一種動脈硬化檢測和評估裝置的製作方法

2023-08-06 19:11:26

專利名稱：一種動脈硬化檢測和評估裝置的製作方法
技術領域：
一種動脈硬化檢測和評估裝置技術領域本申請涉及一種醫療裝置，特別涉及一種4企測和評估動脈^哽化的裝置。
背景技術：
動脈硬化是動脈的一種非炎症性病變，可使動脈管壁增厚、變硬， 失去彈性和管腔狹小。最近幾十年，隨著人類生活水平的不斷提高和飲 食結構的不斷改變，心腦血管疾病的發病率已經上升為各種疾病之首， 成為嚴重威脅人類健康的第一大殺手。動脈硬化的早期檢測對心腦血管 疾病預後具有重要價值，如果能夠在動脈硬化發生的早期即內皮功能失 調期提早檢測到動脈硬化程度的改變，醫生可通過藥物或者合理的飲食 來逆轉動脈硬化的發展。因此，動脈硬化的早期檢測、早期診斷、早期 控制成為當代醫學科教及社會發展的重要主題。高血壓及血脂升高等因素常常提示動脈硬化發生的潛在危險，踝臂指數(ABI)是踝部動脈收縮壓與雙側肱動脈收縮壓得最高值之比，它是 診斷動脈硬化的最佳無創指標，是診斷和評價下肢閉塞性動脈硬化症的 有效依據，是診斷外周動脈缺血的最佳無創指標。通過獲得四肢的收縮 壓、平均壓、舒張壓和脈壓，可計算踝臂指數ABI，其^^式如下ABI-腳 踝收縮壓+上臂收縮壓。脈搏波速度(P驛)的測定用來評判動脈的彈性，這是基於物理學原 理即脈搏波的傳導速度與動脈壁的僵硬度具有相關關係動脈的僵硬度 越高或順應性越差，則脈搏波傳導速度越快，反之動脈的僵硬度越低或 順應性越好，脈搏波傳導速度越慢。通過記錄四肢血壓脈搏波，檢測脈 搏波在血管內的傳導時間，可計算出PWV，具體計算公式如下PWV = L/PTT 其中L為血管長度，PTT為脈搏波傳遞時間。目前，國內動脈硬化診斷儀主要採用超聲都卜勒效應測定動脈的脈搏 波傳導速度，以診斷人體深淺動脈硬化的有無及輕重程度。此方法所使 用的儀器精密度要求極高、造價昂貴，國內主要依賴進口。而相關的輔助檢測裝置如超聲、造影以及磁共振等更為注重的是血管形態學上的改 變，而這種改變常常是發生在具有一定程度的器質性病變之後，不能從 早期了解動脈硬化的僵硬度的變化程度。實用新型內容為了解決現有技術中的問題，本實用新型提供一種結構簡單、成本 低的檢測和評估動脈硬化的裝置，其包括信號採集部件、存儲模塊、數 據分析模塊、結果顯示模塊和報告輸出模塊,信號採集部件用於提取患者的心電、心音和血壓等生物信號；存儲模塊與所述信號採集部件相連， 用於將所述信號採集部件採集的信號數據保存起來所述數據分析模塊 與存儲模塊相連，將存儲在存儲模塊中的生物信號進行特徵點的提取， 計算踝臂指數ABI和檢測脈搏波在血管內的傳導時間PWV,其中ABI和 PWV由下式給出ABI-腳踝收縮壓+上臂收縮壓 PWV = L/PTTL為血管長度，PTT為脈搏波傳遞時間；所述結果顯示單元與所述悽t 據分析模塊相連，用於將數據分析模塊計算的結果向用戶顯示，所述報 告輸出模塊與結果顯示模塊相連，用來輸出檢測結論報告，以向用戶和 患者提供，並供存檔之用。進一步，所述的信號採集部件還包括採集傳感器，採集模塊和傳輸 模塊，採集傳感器一端與患者相連， 一端與該儀器相連，主要用來採集 心電、心音、四肢袖帶血壓的信號，採集模塊用來監測、控制採集傳感 器的工作，並將數據送到傳輸模塊，傳輸模塊是硬體控制與軟體分析的 中間媒介，將數據上傳到PC機的數據分析模塊進行信號處理和分析。本實用新型的採集傳感器進一步包括心電信號採集傳感器、心音信 號採集傳感器、四肢血壓採集傳感器以及頸動脈、橈動脈、股動脈和趾 動脈四處脈搏採集傳感器，信號傳輸模塊具有標準的USB數據傳輸接口， 用於與本裝置其它模塊相連。所述的信號採集部件採集心電、心音、四肢的袖帶血壓來綜合分析 動脈硬化程度，其中針對腳踝壓力採用雙袖帶進行血壓測量，該雙袖帶 包括氣泵、雙袖帶內部閥、大袖帶慢放氣閥、小袖帶慢放氣閥和快放氣 岡。本實用新型的裝置採用示波法實現無創血壓的自動檢測，即對讀入 的脈搏振動波動信號經過去噪、去基線漂移處理後，再找脈搏波極大值 點，提取脈搏振動波動信號幅值的包絡曲線，如果沒有出現包絡線特徵 點，則返回讀取脈搏信號波，重複進行上述包絡線特徵點的選擇，如果 出現包絡線特徵點，則進行血壓參數的計算。本實用新型的特點是，結構簡單，操作方便， 一次檢測即可計算ABI、 PWV、 ET、 PEP等多個參數，使得診斷和評估動脈硬化程度更加方便、快 捷、準確。比傳統的採用超聲都卜勒效應測定動脈的脈搏波傳導速度的 技術相比，本實用新型的裝置成本低，能有效地對動脈硬化進行早期檢 測和診斷，益於廣泛應用。


圖1是本申請動脈硬化檢測和評估裝置的系統總體框圖圖2是本申請動脈硬化檢測和評估裝置採集的信號圖；圖3是本申請動脈硬化檢測和評估裝置的內部結構原理框歐圖4是本申請動脈石更化檢測和評估裝置中雙袖帶檢測的時序圖；圖5是本申請動脈硬化檢測和評估裝置中無創血壓檢測過程示意歐圖6是本申請動脈硬化檢測和評估裝置中血壓計算的流程圖。圖7是利用本申請動脈硬化檢測和評估裝置計算出的脈搏波包絡線圖。
具體實施方式
本裝置的設計原理是通過採集四肢的血壓脈搏信號、心電和心音信 號，提取脈搏波的特徵參數，從而計算出脈搏波傳導速度PWV和踝臂指 數ABI.(腳踝血壓與上臂血壓之比)，.以幫助早期檢.測和診斷動脈硬化。本實用新型動脈硬化檢測和評估裝置的系統總體框圖如圖1所示， 其包括信號採集部件、存儲模塊、數據分析模塊、結果顯示模塊和報告 輸出模塊；所述信號採集部件用於提取患者的心電、心音和血壓等生物 信號；這些信號被傳輸到存儲模塊進行存儲，然後再輸入到數據分析才莫 塊，在數據分析模塊進行脈搏波傳導速度PWV和踝臂指數ABI的計算和 分析，計算和分析的結果通過顯示模塊進行顯示，並將結果通過報告輸 出模塊輸出。其中信號採集部件包括採集傳感器，採集模塊和傳輸模塊，採集傳感器一端與患者相連， 一端與該儀器相連，主要用來採集心電、 心音、四肢袖帶血壓的信號，採集模塊用來監測、控制採集傳感器的工 作，並將數據送到傳輸模塊，傳輸模塊是硬體控制與軟體分析的中間士某 介，將數據上傳到PC機的數據分析模塊進行信號處理和分析。本實用新 型中的採集傳感器有多個，包括心電信號採集傳感器、心音信號採集傳 感器、四肢血壓採集傳感器以及頸動脈、橈動脈、股動脈和趾動脈四處 脈搏採集傳感器，這些傳感器可以採用兩種方式， 一種如心電信號傳感 器> 直接放置在信號採集部位，如心臟，直接獲取心電信號，另一種如 四肢血壓採集傳感器，採用血壓計的袖帶式，帶有氣閥和氣泵。本實用 新型的動脈硬化檢測和評估裝置還可進一步帶有實時顯示模爽與存儲 單元相連，實時同步監測採集到的所有信號，也可選擇監測其中的部分 信號。以下結合具體採集的信號，描述本實用新型裝置的一個實施例。如圖2所示，為本申請動脈硬化檢測和評估裝置採集的信號；心電信號用來實時計算心率和每個心動周期的Q波起點位置，提供 時間同步標尺。心音信號用來計算第二心音的位置，通過與其他特徵參數聯合計算 心臟收縮時間間期。射血時間與射血前期的比值用來評價人體心臟泵血 功能的強弱。射血前期PEP的計算如下從第二心音起點到脈搏波重搏波切跡之 間的時間。以圖2為例，記錄II、 B兩點的時刻差為射血前期PEP。射血時間計算如下以一個周期的脈搏波來說，從起點到重搏波切 跡之間的時間差，記錄圖2中A、 B兩點的時刻差即為射血時間ET。右臂、左臂、右踝和左踝血壓信號用來獲得四肢的收縮壓、平均壓、 舒張壓和脈壓，來計算踝臂指數.ABI。.踝臂指數(ABI)是診斷和評價下 肢閉塞性動脈硬化症的有效依據。通過記錄四肢血壓脈搏波，檢測脈搏波在血管內的傳導時間，計算 出脈搏波傳導速度PWV， 以圖2為例，記錄A、 Al兩點對應的時刻，兩 點的時刻之差為PTT,上臂和腳踝之間血管長度為L。血管長度L採用巻 尺測量腳踝和上臂之間的距離獲得。列表給出上述所有參數的具體數值的計算示例:參數名稱計算方法結果說明左踝臂指數 (laABI)左踝收縮壓/上臂收 縮壓中較大值ABKO. 9 有狹窄或閉塞的可能性 ABKO. 8 百分率高，有狹窄或閉塞的可能 0. 5<ABI<0. 8 有一處閉塞的可能性 ABKO. 5 有多處閉塞得可能性 ABI〉1. 3懷疑動脈硬化右踝臂指數 (laABI)右踝收縮壓/上臂收 縮壓中較大值左踝臂脈搏 波速度 (laPWV)血管長度(L)/左踝 臂脈波傳導時間(如 圖2所示，A點-A2 點時間差)50歲以上 正常PWV《3. 450+0. 116Xage (year) 輕度硬化3. 450+0. 116Xage(year) < PWV《4. 450+0. 116 X age (year) 中度硬化4. 450+0. 116 X age (year) < PWV《5. 450+0. 116Xage(year) 重度硬化PWV 〉 5.450+0. 116X age (year) 50歲以下 正常PWV《9ra/s 輕度硬化10 ra/s <PWV《12m/s 中度硬化12m/s15m/s右踝臂脈搏 波速度 (raPWV)血管長度(L)/右踝 臂脈波傳導時間(如 圖2所示，A點-A1 點時間差)射血時間 (ET)脈搏波的起點到重 搏波切跡之間的時 間差(如圖2所示， A點-B點時間差)射血時間 正常範圍274.4 — 340( ms ) 射血時間延長，說明心肌收縮力減弱。 射血前期 正常範圍72.8 — 110 (ms) 射血前期縮短，說明心肌收縮力減弱射血前期 (PEP)第二心音起點到脈 搏波重搏波切跡之 間的時.間(如圖2 所示，II點-B點時 間差)圖3是本申請動脈硬化檢測和評估裝置的內部結構原理框圖，在本 實施例中，血壓的檢測採用同時採集四肢血壓數據進行分析，左上臂和 右上臂採用單袖帶接法，左腳踝和右腳踝採用雙袖帶接法。雙腳踝也可 以採用單袖帶接法，單袖帶只是雙袖帶的一種簡化形式。因為雙腳踝血 壓比雙臂高，所以如果採用單袖帶測量雙腳踝血壓，則需要比雙臂更大的充氣量來阻斷血流，從而進行準確分析。考慮到測量的安全性，為了 用較小的充氣量，準確分析計算雙腳踝血壓，我們研發了雙袖帶測量裝 置。雙袖帶測量方法，可以用雙臂充氣量準備分析計算出人體雙腳踝血 壓，具有明顯的技術優勢。檢測開始，首先將心電信號採集傳感器、心音信號採集傳感器、四 肢血壓採集傳感器以及頸動脈、橈動脈、股動脈和趾動脈四處脈搏採集 傳感器全部正確連接到相應的被測位置，本實施例中，各傳感器均採用 血壓計的袖帶形式，當點擊"開始"按鈕,氣泵開始充氣,快放氣氣閥 和慢放氣氣閥處於閉合狀態，系統進入血壓充氣狀態，傳感器採集心電、 心音、血壓、動脈等信號，這些採集到的各路信號再通過放大處理之後，送到數據分析模塊的血壓脈搏裝置處理器，然後通過USB埠發送到PC 機。當雙腳踝小袖帶充氣到人體平均壓時，小袖帶停止充氣，同時小袖 帶連接的氣閥仍然閉合，小袖帶處於憋氣狀態。當氣泵充氣達到最大充 氣量，即左右上臂袖帶截斷血流，臂下部無脈搏信號，雙腳踝的大袖帶 截斷血流，小袖帶無脈搏信號，此時氣泵l、氣泵2、氣泵3-1、氣泵3-2、 氣泵4-1、氣泵4-2停止工作，系統停止充氣，同時慢放氣氣閥l、慢放 氣氣閥2、慢放氣氣閥3-1、慢放氣氣閥3-2、慢放氣氣閥4-1、慢放氣 氣閥4-2打開，快放氣氣閥l、快放氣氣閥2、快放氣氣閥3、快放氣氣 閥4仍然處於閉合狀態，系統進入慢放氣狀態。當放氣到能夠檢測到脈 搏信號時，此時袖帶內壓力為人體的收縮壓。當放氣到脈搏從較大變化 變為平緩時，此時袖帶內壓力為人體的舒張壓。此時，快放氣氣閥l、快 放氣氣閥2、快放氣氣閥3、快放氣氣閥4打開，系統進入快放氣狀態， 完成一次;險測。當出現意外故障導致泵一直充氣，閥一直閉合時，我們設計了軟硬 件保護裝置。 一方面，電路中設計了過壓保護模塊，當袖帶內壓力超過 285mmHg時，過壓保護模塊的過壓保護電路使泵停止，閥開啟，使袖帶內 氣體迅速釋放，壓力迅速降為大氣壓力。另一方面，當出現軟體故障而 失控時，處理器利用看門狗使軟體迅速復位，從而釋放袖帶內壓力。通 過軟硬體兩個方面確保儀器的安全工作。雙袖帶^r測過程的工作時序如下圖4所示本裝置採用示波法實現無創血壓的自動檢測，如下圖5所示，為袖 帶氣壓和脈搏振動波幅值隨時間變化的曲線，在初始階段血壓脈搏測量裝置處理器控制袖帶充氣，充氣系統向袖帶加壓至一定值(如180mmHg), 確保超過收縮壓，使血流阻斷，並保持壓力不變，同時對袖帶中因脈搏 引起的壓力波動進行採樣，採樣結束後控制氣閥放氣，使袖帶減壓。放 氣量控制在使袖帶壓力減5mmHg左右。在每個袖帶壓力階梯上取兩個連 續的幅度和時間間隔相近的波動信號的平均值，連同每個階梯上的袖帶 壓力值，構成了一個信息組，在此基礎上進行血壓參數分析和算法研究。 如圖6所示，為其中一路血壓參數(收縮壓、平均壓和收縮壓等相關 參數)的計算過程首先對讀入的脈搏振動波動信號經過去噪、去基蘇 漂移處理後，再找脈搏波極大值點，提取脈搏振動波動信號幅值的包絡 曲線，如果沒有出現包絡線特徵點，則返回讀取脈搏信號波，重複進行 上述包絡線特徵點的選擇，如果出現包絡線特徵點，則進行血壓參數的 計算(收縮壓、平均壓和收縮壓等相關參數)。圖7為經過上述的計算 獲得的包絡線。包絡曲線最高點(MP點)所對應的靜壓力值，即為本次 檢測的平均壓，SP和DP對應的位置分別為收縮壓和舒張壓位置，其中 SP和DP為包絡曲線最大值的0. 52和0. 70處。本裝置的優點在於 一次檢測即可計算ABI、 PWV、 ET、 PEP等多個 參數，使得診斷和評估動脈硬化程度更加方便、快捷、準確。
權利要求1. 一種動脈硬化檢測和評估裝置，其特徵在於，包括信號採集部件、存儲模塊、數據分析模塊、結果顯示模塊和報告輸出模塊，所述信號採集部件用於提取患者的心電、心音和血壓等生物信號；所述存儲模塊與所述信號採集部件相連，用於將所述信號採集部件採集的信號數據保存起來；所述數據分析模塊與存儲模塊相連，將存儲在存儲模塊中的生物信號進行特徵點的提取，計算踝臂指數ABI和檢測脈搏波在血管內的傳導時間PWV，其中ABI和PWV由下式給出ABI＝腳踝收縮壓÷上臂收縮壓PWV＝L/PTTL為血管長度，PTT為脈搏波傳遞時間，所述結果顯示單元與所述數據分析模塊相連，用於將數據分析模塊計算的結果向用戶顯示；所述報告輸出模塊與結果顯示模塊相連，用來輸出檢測結論報告，以向用戶和患者提供，並供存檔之用。
2、 根據權利要求1所述的動脈硬化檢測和評估裝置，其特徵在於， 所述信號採集部件進一步包括採集傳感器，採集模塊和傳輸模塊；採 集傳感器一端與患者相連， 一端與該儀器相連，主要用來採集心電、 心音、四肢袖帶血壓的信號；採集模塊用來監測、控制採集傳感器的 工作，並將數據送到傳輸模塊；傳輸模塊是硬體控制與軟體分析的中 間媒介，將數據上傳到PC機的數據分析模塊進行信號處理和分析。
3、 根據權利要求2所述的動脈硬化檢測和評估裝置，其特徵在於， 所述採集傳感器進一步包括心電信號採集傳感器、心音信號採集傳感 器、四肢血壓採集傳感器以及頸動脈、橈動脈、股動脈和趾動脈四處 脈搏採集傳感器。
4、 根據權利要求3所述的動脈硬化檢測和評估裝置，其特徵在於， 所述信號傳輸模塊具有標準的USB數據傳輸接口，用於與本裝置其它模塊相連。
5、根據權利要求4所述的動脈硬化檢測和評估裝置，其特徵在於，所述信號採集部件採集心電、心音、四肢的袖帶血壓來綜合分析動脈 硬化程度，其中針對腳踝壓力採用雙袖帶進行血壓測量，該雙袖帶包 括氣泵、雙袖帶內部閥、大袖帶慢放氣閥、小袖帶慢放氣閥和快放氣 閥。
專利摘要本實用新型公開了一種動脈硬化檢測和評估裝置，包括信號採集部件、存儲模塊、數據分析模塊、結果顯示模塊和報告輸出模塊，信號採集部件用於提取患者的心電、心音和血壓等生物信號；所述存儲模塊與所述信號採集部件相連，用於將所述信號採集部件採集的信號數據保存起來；所述數據分析模塊與存儲模塊相連，將存儲在存儲模塊中的生物信號進行特徵點的提取，計算踝臂指數ABI和檢測脈搏波在血管內的傳導時間PWV，所述結果顯示單元與所述數據分析模塊相連，用於將數據分析模塊計算的結果向用戶顯示所述報告輸出模塊與結果顯示模塊相連，用來輸出檢測結論報告；本實用新型結構簡單、成本低，能有效地對動脈硬化進行早期檢測和診斷。
文檔編號A61B5/02GK201088579SQ20072017007
公開日2008年7月23日 申請日期2007年8月6日 優先權日2007年8月6日
發明者磊 吳, 張永紅, 段年英 申請人:北京麥邦光電儀器有限公司