力脉波图采集方法为：采用空气传达式脉波传感器：在血管表皮层施以不同的压力，将颈动脉传感器放置在人体颈动脉上；

(2)上臂压力脉波图采集方法为：采用上臂袖带采集上臂动脉压力脉波，将袖带套在上臂动脉处；

(3)颈动脉与椎动脉血流图采集方法为：颈动脉脑血流图感应电极的入口电极放置在眼眉上的滑车上动脉与锁骨下部位置，出口电极放置在乳突的颈动脉位置；椎动脉脑血流图感应电极的入口电极放置在第二颈椎与肩部位置，出口电极放置在第三颈椎与第六颈椎间以5cm为间隔放置；

(4)心电图采集方法为：采用四肢电极采集心电图；

(5)心音图采集方法为：心音图传感器放置在心尖部采集心音图；

步骤3：利用上臂压力脉波图构造心脏扩张时冠状动脉扩张期曲线并求出心脏扩张时冠状动脉扩张期曲线的倾斜度，进而计算出左右冠状动脉的血流量；

(1)心脏扩张期时左右冠状动脉扩张期曲线的确定方法为：

左右冠状动脉内压曲线的扩张期部分的频率频谱由低频波和高频波组成，用上臂压力脉波传感器施予高于收缩期血压12％的压力接收压力脉波就会显示出高频波；反之，施予低于扩张期血压18％的压力时就会显示低频波，将用以上方法得到的高频波与低频波合成为主动脉扩张期重叠波点开始的内压曲线，公式为：

Pcd=c(Pds)c+d+d(Pcc)c+d---(1)]]>

式中，P_cd是用心脏造影检测的扩张期主动脉弓内压曲线，Pds是施于低于扩张期压时以本发明方法检测到的脉波曲线的扩张期部分，Pcc是施于超过收缩期压时以本发明方法检测的脉波曲线的扩张期部分，c，d常数，其取值范围分别为c＝0.32±0.03，d＝0.69±0.08；

(2)求出心脏扩张时冠状动脉扩张期曲线的倾斜度，进而计算出左右冠状动脉的血流量，方法为：

利用欧拉公式计算左右冠状动脉的血流量：左右冠状动脉扩张期流动的血液从S断面平均化意义上来说是均匀的，把在血管中流动的血液视为一次元层流，血压波形与血流波形近似，因此扩张期脉波曲线上某一点x上的速度v为

由于所以血流量

式中，Q_in是血流量，C是顺应性，p是冠状动脉扩张期压力，是扩张期主动脉弓内压曲线的斜度；

由于每时都在变化，所以平均血流量也可以表示为：

Q‾in=Σi=1nΔpiΔti/(C*n)---(2)]]>

步骤4：确定左大脑前动脉、左大脑中动脉、左大脑后动脉的血流量和左右颈、椎动脉血流量，方法如下：

步骤4-1：确定左大脑前动脉和左大脑中动脉的血流量：

利用颈动脉的脉波传播速度PWV计算大脑前动脉与大脑中动脉的血流量，公式为：

Qa1=Q1-APWV2(Ps*-Pd)---(3)]]>

式中，Q_a1为左大脑前动脉血流量，Q₁为颈动脉血流量，A为颈动脉的直径，PWV为颈动脉传播速度，P_s^*为拐点血压，P_d为扩张期血压；

Qm1=APWV2(Ps*-Pd)---(4)]]>

式中，Q_m1为左大脑中动脉的血流量；

左大脑后动脉的血流量计算方式如下：

左大脑后动脉的血流量由椎脑基低动脉中的血流量与颈动脉中的血流量决定，公式为：

Qp1=Q3*+Q1*---(5)]]>

式中，Q_p1为大脑后动脉的血流量，为由颈动脉流入大脑后动脉的血流量，为椎脑基低动脉流入大脑后动脉的血流量，且有式中，Q_b表示，Q₄表示流入右侧椎动脉的血流量，Q₃表示流入左侧椎动脉的血流量；

现在将流入左侧椎动脉的血流量Q₃与流入左侧内颈动脉的血流量Q₁的比设为a，且有左侧椎动脉的血流量基准值与左椎动脉血流量基准值的比设为a₀，且有进行试验，得到如下的相关式：

Q3*Q1*=73*K(a-a0)---(6)]]>

式中，K为相关系数，其值在0.8-1.2之间，所以

QP1=0.4*QbQ4Q3(1+37*K(a-a0))---(7)]]>

步骤4-2：确定左右颈椎动脉血流量，公式为：

Q3=-kρL2Z2dZdt|max·T---(8)]]>

式中，k为常数，取值为0.76-0.83，ρ是血液密度，L是颈、椎动脉血流图出口电极间的距离，是值颈、椎动脉收缩期倾斜度的最大值，T是心率周期；

步骤5：计算左右冠状动脉、脑血管的顺应性、血流阻力、动脉硬化度和左右管状动脉血流量；

心脏收缩期左冠状动脉的平均顺应性为：

Cl=2(mn·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+Sl)PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)+n)Pd‾+n·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+Sl)PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)---(16)]]>

式中，是扩张期平均血压，

由于所以左冠状动脉血流量公式为：

Sl=[2(mn·(PS*2-Pd2)+n)P‾+n·(PS*2-Pd2)]Σi=1nΔpiΔti/n[(TdA+(1+Td)P‾Σi=1nΔpiΔti/n+(1+Td)Σi=1nΔpiΔti/n)Σi=1nΔpiΔti/n---(17)]]>

其中，

A=PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)--(18)]]>

左冠状动脉血流阻力                Rtl＝(p_d-P_v)/S_l                (19)

Rpl＝A_d/S_l*T_d                                                    (20)

式中，Rtl为左冠状动脉扩张期总阻力，Rpl为左冠状动脉扩张期末梢血管血流阻力；

右冠状动脉的顺应性，公式为：

Cr=2(ma1+n·(PS*2-Pd2)+[12R(As-Ad)-0.2Srd]PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)n)P‾+]]>

                                                                 (32)

n·(PS*2-Pd2)+[12R(As-Ad)-0.2Srd]PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)]]>

是右冠状动脉内压曲线的平均值是Srd-A_d/(A_s+A_d)；

由于右冠状动脉的血流量为：

右冠状动脉血流阻力：

Rtr＝(p_d-p_v)/S_v                                                  (34)

Rpr＝A_d/S_r*T_d                                                    (35)

式中，Rtr为右冠状动脉扩张期总阻力，Rpr为右冠状动脉扩张期末梢血管血流阻力；

动脉硬化度E＝k(PWV)*R^-0..25/C                                    (38)

上式中k＝f(PWV^0.23)是随主动脉的PWV^0.23变化的涵数，PWV在650-1120间变化时k在0.72-0.64间变化；

大脑中动脉的平均顺应性，公式为：

Cm=2(mn·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+APWV2(Ps*-Pd))PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)+n)Pd‾]]>

                                                                 (41)

+n·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+APWV2(Ps*-Pd))PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)]]>

血流阻力Rm，公式为：

Rm=P‾APWV2(Ps*-Pd)---(42)]]>

式中，P表示平均血压；

相类似，前大脑动脉的顺应性，公式为：

Ca=2(mn·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+Qc-APWV2(Ps*-Pd))PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)+n)Pd‾]]>

                                                                 (43)

+n·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+Qc-APWV2(Ps*-Pd))PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)]]>

血流阻力，公式为：

Ra=P‾Qc-APWV2(Ps*-Pd)---(44)]]>

后大脑动脉的顺应性，公式为：

Cp=2(mn·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+0.4*QbQ4Q3(1+37*K(a-a0)))PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)+n)P‾]]>

                                                                 (45)

+n·(PS*2-Pd2)-(1R·Ad+0.4*QbQ4Q3(1+37*K(a-a0)))PS*-Pd+m·(PS*2-Pd2)]]>

血流阻力，公式为：

Rp=P‾0.4*QbQ4Q3(1+37*K(a-a0))---(46)]]>

步骤6：输出主处理器计算结果。