專利名稱：中心血壓波形重建模型及重建方法
中心血壓波形重建模型及重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血壓波形重建模型及重建方法，尤其涉及一種中心血壓波形重建模型及重建方法。
背景技術(shù)：
升主動脈(ascending aorta)處的中心血壓波形是臨床最重要的心血管生理參數(shù)之一。中心血壓直接影響著心臟和腦部的血液循環(huán)和心腦血管的健康。例如，中心血壓的長期異常可造成心室重構(gòu)、心血管肥大等多種病變，并且中心血壓的某些變化可直接引發(fā)冠狀動脈和頸動脈處的粥樣硬化斑塊破裂，引發(fā)心腦血管急性事件。其次，中心血壓的形態(tài)特征還攜帶著豐富的系統(tǒng)血管健康信息，例如，中心脈搏壓和增強指數(shù)(augment index, Al) 反映著系統(tǒng)動脈血管硬化度，為發(fā)現(xiàn)全身性動脈粥樣硬化和血管系統(tǒng)的其他病變提供了有價值的參考。因此，密切監(jiān)測升主動脈處中心血壓波形對于心腦血管疾病患者的早期發(fā)現(xiàn)和心腦血管急性事件的早期預(yù)警至關(guān)重要。中心血壓波形可以通過血管穿刺和導(dǎo)管插入直接測量，但該測量過程會造成創(chuàng)傷，會給病人帶來疼痛，除危重病人或術(shù)中需要外，臨床上一般不采用。目前，臨床上使用袖帶式血壓計可以在上臂處間接近似測得中心收縮壓和和舒張壓，但這兩個血壓值不能代替中心血壓波形全面反映心血管系統(tǒng)的狀態(tài)。外周血壓波形可用多種無創(chuàng)方式獲得。比如， 張力測量法(tonometry)可在橈動脈、股動脈和頸動脈處連續(xù)測得血壓波信號；基于容積鉗原理的血壓測量設(shè)備Finapres可在指尖連續(xù)獲得血壓波信號。但是，由于血液脈動在從主動脈根部向血管系中各處傳播的過程中會和動脈管壁相互作用而發(fā)生形變，末梢血管處的壓力波形和中心血壓波形有很大不同，不能準(zhǔn)確獲取中心血壓波。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種無創(chuàng)且準(zhǔn)確的中心血壓波形重建方法。此外，還有必要提供一種無創(chuàng)且準(zhǔn)確的主動脈血壓波形重建模型。一種中心血壓波形重建方法，包括如下步驟建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；其中，所述第一傳輸線模型用于描述升主動脈至上臂血管的肱動脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動脈分叉前動脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動脈到肱動脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動脈內(nèi)的近似無損傳輸過程，第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載用于描述橈動脈和上臂血管末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形；基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系；測得并根據(jù)待測者上臂血管末梢處血壓波形，結(jié)合中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系重建被測者的中心血壓波形。優(yōu)選的，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。優(yōu)選的，所述基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系的步驟具體為基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)；根據(jù)所述傳遞函數(shù)，獲取傳遞函數(shù)的時域等式，用時域等式描述中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系；采用均值矯正參數(shù)，對中心血壓波形進行均值矯正；同步獲取多組中心血壓和上臂血管末梢處血壓，估計時域等式中的參數(shù)和均值矯正參數(shù)，獲取中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系。優(yōu)選的，所述均值矯正參數(shù)對于不同個體為固定不變的值。一種中心血壓波形重建模型，用于描述升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，所述模型為雙段串聯(lián)傳輸線模型，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；所述第一傳輸線模型用于描述升主動脈至上臂血管的肱動脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動脈分叉前動脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動脈到肱動脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動脈內(nèi)的近似無損傳輸過程，第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載彈性腔模型用于描述橈動脈和橈動脈末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形。優(yōu)選的，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。優(yōu)選的，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。上述中心血壓波形重建模型及方法，采用雙段串聯(lián)傳輸線模型用來描述血壓波在升主動脈和上臂血管末梢之間的傳輸過程，根據(jù)該雙段串聯(lián)傳輸線模型能夠準(zhǔn)確獲取升主動脈處中心血壓波形和上臂血管末梢處血壓波形的關(guān)系，從而只需獲取上臂血管末梢處血壓波形即可重建中心血壓波形，配合當(dāng)前的末梢連續(xù)血壓無創(chuàng)監(jiān)測設(shè)備可以無需創(chuàng)傷且準(zhǔn)確的對中心血壓波形進行估計，從而能夠根據(jù)重建后的中心血壓波形準(zhǔn)確獲取大量心血管系統(tǒng)的信息，對待測者的心血管健康狀況進行準(zhǔn)確分析。

圖1是一個實施例中主動脈血壓波重建方法的流程圖；圖2是一個實施例中雙段串聯(lián)傳輸線模型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示步驟20的具體流程圖。圖4是一個實施例中重建后的中心血壓波形的示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細(xì)描述。圖1是一個實施例中主動脈血壓波重建方法的流程圖；圖2是一個實施例中雙段串聯(lián)傳輸線模型的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1和圖2，該方法包括如下步驟S10:建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程。通常，假設(shè)血液流體是不可壓縮的粘性牛頓流體，其在血管中的流動可用層流描述，則在這種假設(shè)下，能夠用等效電路元件來描述血管各種動力學(xué)特性。人體血壓波在從左心室沿著動脈管壁向前傳播的過程中，在阻力不匹配的位置會發(fā)生反射，任何位置的動脈血壓波都是由前進波和反射波疊加形成。反射現(xiàn)象無處不在，但主要集中發(fā)生在幾何或力學(xué)特性不連續(xù)部位。對于升主動脈與上臂血管末梢之間來說，反射的主要位置是肱動脈分叉和橈動脈末梢及手部。為了更準(zhǔn)確反映反射效應(yīng)對血壓波的影響，采用雙段串聯(lián)傳輸線模型。該實施例中，雙段串聯(lián)傳輸線模型(Transmission Line，TL)包括串聯(lián)的第一傳輸線模型(TLl) 100及第二傳輸線模型(TL2) 200;第一傳輸線模型100包括第一管道110及第一負(fù)載120，第二傳輸線模型200包括第二管道210及第二負(fù)載220。第一傳輸線模型100用于描述上臂血管的肱動脈。其中，第一管道110為無損均勻管道，用于描述肱動脈分叉前的動脈血管中的近似無損傳輸過程。第一管道110具有第一特征阻抗，其值為τΛ。第一管道110的第一特征阻抗用于描述血管的順應(yīng)性和血流慣性的綜合效應(yīng)。第一負(fù)載120用于描述從升主動脈到肱動脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)， 其中主要是描述肱動脈分叉處的反射效應(yīng)。該實施例中，第一負(fù)載120采用彈性腔模型 (Windkessel)，包括第一匹配阻抗121、第一電阻122以及第一電容123。第一電阻122和第一電容123構(gòu)成第一 RC回路。第一匹配阻抗121與第一管道110和第一 RC回路串聯(lián)連接。第一匹配阻抗121是第一特征阻抗的匹配阻抗。在優(yōu)選的實施方式中，第一匹配阻抗 121與第一特征阻抗相同，其值也為第一電阻122和第一電容123分別表示肱動脈分叉處的血管阻抗和血管順應(yīng)性。第一電阻122的值為R1，第一電容123的值為Q。第二傳輸線模型200用于描述上臂血管的橈動脈到上臂血管末梢的血壓波傳輸過程。其中，第二管道210用于描述血壓波在橈動脈內(nèi)的近似無損傳輸過程。第二管道210具有第二特征阻抗，第二特征阻抗值為、。第二負(fù)載220用于描述橈動脈和上臂血管末梢處的血壓波反射效應(yīng)。該實施例中，上臂血管末梢為橈動脈末梢，即上臂血管末梢處血壓波形通過測量橈動脈末梢處血壓波形來獲得。第二負(fù)載220也采用彈性腔模型 (Windkessel)，包括第二匹配阻抗221、第二電阻222以及第二電容223。第二電阻222和第二電容223構(gòu)成第二 RC回路。第二匹配阻抗221是第二特征阻抗的匹配阻抗。在優(yōu)選的實施方式中，第二匹配阻抗221與第二特征阻抗值相同，其值也為Z。2。第二電阻222和第二電容223分別表示橈動脈末梢處的血管阻抗和血管順應(yīng)性。第二電阻222的值為&， 第二電容223的值為C2。第一管道110前端處血壓波形為升主動脈處的中心血壓波形，標(biāo)記為Ρ『第一管道110后端血壓波形為肱動脈分叉處血壓波形，標(biāo)記為Pi。第二管道210后端血壓波形為上臂血管末梢處血壓波形，標(biāo)記為P2,也即上臂末梢處血壓波形。血壓波傳導(dǎo)過第一管道 110所用時間為Tdl，表示血壓波從中心傳導(dǎo)到肱動脈分叉處所用的時間。血壓波傳導(dǎo)過第二管道210所用時間為Td2，表示血壓波從肱動脈分叉?zhèn)鲗?dǎo)到橈動脈末梢所用的時間(Pulse Transient Time，PTT)。S20 基于雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系。如圖3所示，該實施例中，基于雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系的步驟具體為S21 基于該雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)。血壓波由升主動脈傳遞到上臂血管末梢處具有一定的傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)能夠描述升主動脈處中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系?；谠撾p段串聯(lián)傳輸線模型， 獲取升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)，也即獲取該雙段串聯(lián)傳輸線模型的傳遞函數(shù)。該實施例中，在拉氏域推導(dǎo)從升主動脈到上臂血管末梢處(以橈動脈末梢處為例)的血壓波傳遞函數(shù)G，所有公式的推導(dǎo)都是在拉氏域。假設(shè)從升主動脈到肱動脈分叉處的血壓波傳遞函數(shù)為G1,即第一傳輸線模型100 的傳遞函數(shù)為G1 ；從肱動脈分叉處到橈動脈末梢處血壓波傳遞函數(shù)為&，即第二傳輸線模型200的傳遞函數(shù)為G2，則
權(quán)利要求
1.一種中心血壓波形重建方法，包括如下步驟建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；其中，所述第一傳輸線模型用于描述升主動脈至上臂血管的肱動脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動脈分叉前動脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動脈到肱動脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動脈內(nèi)的近似無損傳輸過程， 第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載用于描述橈動脈和上臂血管末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形；基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系；測得并根據(jù)待測者上臂血管末梢處血壓波形，結(jié)合中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系重建被測者的中心血壓波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC 回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC 回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系的步驟具體為基于所述雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳遞函數(shù)；根據(jù)所述傳遞函數(shù)，獲取傳遞函數(shù)的時域等式，用時域等式描述中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系；采用均值矯正參數(shù)，對中心血壓波形進行均值矯正；同步獲取多組中心血壓和上臂血管末梢處血壓，估計時域等式中的參數(shù)和均值矯正參數(shù)，獲取中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中心血壓波形重建方法，其特征在于，所述均值矯正參數(shù)對于不同個體為固定不變的值。
7.—種中心血壓波形重建模型，用于描述升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，其特征在于，所述模型為雙段串聯(lián)傳輸線模型，所述雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；所述第一傳輸線模型用于描述升主動脈至上臂血管的肱動脈分叉前的血壓波傳輸過程，包括第一管道以及第一負(fù)載，所述第一管道用于描述血壓波在肱動脈分叉前動脈血管內(nèi)的近似無損傳輸過程，第一管道具有第一特征阻抗，第一負(fù)載用于描述從升主動脈到肱動脈分叉處的血壓波反射效應(yīng)；所述第二傳輸線模型用于描述上臂血管橈動脈到上臂血管末梢之間的血壓波傳輸過程，包括第二管道及第二負(fù)載，第二管道用于描述血壓波在橈動脈內(nèi)的近似無損傳輸過程， 第二管道具有第二特征阻抗，第二負(fù)載彈性腔模型用于描述橈動脈和橈動脈末梢處的血壓波反射效應(yīng)；第一管道前端處血壓波形為升主動脈處中心血壓波形，第一管道后端血壓波形為肱動脈分叉處血壓波形，第二管道后端血壓波形為上臂末梢處血壓波形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的中心血壓波形重建模型，其特征在于，所述第一負(fù)載采用彈性腔模型，包括第一匹配阻抗、第一電阻以及第一電容，第一電阻與第一電容構(gòu)成第一 RC 回路，第一匹配阻抗與第一管道和第一 RC回路串聯(lián)連接，所述第一匹配阻抗為第一特征阻抗的匹配阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心血壓波形重建模型，其特征在于，所述第二負(fù)載采用彈性腔模型，包括第二匹配阻抗、第二電阻以及第二電容，第二電阻與第二電容構(gòu)成第二 RC 回路，第二匹配阻抗與第二管道和第二 RC回路串聯(lián)連接，所述第二匹配阻抗為第二特征阻抗的匹配阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的中心血壓波形重建模型，其特征在于，所述第一匹配阻抗與第一特征阻抗值相同，所述第二匹配阻抗與第二特征阻抗值相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中心血壓波形重建模型及重建方法，該方法包括如下步驟建立并采用雙段串聯(lián)傳輸線模型描述升主動脈與上臂血管末梢之間血壓波的傳輸過程，雙段串聯(lián)傳輸線模型包括串聯(lián)的第一傳輸線模型及第二傳輸線模型；基于雙段串聯(lián)傳輸線模型，獲取中心血壓波形與上臂血管末梢處血壓波形之間的關(guān)系；測得并根據(jù)待測者上臂血管末梢處血壓波形，結(jié)合中心血壓波形和上臂末梢處血壓波形之間的關(guān)系重建被測者的中心血壓波形。本發(fā)明只需獲取上臂血管末梢處血壓波形即可重建中心血壓波形，無需創(chuàng)傷且準(zhǔn)確的對中心血壓波形進行重建，從而能夠根據(jù)重建后的中心血壓波形獲取大量準(zhǔn)確信息，對待測者的心血管健康狀況進行準(zhǔn)確分析。
文檔編號A61B5/021GK102499658SQ201110350418
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者丁紅霞, 吳丹, 張元亭, 楊平 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院