專利名稱：腦血管功能檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)無創(chuàng)傷檢測的儀器。
腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)是反映腦血管功能的重要指標(biāo)。正確檢測這些參數(shù)對(duì)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(píng)價(jià)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(chuàng)傷檢測腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)有很大困難。人們力圖通過檢測頸動(dòng)脈的血流參數(shù)、間接給出腦循環(huán)的有關(guān)信息。發(fā)明人在“腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)的檢測分析方法及儀器”(申請(qǐng)?zhí)?0102812.6)發(fā)明專利中，曾提出通過檢測頸動(dòng)脈流量波形q(t)和管徑波形d(t)，利用所建立的腦血管血流動(dòng)力學(xué)分析模型計(jì)算腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方法及相應(yīng)儀器。但是由于利用超聲多普勒原理檢測頸動(dòng)脈管徑難度較大，造價(jià)較高，影響了該儀器的開發(fā)和應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過對(duì)腦血管血液動(dòng)力學(xué)分析，提出一種通過檢測頸動(dòng)脈搏動(dòng)波形和血流速度波形，計(jì)算腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的腦血管功能檢測儀。
腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)主要有如下三類(1)反映腦血流狀態(tài)的有血流速度V(最大值Vmax，平均值Vm，最小值Vmin)，平均血流量Qm。
(2)反映腦血管彈性狀態(tài)的有特性阻抗Zc，脈搏波速度C。
(3)反映腦血管床阻力狀態(tài)的有腦血管外周阻力R。
本發(fā)明提出的腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)無損傷檢測方法，其步驟如下(1)血流速度檢測儀測出頸動(dòng)脈血流速度波形V(t)的模擬信號(hào);
(2)用脈搏波檢測儀測出頸動(dòng)脈的脈搏波形，并用常規(guī)方法所測得的血壓值進(jìn)行標(biāo)定。從而得到頸動(dòng)脈的壓力波形p(t)的模擬信號(hào);
(3)根據(jù)上述參數(shù)通過計(jì)算機(jī)分析計(jì)算腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析計(jì)算是以腦血管血液動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)的。其分析計(jì)算方法如下1、對(duì)頸動(dòng)脈的壓力p(t)和流速v(t)進(jìn)行Fourier分析
式中Po和Vo分別是壓力p(t)和流速V(t)的平均值，Pn和Vn分別是p(t)和v(t)的第n次諧波的幅值，ψpn和ψvn分別是p(t)和v(t)的第n次諧波的位相，ω為圓頻率，N為Fourier分解式取的次數(shù)。
關(guān)于腦血管阻抗特性的計(jì)算。由Fourier分解式，可得以頸動(dòng)脈為始端的腦血管輸入阻抗Zn＝Pn/Vnn＝1，2，…，N (2)ArgZn＝ψpn-ψvn注意上述輸入阻抗是以壓力p(t)和流速v(t)為基礎(chǔ)定義的，簡稱為P-V輸入阻抗，其單位是牛頓·秒/米-3。
于是腦血管的特性阻抗可用下式表示為Zc=1N-2Σn=3N|Zn|(3)]]>(N＝10，11，或12)腦血管阻力可由下式表示為R＝Po/Vo (4)另一方面，由脈搏波波速C與特性阻抗Zc的關(guān)系式，可得脈搏波速度表達(dá)式為C＝ (Zc)/(ρ) (5)式中ρ為血液密度，通常取為ρ＝1.06g/cm3。
平均血流量表達(dá)式為Qm＝ 1/4 πD2Vm (6)其中頸總動(dòng)脈管徑D＝a-b·A+c·H+d·W+e·Ps-f·Pd-g·Vm-h·Vmax-i·Vmin (7)這里A為年齡，H為身高，W為體重，Ps為收縮壓，Pd為舒張壓。系數(shù)a～i利用多元線性回歸法獲得對(duì)于男子a＝4.9398，b＝5.1809×10-4，c＝2.1836×10-2，d＝4.0182×10-4，e＝1.5648×10-2，f＝6.6006×10-3，g＝2.4005×10-2，h＝2.9219×10-2，i＝2.1979×10-2(8)對(duì)于女子a＝5.3564，b＝-1.3395×10-2，c＝1.2632×10-2，d＝4.8423×10-3e＝1.2632×10-2，f＝1.0386×10-2，g＝7.5639×10-2，h＝5.4855×10-3，i＝2.197×10-2(9)根據(jù)上述腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)的檢測方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了相應(yīng)的專用檢測儀器-腦血管功能檢測儀。該儀器包括檢測系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)2和計(jì)算分析系統(tǒng)(主計(jì)算機(jī))3三個(gè)部分，并配以血管腦功能檢測分析軟件。其結(jié)構(gòu)如附圖
所示。
上述檢測系統(tǒng)包括用于檢測頸動(dòng)脈脈搏波形p(t)的脈搏波檢測儀4和用于檢測頸動(dòng)脈血流速度波形v(t)的超聲血流速度檢測儀5。上述數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)2是檢測系統(tǒng)1與主計(jì)算機(jī)3之間信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁，由電子開關(guān)6、放大濾波電路7、采樣保持路8、A/D轉(zhuǎn)換電路9、狀態(tài)檢測控制單元10、定時(shí)器11、譯碼器12組成。其中A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、狀態(tài)檢測控制單元與主計(jì)算機(jī)之間有數(shù)據(jù)總線作為數(shù)據(jù)通道。譯碼器與主計(jì)算機(jī)之間有地址總線和控制總線，譯碼器通過對(duì)主計(jì)算機(jī)地址總線和控制總線上的信號(hào)進(jìn)行譯碼，為A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、狀態(tài)檢測控制單元提供唯一地址。定時(shí)器為采樣保持電路提供標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率(一般定為200HZ)，同時(shí)用該頻率信號(hào)同步狀態(tài)檢測控制單元工作，計(jì)算機(jī)送入狀態(tài)檢測控制單元數(shù)據(jù)是用于控制電子開關(guān)的。電子開關(guān)將檢測系統(tǒng)檢測到的信號(hào)經(jīng)選擇后送入放大濾波電路(一般定放大倍數(shù)為2，截止頻率為30HZ的Butterworth低通濾波電路)，經(jīng)過采樣保持電路采樣保持，然后送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。檢測系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)(脈搏波和流速波的采集/凍結(jié)信號(hào)、流速儀增益信號(hào))由狀態(tài)檢測控制單元檢測后通過數(shù)據(jù)總線送入主計(jì)算機(jī)。上述計(jì)算分析系統(tǒng)是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。上述腦血管檢測分析軟件包括檢測和分析計(jì)算兩大部分。其中檢測部分用于控制檢測系統(tǒng)，完成對(duì)病員左右兩側(cè)頸動(dòng)脈脈搏波p(t)和血流速度波v(t)(包括最大值Vmax、最小值Vmin、平均值Vm)的測量，同時(shí)可輸入病員的有關(guān)信息年齡A、身高H、體重W、收縮壓Ps、舒張壓Pd。上述測量結(jié)果和病員信息存貯在磁盤上。計(jì)算分析部分對(duì)檢測系統(tǒng)測量獲得的數(shù)據(jù)p(t)和v(t)進(jìn)行Fourier分析，然后計(jì)算腦血管功能的有關(guān)參數(shù)腦血管特性阻抗Zc、脈搏波速度C、腦血管外周阻力R和平均血流量Qm，并將結(jié)果存入磁盤或打印。這些參數(shù)Zc、R、C、Qm是以p(t)和v(t)為基礎(chǔ)并分別由前述公式(3)、(4)、(5)、(6)定義的。因此，主計(jì)算機(jī)通過計(jì)算分析軟件，按照公式(1)～(9)完成對(duì)腦血管功能參數(shù)的分析計(jì)算。
由于本發(fā)明基于對(duì)頸動(dòng)脈搏動(dòng)波形和血流速度波形的檢測，避免了對(duì)頸動(dòng)脈管徑波形的檢測，從而避免了許多麻煩，以此為基礎(chǔ)定義的腦血管功能參數(shù)，計(jì)算簡潔，從而使本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，計(jì)算迅速，造價(jià)更為便宜?？蓮V泛應(yīng)用于腦血管生理、病理研究、臨床診斷和防治等。
實(shí)施例 本發(fā)明的檢測系統(tǒng)中，脈搏波檢測可采用生理壓力傳感器，血流速度檢測可采用復(fù)旦大學(xué)研制成功的多普勒超聲血流速度儀。預(yù)處理系統(tǒng)中電子開關(guān)可采用CD4051，放大濾波電路具體用μA741，采樣保持電路具體采用LF398，A/D轉(zhuǎn)換器用ADC0804，定時(shí)器采用8253，狀態(tài)檢測控制單元和譯碼器采用可編程邏輯電路，具體為GAL16V8，它具有較好的保密功能。計(jì)算分析系統(tǒng)可采用IBM系列微機(jī)。
附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
權(quán)利要求
1.一種腦血管功能檢測儀，由檢測系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)2、計(jì)算分析系統(tǒng)(主計(jì)算機(jī))3和腦血管功能檢測分析軟件構(gòu)成，其特征在于(1)檢測分析系統(tǒng)包括用于檢測頸動(dòng)脈脈搏波形p(t)的脈搏波檢測儀4和用于檢測頸動(dòng)脈血流速度波形v(t)的超聲血流速度檢測儀5。(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)是檢測系統(tǒng)與主計(jì)算機(jī)之間信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁，由電子開關(guān)6、放大濾波電路7、采樣保持電路8、A/D轉(zhuǎn)換器9、狀態(tài)檢測控制單元10、定時(shí)器11、譯碼器12組成。其中A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、狀態(tài)檢測控制單元與主計(jì)算機(jī)之間有數(shù)據(jù)總線作為數(shù)據(jù)通道。譯碼器與主計(jì)算機(jī)之間有地址總線和控制總線，譯碼器通過對(duì)主計(jì)算機(jī)地址總線和控制總線上信號(hào)進(jìn)行譯碼，為A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、和狀態(tài)檢測控制單元提供唯一地址。定時(shí)器為采樣保持電路提供標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率，同時(shí)，用該頻率信號(hào)同步狀態(tài)檢測控制單元工作。電子開關(guān)將檢測系統(tǒng)檢測到的信號(hào)經(jīng)選擇后送入放大濾波電路，再經(jīng)采樣保持電路采樣保持后，送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。檢測系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)(脈搏波和流速波采集/凍結(jié)信號(hào)、流速儀增益信號(hào))由狀態(tài)檢測控制單元檢測后通過數(shù)據(jù)總線送入主計(jì)算機(jī)。(3)計(jì)算分析系統(tǒng)為一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。(4)腦血管檢測分析軟件包括檢測和計(jì)算分析兩大部分檢測部分用于控制檢測系統(tǒng)，完成對(duì)病員左右兩側(cè)頸動(dòng)脈脈搏波p(t)和血流速度波v(t)(包括最大值Vmax，最小值Vmin，平均值Vm)的測量，同時(shí)可輸入病員的有關(guān)信息年齡A、身高H、體重W、收縮壓Ps、舒張壓Pd。計(jì)算分析部分對(duì)檢測系統(tǒng)測量到的數(shù)據(jù)p(t)和v(t)進(jìn)行Fourier分析，然后計(jì)算腦血管功能的有關(guān)參數(shù)腦血管特性阻抗Zc、脈搏波速度C、腦血管外周阻力R和平均血流量Qm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦血管功能檢測儀，其特征在于所述的計(jì)算分析系統(tǒng)關(guān)于腦血管功能參數(shù)采用如下公式定義并計(jì)算(1)腦血管特性阻抗ZcZc=1N-2Σn=3N|Zn|]]>N取10，11，或12;其中｜Zn｜＝Pn/Vn，n＝1，2，…，N。這里Pn和Vn分別為p(t)和v(t)的Fourier分解中第n次諧波的幅值。(2)腦血管阻力RR＝Po/Vo這里Po和Vo分別為p(t)和v(t)的平均值。(3)脈搏波速度CC＝Zc/ρ其中ρ為血液密度。(4)平均血流量QmQm＝πD2·Vm/4其中D為頸總動(dòng)脈管徑D＝a-b·A+c·H+d·W+e·Ps+f·Pd-g·Vm-h·Vmax-i·Vmin這里A、H、W分別為年齡、身高、體重，Ps、Pd為收縮壓和舒張壓，Vm、Vmax、Vmin分別為頸動(dòng)脈血流速度的平均值，最大值、最小值，這些參量均由測量獲得。系數(shù)a～i根據(jù)男和女的不同，由統(tǒng)計(jì)回歸分析獲得。
全文摘要
本發(fā)明是一種腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)無創(chuàng)傷檢測儀，由檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)、計(jì)算分析系統(tǒng)及檢測分析軟件構(gòu)成。其中檢測系統(tǒng)包括脈搏波檢測儀和血流速度檢測儀，計(jì)算分析系統(tǒng)是一臺(tái)微機(jī)，數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)是檢測系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁。檢測分析軟件完成對(duì)頸動(dòng)脈脈搏波和血流速度的測量和腦血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析計(jì)算。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、計(jì)算迅速，成本低廉，可廣泛應(yīng)用于腦血管生理、病理研究、臨床診斷和防治。
文檔編號(hào)A61B8/06GK1056046SQ9110740
公開日1991年11月13日 申請(qǐng)日期1991年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月24日
發(fā)明者柳兆榮 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)