專利名稱：腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬醫療技術領域，具體地說是一種新型腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器。
背景技術：
動脈粥樣硬化是一種嚴重危害人類健康的慢性疾病，它的特征是在動脈及其分支的動脈壁內膜及內膜下有脂質沉著，同時伴有中層平滑肌細胞移行至內膜下增殖，使內膜增厚，形成黃色或灰黃色狀如粥樣物質的斑塊。近年來，隨著我國經濟建設日益發展，人民生活水平不斷提高，本病的發病率在我國有明顯增加的趨勢。據尸檢結果，在40～49歲的人群中，冠狀動脈和主動脈粥樣硬化病變的檢出率分別為58.36％和88.31％，并隨著年齡的增長而逐漸增加。
動脈粥樣硬化是一種全身性的疾病，但動脈粥樣硬化斑塊只出現在血管系統的某些特定的血管區域，頸動脈血管就是動脈粥樣硬化容易形成的重要區域之一。頸動脈系統通過頸內動脈、大腦前動脈和大腦中動脈供應著大腦半球前3/5的血液。因此，頸動脈粥樣硬化將嚴重影響遠心端的腦血管的血液供應并造成嚴重后果。例如，由于動脈粥樣硬化而導致頸動脈的狹窄會引起腦缺血、腦萎縮等缺血性腦血管病，脫落的粥樣斑塊也容易形成栓子，從而引起腦栓塞。大量的研究表明，頸動脈粥樣硬化不但和許多腦血管病的發生有著非常密切的關系，它和一些心血管疾病如冠心病等也有很好的相關性。鑒于上面的原因，頸動脈血管成為了動脈粥樣硬化研究的焦點之一。
動脈粥樣硬化發展到相當程度，尤其有器官明顯病變時診斷并不困難，但早期診斷卻很不容易。由于動脈粥樣硬化發展到晚期已變得不可逆轉，對于一些由于動脈粥樣硬化而形成的血管狹窄等的手術治療往往只能治標不能治本，復發率很高。因此對于動脈粥樣硬化的早期診斷以及對其形成的機理的研究則顯得非常重要。
現代研究公認，血管壁切應力對動脈粥樣硬化的病變部位、范圍和程度起主要的決定作用。大量的實驗和研究也表明，脈動低切應力的環境將導致動脈粥樣硬化的發生。因此準確而無創傷的檢測頸動脈脈的切應力指標，無論是對于動脈粥樣硬化的預防、早期診斷，還是對于心腦血管疾病的生理、病理學研究都有十分重要的意義。
目前國內外的腦循環分析儀只能對反映腦循環功能的動力學參數進行計算分析，并不能對引起腦血管疾病的主要原因——動脈粥樣硬化進行早期的診斷；而且在動力學參數的計算方面，大多不檢測或使用精度不高的A超或M超檢測血管管徑，給分析結果帶來了很大的誤差。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題在于設計一種可以對腦血管動脈粥樣硬化和腦循環動力學特性進行全面綜合診斷的新型心腦循環分析儀器，以克服已有的腦循環動力學分析儀檢測指標不全面以及不精確的特點。
本實用新型使用頸動脈血管的橫向和縱向斷層掃描影像學指標和頸動脈血管壁的切應力指標最大值τmax、平均值τmean、最小值τmin、以及舒張期末期的漸進值τd等，作為腦血管動脈粥樣硬化程度及易發程度的分析指標。其中影像學指標，包括血管壁中膜厚度和光滑程度可以對動脈粥樣硬化程度進行判斷，切應力指標可以對動脈粥樣硬化的易發程度進行判斷，振蕩的低切應力將易導致動脈粥樣硬化的形成。
使用特性阻抗Zc、外周阻力R、動態阻力DR、臨界壓力Cp等腦循環動力學參數以及血流速度和血流量參數作為腦循環動力學的分析指標。各參數的生理意義如下1)特性阻抗Zc表示脈搏波在血管床中沿一個方向傳播時所遇到的阻抗，它是反映病人檢測時刻血管的軟硬程度。臨床上，動脈硬化、高血壓和年齡增加等都可以引起Zc異常升高。
2)外周阻力R表示血液在腦血管床中流動所遇到的阻力，是一個直接反映血液在腦外周血管床中流動暢通狀況的指針。血管栓塞、梗塞、狹窄、血液粘度增大都將使R增大。
3)動態阻力DR表示腦血管系統的血液壓力改變量與血液流量的相應改變量的關系。DR反映腦血流自身調節功能，與腦血管阻塞和腦動脈硬化程度有關。腦血管調節功能越差，腦動脈越硬化，DR越大。
4)臨界壓力Cp表示啟動血液在血管中流動的最低壓力，它反映了腦血管的閉鎖狀態，顱內壓增高、血液黏度增大和血管阻塞等引起血管閉鎖的許多因素都會引起Cp增大。
本實用新型所檢測的指標是密切相關。例如，腦循環動力學指標中的特性阻抗Zc等指標也可以在一定程度上對動脈粥樣硬化進行判斷。切應力的某些指標與腦循環功能也有一定的相關性。因此，兩組指標的聯合分析可以全面準確的對腦血管疾病進行早期預測及診斷。
本實用新型解決技術問題的技術方案如下一種腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器，包括檢測系統、采集分析系統和數據存儲與輸出系統，其特征在于，所述檢測系統包括一個用于檢測患者的血液粘度的血液粘度檢測模塊，一個用于檢測患者的頸動脈血管的橫向和縱向斷層掃描圖像以及血管管徑的B型超聲檢測模塊，一個用于檢測患者的血壓波形的生理壓力檢測模塊和一個用于檢測患者的顱外頸動脈的血流速度波形及數值的連續波多普勒血流速度波形檢測模塊；所述采集分析系統包括計算機、將檢測系統獲得的模擬信號轉換成數字信號的A/D卡、圖像采集卡、無源底板以及分析計算軟件模塊；所述A/D卡，圖像采集卡和計算機主板通過無源底板上的ISA插槽并聯。
檢測系統中的連續波多普勒血流速度波形檢測模塊和生理壓力檢測模塊所獲得的模擬信號通過A/D卡轉變成數字信號，B型超聲檢測模塊所檢測的頸動脈圖像通過圖像采集卡與計算機通訊，血液粘度檢測模塊通過計算機主板上的串口與計算機通訊。
由以上公開的技術方案可知，本實用新型使用B型超聲檢測模塊來檢測血管管徑，相比其它使用A超、M超或不檢測管徑的儀器，很大程度上提高了檢測的準確性；同時，通過本實用新型所獲得的腦血管系統功能的分析指標中增加了反映腦血管動脈粥樣硬化程度及易發程度的頸動脈血管的影像學指標與切應力指標，這些指標可以對引起腦血管疾病的主要原因——動脈粥樣硬化進行早期的診斷和分析，因此結合反映腦循環功能的動力學參數可以對腦血管疾病的預防、早期診斷等進行更全面的分析。
圖1為本實用新型分析儀器的結構框圖；圖2為本實用新型分析儀器的操作流程框圖；圖3為本實用新型分析儀器的數據流程框圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型。
參見圖1，本實用新型腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器，包括檢測系統、采集分析系統和數據存儲與輸出系統，所述檢測系統包括一個用于檢測患者的血液粘度的血液粘度檢測模塊，一個用于檢測患者的頸動脈血管的橫向和縱向斷層掃描圖像以及血管管徑的B型超聲檢測模塊，一個用于檢測患者的血壓波形的生理壓力檢測模塊和一個用于檢測患者的顱外頸動脈的血流速度波形及數值的連續波多普勒血流速度波形檢測模塊；所述采集分析系統包括計算機、將檢測系統獲得的模擬信號轉換成數字信號的A/D卡、圖像采集卡、無源底板以及分析計算軟件模塊；所述A/D卡，圖像采集卡和計算機主板通過無源底板上的ISA插槽并聯。
檢測系統中的連續波多普勒血流速度波形檢測模塊和生理壓力檢測模塊所獲得的模擬信號通過A/D卡轉變成數字信號，B型超聲檢測模塊所檢測的頸動脈圖像通過圖像采集卡與計算機通訊，血液粘度檢測模塊通過計算機主板上的串口與計算機通訊。
分析計算軟件模塊采用如下步驟公式計算腦血管系統功能和腦血流動力學參數(1)應用血液粘度檢測模塊獲得患者血液的粘度值η。
(2)應用B超檢測模塊獲得患者頸動脈的超聲圖像，應用圖像處理方法獲得人體頸動脈的血管管徑D以及血管壁中膜厚度和光滑程度等指標。
(3)應用連續波多普勒血流速度波形檢測模塊，檢測出頸動脈的血流速度波形及數值V(t)。結合(2)所獲得的血管管徑D，計算出頸動脈的血流量波形及數值Q(t)。并使用數學方法獲得患者的心動周期T，從而計算出脈動流的基頻ω=2πT.]]>(4)根據測得的血液粘度η，血管管徑D和脈動流的基頻ω計算出Womersley數α=D2ωρη,]]>ρ為血液密度的正常值。
對血流量波形進行Fourier級數形式分解Q(t)=Q0+Σn=1MQneinωt]]>根據切應力計算公式計算出血管壁切應力的波形及數值τ(t)=3ηQ0πD3+8ηπD3Σn=1MJ1(nαi3/2)·n·α2Qneinωt(J0(nαi3/2)·nα·i3/2-2J1(nαi3/2))]]>其中Ji(x)為第一類i階的Bessel函數；M為Fourier分解的階數。
(5)對頸動脈血管壁切應力波形及數值進行數據處理，獲得一個心動周期內的切應力的最大值τmax，平均值τmean，最小值τmin，以及舒張期末期的漸進值τd等指標。
(6)應用生理壓力檢測模塊檢測患者頸動脈的壓力搏動波形，并使用患者的收縮壓Ps和舒張壓Pd，對壓力波形進行標定，從而得到頸動脈的壓力波形及數值P(t)。
(7)對所獲得的頸動脈血流量波形及數值Q(t)進行數據處理獲得最大流量Qmax，平均流量Qmean，最小流量Qmin。
(8)計算腦血管的特性阻抗Zc、外周阻力R、動態阻力DR、臨界壓力Cp等腦循環動力學參數。
對P(t)，Q(t)進行Fourier分解P(t)=P0+Σn=1MPneinωt,]]>Q(t)=Q0+Σn=1MQneinωt]]>根據公式Zc=1k-2Σn=3kPnQn,]]>k＝13計算特性阻抗Zc
根據公式R=P0Q0-Zc]]>計算外周阻力R根據公式DR=Ps-PdQmax-Qmin]]>計算動態阻力DR根據公式Cp＝Pd-DR·Qmin計算臨界壓力Cp根據圖2操作流程框圖，本實用新型是這樣實施的，打開軟件后，新建新病員檔案或開啟已有病員檔案，然后輸入或者修改病員信息。確認后應用檢測系統對患者進行流速、血壓、B超、血粘度檢測。檢測完畢后，分析計算軟件對數據進行計算分析。存盤后即可預覽或打印腦血管動脈粥樣硬化分析報告和腦循環動力學分析報告。
參見圖3本實用新型腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器的數據流程如下首先應用B型超聲檢測模塊，檢測頸動脈血管的橫向和縱向斷層掃描圖像，對圖像信息進行數據處理，獲得頸動脈血管的影像學數據和血管管徑D；然后應用連續波多普勒血流速度波形檢測模塊，檢測出頸動脈的血流速度波形及數值V(t)，再結合血管管徑數據，計算出頸動脈血流量波形及數值Q(t)；應用血液粘度檢測模塊，檢測血液粘度η，再結合頸動脈血流量波形及數值，計算出頸動脈血管壁的切應力指標，然后結合頸動脈血管的影像學數據輸出頸動脈動脈粥樣硬化分析報告；應用生理壓力檢測模塊，檢測頸動脈壓力波形及數值P(t)，再結合頸動脈血流量波形及數值，進行腦循環動力學分析，從而輸出腦循環動力學分析報告。
權利要求1.一種腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器，包括檢測系統、采集分析系統和數據存儲與輸出系統，其特征在于，所述檢測系統包括一個用于檢測患者的血液粘度的血液粘度檢測模塊，一個用于檢測患者的頸動脈血管的橫向和縱向斷層掃描圖像以及血管管徑的B型超聲檢測模塊，一個用于檢測患者的血壓波形的生理壓力檢測模塊和一個用于檢測患者的顱外頸動脈的血流速度波形及數值的連續波多普勒血流速度波形檢測模塊；所述采集分析系統包括計算機、將檢測系統獲得的模擬信號轉換成數字信號的A/D卡、圖像采集卡、無源底板以及分析計算軟件模塊；所述A/D卡，圖像采集卡和計算機主板通過無源底板上的ISA插槽并聯。
2.根據權利要求1所述的腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器，其特征在于，檢測系統中的連續波多普勒血流速度波形檢測模塊和生理壓力檢測模塊所獲得的模擬信號通過A/D卡轉變成數字信號，B型超聲檢測模塊所檢測的頸動脈圖像通過圖像采集卡與計算機通訊，血液粘度檢測模塊通過計算機主板上的串口與計算機通訊。
3.根據權利要求1或2所述的腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器，其特征在于，所述的分析計算軟件模塊采用如下步驟、公式計算腦血管系統功能和腦血流動力學參數(1)應用血液粘度檢測模塊獲得患者血液的粘度值η；(2)應用B超檢測模塊獲得患者頸動脈血管的橫向和縱向斷層掃描圖像，應用圖像處理方法獲得人體頸動脈的血管管徑D以及血管壁中膜厚度和光滑程度等指標；(3)應用連續波多普勒血流速度波形檢測模塊，檢測出頸動脈的血流速度波形及數值V(t)；結合(2)所獲得的血管管徑D，計算出頸動脈的血流量波形及數值Q(t)；并使用數學方法獲得患者的心動周期T，從而計算出脈動流的基頻ω=2πT;]]>(4)根據測得的血液粘度η，血管管徑D和脈動流的基頻ω計算出Womersley數α=D2ωρη,]]>ρ為血液密度的正常值；對血流量波形進行Fourier級數形式分解Q(t)=Q0+Σn=1MQneinωt]]>根據切應力計算公式計算出血管壁切應力的波形及數值τ(t)=8ηQ0πD3+8ηπD3Σn=1mJ1(nαi3/2)·n·α2Qneinωt(J0(nαi3/2)·nα·i3/2-2J1(nαi3/2))]]>其中Ji(x)為第一類i階的Bessel函數；M為Fourier分解的階數；(5)對頸動脈血管壁切應力波形及數值進行數據處理，獲得一個心動周期內的切應力的最大值τmax，平均值τmean，最小值τmin，以及舒張期末期的漸進值τd等指標；(6)應用生理壓力檢測模塊檢測患者頸動脈的壓力搏動波形，并使用患者的收縮壓Ps和舒張壓Pd，對壓力波形進行標定，從而得到頸動脈的壓力波形及數值P(t)；(7)根據(3)獲得頸動脈血流量波形及數值Q(t)；并通過數據處理獲得最大流量Qmax，平均流量Qmean，最小流量Qmin；(8)計算腦血管的特性阻抗Zc、外周阻力R、動態阻力DR、臨界壓力Cp等腦循環動力學參數；對P(t)，Q(t)進行Fourier分解P(t)=P0+Σn=1MPneinωt,Q(t)=Q0+Σn=1mQneinωt;]]>根據公式Zc=1k-2Σn=3kPnQn,]]>k＝13計算特性阻抗Zc；根據公式R=P0Q0-Zc]]>計算外周阻力R；根據公式DR=Ps-PdQmax-Qmin]]>計算動態阻力DR；根據公式Cp＝Pd-DR·Qmin計算臨界壓力Cp。
專利摘要本實用新型公開了一種腦血管系統功能及腦循環動力學分析儀器，包括檢測系統、采集分析系統和數據存儲與輸出系統，檢測系統包括血液粘度檢測模塊，B型超聲檢測模塊，生理壓力檢測模塊和連續波多普勒血流速度波形檢測模塊；所述采集分析系統包括計算機、將檢測系統獲得的模擬信號轉換成數字信號的A/D卡、圖像采集卡、無源底板以及分析計算軟件模塊；所述A/D卡，圖像采集卡和計算機主板通過無源底板上的ISA插槽并聯。本實用新型具有檢測準確，使用方便等優點，可以對腦血管疾病的預防、早期診斷等進行更全面的分析，對腦循環生理和腦血管疾病的基礎研究及臨床應用都具有重要意義。
文檔編號A61B5/145GK2764305SQ20052003882
公開日2006年3月15日 申請日期2005年1月10日 優先權日2005年1月10日
發明者陸瑾, 龔劍秋, 丁光宏, 俞瑞朝, 程晉 申請人:上海德安生物醫學工程有限公司