CN201088579Y - 一种动脉硬化检测和评估装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动脉硬化检测和评估装置，包括信号采集部件、存储模块、数据分析模块、结果显示模块和报告输出模块，信号采集部件用于提取患者的心电、心音和血压等生物信号；所述存储模块与所述信号采集部件相连，用于将所述信号采集部件采集的信号数据保存起来；所述数据分析模块与存储模块相连，将存储在存储模块中的生物信号进行特征点的提取，计算踝臂指数ABI和检测脉搏波在血管内的传导时间PWV，所述结果显示单元与所述数据分析模块相连，用于将数据分析模块计算的结果向用户显示所述报告输出模块与结果显示模块相连，用来输出检测结论报告；本实用新型结构简单、成本低，能有效地对动脉硬化进行早期检测和诊断。

Description

一种动脉硬化检测和评估装置

技术领域

本申请涉及一种医疗装置，特别涉及一种检测和评估动脉硬化的装置。

背景技术

动脉硬化是动脉的一种非炎症性病变，可使动脉管壁增厚、变硬，失去弹性和管腔狭小。最近几十年，随着人类生活水平的不断提高和饮食结构的不断改变，心脑血管疾病的发病率已经上升为各种疾病之首，成为严重威胁人类健康的第一大杀手。动脉硬化的早期检测对心脑血管疾病预后具有重要价值，如果能够在动脉硬化发生的早期即内皮功能失调期提早检测到动脉硬化程度的改变，医生可通过药物或者合理的饮食来逆转动脉硬化的发展。因此，动脉硬化的早期检测、早期诊断、早期控制成为当代医学科教及社会发展的重要主题。

高血压及血脂升高等因素常常提示动脉硬化发生的潜在危险，踝臂指数(ABI)是踝部动脉收缩压与双侧肱动脉收缩压得最高值之比，它是诊断动脉硬化的最佳无创指标，是诊断和评价下肢闭塞性动脉硬化症的有效依据，是诊断外周动脉缺血的最佳无创指标。通过获得四肢的收缩压、平均压、舒张压和脉压，可计算踝臂指数ABI，其公式如下：ABI＝脚踝收缩压÷上臂收缩压。

脉搏波速度(PWV)的测定用来评判动脉的弹性，这是基于物理学原理即脉搏波的传导速度与动脉壁的僵硬度具有相关关系：动脉的僵硬度越高或顺应性越差，则脉搏波传导速度越快，反之动脉的僵硬度越低或顺应性越好，脉搏波传导速度越慢。通过记录四肢血压脉搏波，检测脉搏波在血管内的传导时间，可计算出PWV，具体计算公式如下：

PWV＝L/PTT

其中L为血管长度，PTT为脉搏波传递时间。

目前，国内动脉硬化诊断仪主要采用超声多普勒效应测定动脉的脉搏波传导速度，以诊断人体深浅动脉硬化的有无及轻重程度。此方法所使用的仪器精密度要求极高、造价昂贵，国内主要依赖进口。而相关的辅助检测装置如超声、造影以及磁共振等更为注重的是血管形态学上的改变，而这种改变常常是发生在具有一定程度的器质性病变之后，不能从早期了解动脉硬化的僵硬度的变化程度。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低的检测和评估动脉硬化的装置，其包括信号采集部件、存储模块、数据分析模块、结果显示模块和报告输出模块，信号采集部件用于提取患者的心电、心音和血压等生物信号；存储模块与所述信号采集部件相连，用于将所述信号采集部件采集的信号数据保存起来所述数据分析模块与存储模块相连，将存储在存储模块中的生物信号进行特征点的提取，计算踝臂指数ABI和检测脉搏波在血管内的传导时间PWV，其中ABI和PWV由下式给出：

ABI＝脚踝收缩压÷上臂收缩压

PWV＝L/PTT

L为血管长度，PTT为脉搏波传递时间；所述结果显示单元与所述数据分析模块相连，用于将数据分析模块计算的结果向用户显示，所述报告输出模块与结果显示模块相连，用来输出检测结论报告，以向用户和患者提供，并供存档之用。

进一步，所述的信号采集部件还包括采集传感器，采集模块和传输模块，采集传感器一端与患者相连，一端与该仪器相连，主要用来采集心电、心音、四肢袖带血压的信号，采集模块用来监测、控制采集传感器的工作，并将数据送到传输模块，传输模块是硬件控制与软件分析的中间媒介，将数据上传到PC机的数据分析模块进行信号处理和分析。

本实用新型的采集传感器进一步包括心电信号采集传感器、心音信号采集传感器、四肢血压采集传感器以及颈动脉、桡动脉、股动脉和趾动脉四处脉搏采集传感器，信号传输模块具有标准的USB数据传输接口，用于与本装置其它模块相连。

所述的信号采集部件采集心电、心音、四肢的袖带血压来综合分析动脉硬化程度，其中针对脚踝压力采用双袖带进行血压测量，该双袖带包括气泵、双袖带内部阀、大袖带慢放气阀、小袖带慢放气阀和快放气阀。

本实用新型的装置采用示波法实现无创血压的自动检测，即对读入的脉搏振动波动信号经过去噪、去基线漂移处理后，再找脉搏波极大值点，提取脉搏振动波动信号幅值的包络曲线，如果没有出现包络线特征点，则返回读取脉搏信号波，重复进行上述包络线特征点的选择，如果出现包络线特征点，则进行血压参数的计算。

本实用新型的特点是，结构简单，操作方便，一次检测即可计算ABI、PWV、ET、PEP等多个参数，使得诊断和评估动脉硬化程度更加方便、快捷、准确。比传统的采用超声多普勒效应测定动脉的脉搏波传导速度的技术相比，本实用新型的装置成本低，能有效地对动脉硬化进行早期检测和诊断，益于广泛应用。

附图说明

图1是本申请动脉硬化检测和评估装置的系统总体框图：

图2是本申请动脉硬化检测和评估装置采集的信号图；

图3是本申请动脉硬化检测和评估装置的内部结构原理框图；

图4是本申请动脉硬化检测和评估装置中双袖带检测的时序图；

图5是本申请动脉硬化检测和评估装置中无创血压检测过程示意图；

图6是本申请动脉硬化检测和评估装置中血压计算的流程图。

图7是利用本申请动脉硬化检测和评估装置计算出的脉搏波包络线图。

具体实施方式

本装置的设计原理是通过采集四肢的血压脉搏信号、心电和心音信号，提取脉搏波的特征参数，从而计算出脉搏波传导速度PWV和踝臂指数ABI(脚踝血压与上臂血压之比)，以帮助早期检测和诊断动脉硬化。

本实用新型动脉硬化检测和评估装置的系统总体框图如图1所示，其包括信号采集部件、存储模块、数据分析模块、结果显示模块和报告输出模块；所述信号采集部件用于提取患者的心电、心音和血压等生物信号；这些信号被传输到存储模块进行存储，然后再输入到数据分析模块，在数据分析模块进行脉搏波传导速度PWV和踝臂指数ABI的计算和分析，计算和分析的结果通过显示模块进行显示，并将结果通过报告输出模块输出。其中信号采集部件包括采集传感器，采集模块和传输模块，采集传感器一端与患者相连，一端与该仪器相连，主要用来采集心电、心音、四肢袖带血压的信号，采集模块用来监测、控制采集传感器的工作，并将数据送到传输模块，传输模块是硬件控制与软件分析的中间媒介，将数据上传到PC机的数据分析模块进行信号处理和分析。本实用新型中的采集传感器有多个，包括心电信号采集传感器、心音信号采集传感器、四肢血压采集传感器以及颈动脉、桡动脉、股动脉和趾动脉四处脉搏采集传感器，这些传感器可以采用两种方式，一种如心电信号传感器，直接放置在信号采集部位，如心脏，直接获取心电信号，另一种如四肢血压采集传感器，采用血压计的袖带式，带有气阀和气泵。本实用新型的动脉硬化检测和评估装置还可进一步带有实时显示模块，与存储单元相连，实时同步监测采集到的所有信号，也可选择监测其中的部分信号。

以下结合具体采集的信号，描述本实用新型装置的一个实施例。如图2所示，为本申请动脉硬化检测和评估装置采集的信子，

心电信号用来实时计算心率和每个心动周期的Q波起点位置，提供时间同步标尺。

心音信号用来计算第二心音的位置，通过与其他特征参数联合计算心脏收缩时间间期。射血时间与射血前期的比值用来评价人体心脏泵血功能的强弱。

射血前期PEP的计算如下：从第二心音起点到脉搏波重搏波切迹之间的时间。以图2为例，记录II、B两点的时刻差为射血前期PEP。

射血时间计算如下：以一个周期的脉搏波来说，从起点到重搏波切迹之间的时间差，记录图2中A、B两点的时刻差即为射血时间ET。

右臂、左臂、右踝和左踝血压信号用来获得四肢的收缩压、平均压、舒张压和脉压，来计算踝臂指数ABI。踝臂指数(ABI)是诊断和评价下肢闭塞性动脉硬化症的有效依据。

通过记录四肢血压脉搏波，检测脉搏波在血管内的传导时间，计算出脉搏波传导速度PWV，以图2为例，记录A、A1两点对应的时刻，两点的时刻之差为PTT，上臂和脚踝之间血管长度为L。血管长度L采用卷尺测量脚踝和上臂之间的距离获得。

列表给出上述所有参数的具体数值的计算示例：

图3是本申请动脉硬化检测和评估装置的内部结构原理框图，在本实施例中，血压的检测采用同时采集四肢血压数据进行分析，左上臂和右上臂采用单袖带接法，左脚踝和右脚踝采用双袖带接法。双脚踝也可以采用单袖带接法，单袖带只是双袖带的一种简化形式。因为双脚踝血压比双臂高，所以如果采用单袖带测量双脚踝血压，则需要比双臂更大的充气量来阻断血流，从而进行准确分析。考虑到测量的安全性，为了用较小的充气量，准确分析计算双脚踝血压，我们研发了双袖带测量装置。双袖带测量方法，可以用双臂充气量准备分析计算出人体双脚踝血压，具有明显的技术优势。

检测开始，首先将心电信号采集传感器、心音信号采集传感器、四肢血压采集传感器以及颈动脉、桡动脉、股动脉和趾动脉四处脉搏采集传感器全部正确连接到相应的被测位置，本实施例中，各传感器均采用血压计的袖带形式，当点击“开始”按钮，气泵开始充气，快放气气阀和慢放气气阀处于闭合状态，系统进入血压充气状态，传感器采集心电、心音、血压、动脉等信号，这些采集到的各路信号再通过放大处理之后，送到数据分析模块的血压脉搏装置处理器，然后通过USB端口发送到PC机。当双脚踝小袖带充气到人体平均压时，小袖带停止充气，同时小袖带连接的气阀仍然闭合，小袖带处于憋气状态。当气泵充气达到最大充气量，即左右上臂袖带截断血流，臂下部无脉搏信号，双脚踝的大袖带截断血流，小袖带无脉搏信号，此时气泵1、气泵2、气泵3-1、气泵3-2、气泵4-1、气泵4-2停止工作，系统停止充气，同时慢放气气阀1、慢放气气阀2、慢放气气阀3-1、慢放气气阀3-2、慢放气气阀4-1、慢放气气阀4-2打开，快放气气阀1、快放气气阀2、快放气气阀3、快放气气阀4仍然处于闭合状态，系统进入慢放气状态。当放气到能够检测到脉搏信号时，此时袖带内压力为人体的收缩压。当放气到脉搏从较大变化变为平缓时，此时袖带内压力为人体的舒张压。此时，快放气气阀1、快放气气阀2、快放气气阀3、快放气气阀4打开，系统进入快放气状态，完成一次检测。

当出现意外故障导致泵一直充气，阀一直闭合时，我们设计了软硬件保护装置。一方面，电路中设计了过压保护模块，当袖带内压力超过285mmHg时，过压保护模块的过压保护电路使泵停止，阀开启，使袖带内气体迅速释放，压力迅速降为大气压力。另一方面，当出现软件故障而失控时，处理器利用看门狗使软件迅速复位，从而释放袖带内压力。通过软硬件两个方面确保仪器的安全工作。

双袖带检测过程的工作时序如下图4所示：

本装置采用示波法实现无创血压的自动检测，如下图5所示，为袖带气压和脉搏振动波幅值随时间变化的曲线，在初始阶段血压脉搏测量装置处理器控制袖带充气，充气系统向袖带加压至一定值(如180mmHg)，确保超过收缩压，使血流阻断，并保持压力不变，同时对袖带中因脉搏引起的压力波动进行采样，采样结束后控制气阀放气，使袖带减压。放气量控制在使袖带压力减5mmHg左右。在每个袖带压力阶梯上取两个连续的幅度和时间间隔相近的波动信号的平均值，连同每个阶梯上的袖带压力值，构成了一个信息组，在此基础上进行血压参数分析和算法研究。

如图6所示，为其中一路血压参数(收缩压、平均压和收缩压等相关参数)的计算过程：首先对读入的脉搏振动波动信号经过去噪、去基线漂移处理后，再找脉搏波极大值点，提取脉搏振动波动信号幅值的包络曲线，如果没有出现包络线特征点，则返回读取脉搏信号波，重复进行上述包络线特征点的选择，如果出现包络线特征点，则进行血压参数的计算(收缩压、平均压和收缩压等相关参数)。图7为经过上述的计算获得的包络线。包络曲线最高点(MP点)所对应的静压力值，即为本次检测的平均压，SP和DP对应的位置分别为收缩压和舒张压位置，其中SP和DP为包络曲线最大值的0.52和0.70处。

本装置的优点在于：一次检测即可计算ABI、PWV、ET、PEP等多个参数，使得诊断和评估动脉硬化程度更加方便、快捷、准确。

Claims (5)

1.一种动脉硬化检测和评估装置，其特征在于，包括信号采集部件、存储模块、数据分析模块、结果显示模块和报告输出模块，

所述信号采集部件用于提取患者的心电、心音和血压等生物信号；

所述存储模块与所述信号采集部件相连，用于将所述信号采集部件采集的信号数据保存起来；

所述数据分析模块与存储模块相连，将存储在存储模块中的生物信号进行特征点的提取，计算踝臂指数ABI和检测脉搏波在血管内的传导时间PWV，其中ABI和PWV由下式给出：

ABI＝脚踝收缩压÷上臂收缩压

PWV＝L/PTT

L为血管长度，PTT为脉搏波传递时间，

所述结果显示单元与所述数据分析模块相连，用于将数据分析模块计算的结果向用户显示；

所述报告输出模块与结果显示模块相连，用来输出检测结论报告，以向用户和患者提供，并供存档之用。

2.根据权利要求1所述的动脉硬化检测和评估装置，其特征在于，所述信号采集部件进一步包括采集传感器，采集模块和传输模块；采集传感器一端与患者相连，一端与该仪器相连，主要用来采集心电、心音、四肢袖带血压的信号；采集模块用来监测、控制采集传感器的工作，并将数据送到传输模块；传输模块是硬件控制与软件分析的中间媒介，将数据上传到PC机的数据分析模块进行信号处理和分析。

3.根据权利要求2所述的动脉硬化检测和评估装置，其特征在于，所述采集传感器进一步包括心电信号采集传感器、心音信号采集传感器、四肢血压采集传感器以及颈动脉、桡动脉、股动脉和趾动脉四处脉搏采集传感器。

4.根据权利要求3所述的动脉硬化检测和评估装置，其特征在于，所述信号传输模块具有标准的USB数据传输接口，用于与本装置其它模块相连。

5.根据权利要求4所述的动脉硬化检测和评估装置，其特征在于，所述信号采集部件采集心电、心音、四肢的袖带血压来综合分析动脉硬化程度，其中针对脚踝压力采用双袖带进行血压测量，该双袖带包括气泵、双袖带内部阀、大袖带慢放气阀、小袖带慢放气阀和快放气阀。

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