一种无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置与获取方法
【专利摘要】本发明提供了一种无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置与获取方法，其特征在于：该装置包括血压信号采集单元、脉搏信号采集单元、脉搏信号处理单元及波形重构单元；通过采集由桡动脉脉搏波和肱动脉血压值组成的动脉信息，并利用适用于中国人群的传递函数，从桡动脉压力波形中重构人体中心动脉压力波形，获取中心动脉压力波形及其相关参数。本发明测试流程简单、操作简便且无创，可以很好地满足中国人群的心血管疾病筛查和普查要求。
【专利说明】-种无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置与获 取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医学工程【技术领域】，具体涉及一种无创获取中心动脉压力波形及 其相关参数的装置与获取方法。
【背景技术】
[0002] 中心动脉压力波形是由左心室射血产生的前向波和遇到外周血管阻力返回的反 向波两部分组成的。由于人体血管在不同位置上动脉厚度、弹性以及反射波返回时间的不 同，导致动脉压力波形在形态和幅度上存在差异，这使得外周血管不能很好地反映中心动 脉的血管状态。而目前有研究表明，中心动脉血压与心血管发病的关系要比外周动脉血压 更为密切。因此，获取中心动脉压力波形是临床研究所必需的。
[0003] 目前，中心动脉压力波形的测量技术有两种方法：无创法和有创法。有创法通过在 左心室输出口插管获得，但这种方法由于有创，操作难度大，无法在人群中普及。无创法通 过对大样本数据分析，获得中心动脉-桡动脉压力波形传递函数，从测量到的人体桡动脉 压力波形，利用该传递函数获取中心动脉压力波形。该方法已被澳大利亚Actor公司采用， 并生产出SphygmoCor产品。但该产品构建的传递函数是以国外人群作为样本的，对能否适 用于中国人群的中心动脉压力波形获取还有待验证。因此，有必要创造适用于中国人的产 品并构建适用于中国人群的传递函数模型。
【发明内容】
[0004] 本发明是为解决上述问题，提供一种无创获取中心动脉压力波形及相关参数的装 置及获取方法。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置，其特点在于：包括血压 信号采集单元、脉搏信号采集单元、脉搏信号处理单元和波形重构单元；
[0007] 所述血压信号采集单元用于获取人体肱动脉血压值；
[0008] 所述脉搏信号采集单元用于获取人体外周动脉脉搏波信号；
[0009] 所述脉搏信号处理单元与血压信号采集单元和脉搏信号采集单元相连接，用于采 集所述外周动脉脉搏波信号并进行分析处理，获得外周动脉脉搏波形，然后以肱动脉血压 值对所述外周动脉脉搏波形进行标定，获得外周动脉压力波形，再对所述外周动脉压力波 形进行平均，获得外周动脉平均压力波形；
[0010] 所述波形重构单元与所述脉搏信号处理单元相连接，用于由外周动脉平均压力波 形获得重构中心动脉压力波形，并从重构中心动脉压力波形中获得中心动脉相关参数。 [0011] 本发明无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置，其特点也在于：
[0012] 所述脉搏信号处理单元对获取的外周动脉脉搏波信号进行分析处理包括滤除外 周动脉脉搏波信号的噪声和去除外周动脉脉搏波信号的基线漂移。
[0013] 所述人体肱动脉血压值包括肱动脉收缩压、肱动脉舒张压和肱动脉平均压；
[0014] 所述人体外周动脉脉搏波信号为人体桡动脉脉搏压力信号。
[0015] 利用上述装置的无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的方法，其特点在于包 括以下步骤：
[0016] a、以脉搏信号采集单元获取人体桡动脉脉搏波信号；
[0017] b、脉搏信号处理单元采集所述桡动脉脉搏波信号，滤除桡动脉脉搏波信号的噪 声、去除桡动脉脉搏波信号的基线漂移，获得桡动脉脉搏波形，并以肱动脉血压值对所述桡 动脉脉搏波形进行标定，获得桡动脉压力波形，然后将各个周期的桡动脉压力波形进行平 均，获得桡动脉平均压力波形P r(t);
[0018] c、波形重构单元采集所述桡动脉平均压力波形Pjt)并对其进行快速傅里叶 变换，获得桡动脉压力波形的频域形式Ι\(ω)，然后通过中心动脉至桡动脉的传递函数 Ha_r ( ω )获得中心动脉压力波形的频域形式Pa ( ω )，最后再对Pa ( ω )进行逆傅里叶变换，即 得重构中心动脉压力波形；
[0019] 由Pr(?)通过Η"(ω)获得Ρ3(ω)的公式如式⑴所示：
[0020] pa( ω ) = Pr ( ω ) /Ha_r ( ω ) (1)
[0021] d、波形重构单元从重构中心动脉压力波形中获得中心动脉相关参数。
[0022] 所述中心动脉相关参数包括中心动脉收缩压cSBP、中心动脉舒张压cDBP、中心动 脉脉压cPP、反射波增长指数cAIx、左心负荷指数cSPTI、心肌灌注指数cDPTI和心内膜下心 肌活力率cSEVR。
[0023] 中心动脉至桡动脉的传递函数(ω)是按如下方法构建：
[0024] (1)获取η位中国受试者的中心动脉压力波形和桡动脉压力波形，η彡80 ;
[0025] (2)将所获得的η个中心动脉压力波形的起点移动到同一位置后叠加、取平均，获 得一个周期的标准中心动脉平均压力波形P al(t);
[0026] 将所获得的η个桡动脉压力波形的起点移动到同一位置后叠加、取平均，获得一 个周期的标准桡动脉平均压力波形P rl(t);
[0027] (3)对所述标准中心动脉平均压力波形Pal (t)按式（2)进行快速傅里叶变换FFT， 获得标准中心动脉平均压力波形的频域形式
【权利要求】
1. 一种无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置，其特征在于：包括血压信号 采集单元、脉搏信号采集单元、脉搏信号处理单元和波形重构单元； 所述血压信号采集单元用于获取人体肱动脉血压值； 所述脉搏信号采集单元用于获取人体外周动脉脉搏波信号； 所述脉搏信号处理单元与血压信号采集单元和脉搏信号采集单元相连接，用于采集所 述外周动脉脉搏波信号并进行分析处理，获得外周动脉脉搏波形，然后以肱动脉血压值对 所述外周动脉脉搏波形进行标定，获得外周动脉压力波形，再对所述外周动脉压力波形进 行平均，获得外周动脉平均压力波形； 所述波形重构单元与所述脉搏信号处理单元相连接，用于由外周动脉平均压力波形获 得重构中心动脉压力波形，并从重构中心动脉压力波形中获得中心动脉相关参数。
2. 根据权利要求1所述的无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置，其特征在 于： 所述脉搏信号处理单元对获取的外周动脉脉搏波信号进行分析处理包括滤除外周动 脉脉搏波信号的噪声和去除外周动脉脉搏波信号的基线漂移。
3. 根据权利要求1或2所述的无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的装置，其特 征在于： 所述人体肱动脉血压值包括肱动脉收缩压、肱动脉舒张压和肱动脉平均压； 所述人体外周动脉脉搏波信号为人体桡动脉脉搏压力信号。
4. 根据权利要求1所述的无创获取中心动脉压力波形及相关参数的装置，其特征在 于：所述中心动脉相关参数包括中心动脉收缩压cSBP、中心动脉舒张压cDBP、中心动脉脉 压cPP、反射波增长指数cAIx、左心负荷指数cSPTI、心肌灌注指数cDPTI和心内膜下心肌活 力率cSEVR。
5. -种利用权利要求1所述装置的无创获取中心动脉压力波形及其相关参数的方法， 其特征在于包括以下步骤： a、 以脉搏信号采集单元获取人体桡动脉脉搏波信号； b、 脉搏信号处理单元采集所述桡动脉脉搏波信号，滤除桡动脉脉搏波信号的噪声、去 除桡动脉脉搏波信号的基线漂移，获得桡动脉脉搏波形，并以肱动脉血压值对所述桡动脉 脉搏波形进行标定，获得桡动脉压力波形，然后将各个周期的桡动脉压力波形进行平均，获 得桡动脉平均压力波形P r(t); c、 波形重构单元采集所述桡动脉平均压力波形Pjt)并对其进行快速傅里叶变换，获 得桡动脉压力波形的频域形式匕（ω )，然后通过中心动脉至桡动脉的传递函数Hai (ω)获 得中心动脉压力波形的频域形式Ρ3(ω)，最后再对匕（《)进行逆傅里叶变换，即得重构中 心动脉压力波形； 由Pr(?)通过Η"(ω)获得pa(?)的公式如式（1)所示： Ρ3(ω) = ΡΓ(ω)/Η3_Γ(ω) (1) d、 波形重构单元从重构中心动脉压力波形中获得中心动脉相关参数。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述中心动脉相关参数包括中心动脉收 缩压cSBP、中心动脉舒张压cDBP、中心动脉脉压cPP、反射波增长指数cAIx、左心负荷指数 cSPTI、心肌灌注指数cDPTI和心内膜下心肌活力率cSEVR。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的中心动脉至桡动脉的传递函数 Ha_r(〇)是按如下方法构建： (1) 获取η位中国受试者的中心动脉压力波形和桡动脉压力波形，η > 80 ; (2) 将所获得的η个中心动脉压力波形的起点移动到同一位置后叠加、取平均，获得一 个周期的标准中心动脉平均压力波形Pal(t); 将所获得的η个桡动脉压力波形的起点移动到同一位置后叠加、取平均，获得一个周 期的标准桡动脉平均压力波形Pri(t); (3) 对所述标准中心动脉平均压力波形Pal(t)按式⑵进行快速傅里叶变换FFT，获得 标准中心动脉平均压力波形的频域形式P al(c〇):
(2) 式中：ΜΑ(ω)为Pal(co)的模，
为Pal(?)的相位； 对所述标准桡动脉平均压力波形Pri(t)按式（3)进行快速傅里叶变换FFT，获得标准 桡动脉平均压力波形的频域形式Ρπ(ω):
(3), 式中：ΜΚ ( ω )为Pr ( ω )的模，?(》)为Prl ( ω )的相位； (4) 由式（4)计算获得中心动脉至桡动脉的传递函数Η"(ω):
(4) 式中
，为
的模
，为Ha_r(c〇) 的相位。
【文档编号】A61B5/022GK104188642SQ201410494010
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】张永亮, 胡福松, 叶骏, 马祖长, 孙怡宁, 黎承涛, 何子军, 曹庆庆, 杨剑, 吴庆园 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院