基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法

摘要

本发明提供了一种基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法，其特征是按如下步骤进行：采集由桡动脉脉搏波、指端容积脉搏波和肱动脉血压值组成的上肢动脉信息；利用广义传递函数模型，将桡动脉脉搏波转换为主动脉脉搏波，用肱动脉血压值对主动脉脉搏波进行标定，获得主动脉压力波形p(t)；利用血流传递函数模型，将指动脉血流波转换为主动脉血流波形q(t)；将p(t)和q(t)的起始点移至同一点后，利用阻抗公式将p(t)分解为前向波Pf(t)和反射波Pb(t)；通过Pf(t)和Pb(t)的归一化互相关系数计算主动脉脉搏波传递时间。本发明仅需采集上肢动脉信息就可以获取主动脉脉搏波的传递时间，测试流程简单、测试难度低，且人体上肢动脉信息稳定，信号质量好，测试精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学中的心血管医学领域，具体涉及一种基于上肢动脉信息的主动脉脉 搏波传递时间测量方法。

背景技术

心血管疾病是全球范围造成死亡的最主要原因。《中国心血管病报告2010》显示：目前 我国心血管病患者已达2.3亿，每10个成年人中有2人是心血管病；我国每年约有300万人 死于心血管病，每死亡3人中就有1人是心血管病。2011年9月世界卫生组织报告称：2008 年全球约有1730万人死于心血管病，占总死亡的30%；如不加以控制，2030年将有2360万 人死于心血管病。心血管病已经成为二十一世纪威胁人类健康的重大公共卫生问题之一。

心血管疾病的本质是动脉硬化造成的动脉结构及弹性功能的改变。动脉弹性功能的改变 早于结构的改变，且结构的改变往往是不可逆的。因此，降低心血管疾病发病率和死亡率的 关键在于对动脉硬化的早检查、早发现、早干预。

主动脉脉搏波速度aoPWV测量是重要的无创动脉僵硬度测定方法，广泛应用于动脉硬 化早期检测、干预性治疗的疗效评价及用药指导。其中，主动脉脉搏波传递时间aoPTT是 aoPWV测量的关键。目前常用的aoPTT检测的方法包括两点法和单点法。基于“两点法”测量 aoPTT的关键在于识别同一心动周期内两路（颈-股动脉）脉搏波的起点，计算它们的时间差 用于评估aoPTT。但是，该测量方法可能需要患者暴露腹股沟区域，操作相对复杂，且对于 颈部或腹部脂肪较多的患者难以获得稳定的信号。基于“单点法”测量aoPTT的关键在于准确 识别表征前向波和反射波起点或峰值的特征点，计算它们的时间差用于估计aoPTT。但是， 当受试者第二收缩波峰不明显时，难以从时域中准确识别特征点，影响aoPTT的测量精度。 因此，操作简单、准确的aoPTT测量方法亟待突破。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于上肢动脉信息的主动脉 脉搏波传递时间测量方法，以期有效提高测试精度、简化测试流程。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法的特点是：所述上肢动脉信 息由桡动脉脉搏波、指端容积脉搏波和肱动脉血压值组成；

所述基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法是按如下步骤进行：

a、在人体腕部采集桡动脉脉搏波，在指端采集指端容积脉搏波，并测量肱动脉血压值；

b、利用广义传递函数模型，以桡动脉脉搏波的拉氏变换为输入，获得主动脉脉搏波的拉 式变换，进而获得主动脉脉搏波；用肱动脉血压值对主动脉脉搏波进行标定，获得具有血压 特性的主动脉脉搏波，所述具有血压特性的主动脉脉搏波即为主动脉压力波形p(t)；

c、将所述指端容积脉搏波进行独立分量分析，获得指动脉血流波形；利用血流传递函数 模型，以指动脉血流波型的拉氏变换为输入，获得主动脉血流波形的拉式变换，进而获得主 动脉血流波形q(t)；

d、对所述主动脉压力波形p(t)和所述主动脉血流波形q(t)采用傅里叶分析计算特征阻抗 Z_c；

e、将所述主动脉压力波形p(t)和所述主动脉血流波形q(t)的起始点移至同一点后，利用 阻抗公式将主动脉压力波形p(t)分解为前向波Pf(t)和反射波Pb(t)；所述阻抗公式如式(1)和式 （2）所示：

Pf(t)=（p(t)+Z_c×q(t)）÷2            （1）

Pb(t)=（p(t)-Z_c×q(t)）÷2            （2）；

f、计算前向波Pf(t)和反射波Pb(t)的归一化互相关系数，所述归一化互相关系数的最大值 对应的时间点为TR2，则主动脉脉搏波传递时间aoPTT为TR2/2。

本发明基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法的特点也在于：所述广义传 递函数模型为：广义传递函数GTF(S)=主动脉脉搏波的拉式变换AP(S)/桡动脉脉搏波的拉 氏变换RP(S)。

所述血流传递函数模型为：血流传递函数BTF(S)=主动脉血流波形的拉式变换AB(S)/指 动脉血流波形的拉式变换FB(S)。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

（1）本发明仅需采集上肢动脉信息就可以获取主动脉脉搏波的传递时间，测试流程简单、 测试难度低，且人体上肢动脉信息稳定，信号质量好，测试精度高；

（2）相比与传统的“两点法”，本发明将采集位置从大动脉转移到了上肢动脉（桡动脉、 指动脉），有效地克服了对于颈部或腹部脂肪较多的患者难以获得稳定的信号的缺点；

（3）本发明将阻抗分析技术引入到aoPTT的测量领域，即使在波形特征点不明显时也具 有很好的鲁棒性，很好的解决了“单点法”存在的测量精度不足问题，具有更广的应用前景。

附图说明

图1为本发明获取aoPTT方法的总流程图；

图2为本发明通过桡动脉脉搏波形获取主动脉压力波的示意图；

图3为本发明通过指端容积脉搏波获得主动脉血流波形的示意图；

图4为本发明利用阻抗分析获得前向波和反射波的示意图；

图5为本发明利用前向波和反射波的归一化互相关系数获取aoPTT的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法的特点是：上肢动脉信息 由桡动脉脉搏波、指端容积脉搏波、肱动脉血压值组成；

如图1所示，本实施例基于上肢动脉信息的主动脉脉搏波传递时间测量方法是按如下步 骤进行：

1、在人体腕部采集桡动脉脉搏波，在指端采集指端容积脉搏波，并测量肱动脉血压值；

2、如图2所示，利用广义传递函数模型，以桡动脉脉搏波的拉氏变换为输入，获得主动 脉脉搏波的拉式变换，进而获得主动脉脉搏波；用肱动脉血压值对主动脉脉搏波进行标定， 获得具有血压特性的主动脉脉搏波，所述具有血压特性的主动脉脉搏波即为主动脉压力波形 p(t)；

心脏收缩产生的脉搏波沿着动脉树向外周传递，由于受到血管壁和外周阻力等因素的作 用，脉搏波的幅值、形态等特征会产生变化。多项临床研究表明，桡动脉脉搏波与主动脉脉 搏波之间存在特定的传递关系。利用数学方法建立的广义传递函数模型，可用于基于桡动脉 脉搏波获得主动脉脉搏波。

广义传递函数模型为：广义传递函数GTF(S)=主动脉脉搏波的拉式变换AP(S)/桡动脉 脉搏波的拉氏变换RP(S)。

广义传递函数模型可采用已有技术，也可以通过下列方法建立：首先获得实验者的桡动 脉脉搏波和主动脉脉搏波，将这两种波形分别经过拉式变换后获得桡动脉脉搏波的拉氏变换 RP(S)和主动脉脉搏波的拉式变换AP(S)，进而获得广义传递函数GTF(S)。这是单个实验者的 广义传递函数计算方法，多个实验者的广义传递函数为分别进行单个实验者的计算后取平均。 广义传递函数模型具有普遍适用性。

3、如图3所示，将所述指端容积脉搏波进行独立分量分析，获得指动脉血流波形；利用 血流传递函数模型，以指动脉血流波的拉氏变换为输入，获得主动脉血流波形的拉式变换， 进而获得主动脉血流波形q(t)；

指端容积脉搏波包含丰富的血流动力学信息，通过独立分量分析技术，可以从指端容积 脉搏波中提取指动脉血流波形。血流从主动脉向外周动脉传递过程中，由于受到血管粘弹性 等因素的作用，其幅值、形态等特征同样会产生变化。与脉搏波传递规律一样，指动脉血流 波形与主动脉血流波形也存在一种传递关系，通过这种关系建立血流传递函数模型，可用于 获得主动脉血流波形。

血流传递函数模型为：血流传递函数BTF(S)=主动脉血流波形的拉式变换AB(S)/指动脉 血流波形的拉式变换FB(S)。

血流传递函数模型可采用已有技术，也可以通过下列方法建立：首先获得实验者的主动 脉血流波形和指动脉血流波形，将这两种波形分别经过拉式变换后获得主动脉血流波形的拉 式变换（AB(S)）和指动脉血流波形的拉式变换（FB(S)），进而获得血流传递函数BTF(S)。 这是单个实验者的血流传递函数模型的计算方法，多个实验者的血流传递函数模型为分别进 行单个实验者的计算后取平均。血流传递函数模型具有普遍适用性。

4、对所述主动脉压力波形p(t)和所述主动脉血流波形q(t)采用傅里叶分析计算特征阻抗 Z_c；

5、如图4所示，将所述主动脉压力波形p(t)和所述主动脉血流波形q(t)的起始点移至同 一点后，利用阻抗公式将主动脉压力波形p(t)分解为前向波Pf(t)和反射波Pb(t)；所述阻抗公 式如式（1）和式（2）所示：

Pf(t)=（p(t)+Z_c×q(t)）÷2            （1）

Pb(t)=（p(t)-Z_c×q(t)）÷2            （2）；

6、如图5所示，计算前向波Pf(t)和反射波Pb(t)的归一化互相关系数，所述归一化互相 关系数的最大值对应的时间点为TR2，则主动脉脉搏波传递时间aoPTT为TR2/2。