专利名称：脑血管分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过对脑血管的生物力学特性和血流特性进行检测，对脑血管疾病进行分析的脑血管分析系统，更详细地涉及一种脑血管分析装置，其将脑血管系统划分为由颈内动脉分支、前脑血管分支、中脑血管分支、后脑血管分支、椎动脉分支以及脑底动脉分支构成的系统，并对其进行分析而在脑血管系统的每个血管分支中求出表示血管的器质性变化的血管的弹性系数，通过检测脑血管系统的血流特性、同时表示器质性变化及功能性变化的血管的顺应性、血流阻力及血流量，早期诊断脑血栓等多种脑血管难治性疾病。
背景技术：
目前，临床上为了早期诊断脑血管疾病正在使用着超音波多普勒系统。但是，超声波多普勒系统由于无法检测出血管特性，因而在早期诊断脑血管疾病时具有一定的局限性。到目前为止开发出的脑血管疾病分析器包括血管造影系统、MRA、FMRI、SPET、TCD、 TEE、TTE、QFM、CVD 等。其中，血管造影系统虽然具有能够直观地观察血管自身的病变的优点，但其必须进行用于注入造影剂的血管侵袭性操作，且该操作复杂。MRA或FMRI虽然是克服了血管造影系统的缺陷的体系，但由于制造成本和诊断费用昂贵，具有只能在特定的病房上加以利用的缺点。尤其是，虽然MRA、FMRI, SPET之间具有若干的差异，但通过这些设备进行的检查均能确认血管分布、血流特性、低血流区域等，却无法确认血管的特性。超声波血流检测器(ultrasonic Quantitative Flow Measurement System :QFM) 和脑血管特性检测器(CVD)能够以低费用求出颈动脉的血流量和中脑血管及前脑血管的顺应性。但是，若要评价对血管的特性进行特征化的血管的器质性及功能性状态，相比与流入血管的血流量或作用于血管壁的血压等血流状态相关的信息，更需要确认反映血管自身的器质性状态及功能性状态的血管的弹性系数、血管顺应性及血流阻力等信息。但是，在反映血管的器质状态的脑血管系统的每个血管分支中检测出血管的弹性系数、血管的顺应性及直径、血流阻力、血流量是一件非常难的事情。出现上述情况是因为脑血管系统的结构复杂且脑血管系统中的多个血管分支进行相互不同的力学行为，而且若要在作为活人体中检测出表示血管的器质性变化的指标的弹性系数，最正确的方法是采集生体内的血管后用拉伸器来拉伸，但这种方法实际上是不可行的。2002年美国加利福尼亚综合大学教授Werner G、Marifan C, Tonny Μ, Jeffrey C等许多学家研究了人的脑血管的生物力学特性，并在“Mechanical and Failure Properties of Human Cerebral Blood Vessels”上发表过有关脑血管的特性的论文。但是，这些结果不能用作能够用于根据采集人的血管进行实验的结果进行诊断的指标。以往，以多种形态进行了用于间接地求得脑血管系统的血流量及顺应性、弹性系数、血流阻力等的研究。1997年-2004年以美国学者Biedma、Haoliu、Cwako shi为首的许多学者提出了求得脑血管的顺应性及阻力的问题。但是，以上的研究结果只针对脑血管中的血压、血管的顺应性及弹性系数、血流阻力、血流量分布进行了一般的揭示，而未得到能够直接应用于临床的结果。2006年丁光宏教授(上海复旦大学副校长)为了应用于临床的目的，开发出了一款求得脑血管的个别分支的血流量的设备KF-3000。KF-3000虽然在脑血管系统中求出血流特性方面获得了创造性成果，但由于无法掌握血管的特性，因而未能使TCD发展到用于早期诊断脑血管疾病的层次。与丁光宏博士的研究不同，日本COLLIN提出了早期诊断脑血管疾病时具有决定性意义的用于评价脑血管系统的血流特性及血管特性的脑血流量计QFM-2000X，作为与之类似的装置，也曾公开过基于发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”(An apparatus measuring parameter of cerebrovascular and method thereof)的 CVD-1000。根据以应用于临床的目的开发出的超声波血流检测器(ultrasonic Quantitative Flow Measurement System :QFM)和上述发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”的结构通过以低费用求出颈内动脉的血流量、中脑血管及前脑血管的顺应性， 展示了能够早期诊断脑血管疾病的可能性。但是，超声波血流检测器(QFM)和上述专利的结构，将血管的顺应性及血流指标选作基本检测指标，从而未能对作为血管特性的两种基本特性的血管的器质性变化及功能性变化加以区分并说明。特别是，超声波血流检测器(QFM-2000X)和脑血管特性检测器(CVD-1000)在求得脑血管的顺应性及阻力时表现出了多种缺点。QFM-2000X对脑血管系统进行左右分离，并将向颈内动脉流入的血流量看作脑血流量，由此求出对左侧脑血管系统及右侧脑血管系统进行评价的顺应性C及阻力R。因此，无法对脑的个别血管分支进行评价。并且，这些结构为了求出脑血管的顺应性及阻力，通过压力脉搏波给出血压波形， 并通过超声波多普勒给出血流波形而进行校正，直至两个波形保持一致，由此求得C、R，C、 R分析结果出现了变幅范围较大且曲线近似度与实际现象存在较大差异的缺点。事实上，当用超声波多普勒测量血流波形时，因水平面误差而产生十分大的测定误差。但是，使具有这种测定误差的两个波形成为近似的过程与事实不符且再现性较少。并且，曲线对曲线近似即使产生若干的波形变动，也会在近似两个波形时引起大的误差。因此，根据检测人员的不同，通过QFM-2000X检测的顺应性C或阻力R也会产生几乎达到10-100倍的差异，并且由于没有再现性，因而难以用作临床指标。上述发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”的结构，当对脑血管系统进行模型化而进行分析时，不求流入脑中的血流量，而假设流入脑中的血流量达到心输出量的k 倍，因而尚未找出准确的临床指标。
上述发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”公开了如下的结构即使颈内动脉的截面积减少为80-90%，也由于流入颈内动脉的血流量没有发生变化，因而能够据此通过Qc = KcSv计算得出流入颈内动脉的血流量。在此，Sv为心输出量，Kc为比例常数。但是，如上的假设不能作为医疗诊断仪器得到充分保障。并且，上述发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”的结构，假设以一定比率划分前脑血管和中脑血管的顺应性及阻力，因而降低了疾病诊断准确度。特别是，QFM-2000X和上述发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”中未能提供求出后脑血管的顺应性及阻力的方法。如上所述，QFM-2000X和上述发明专利申请“脑血管的参数测定装置及方法”为了对脑血管的特性进行评价，虽然未能求出弹性系数，而仅求出了顺应性及阻力，但其自身具有许多缺点。因此，需要寻求一种新的准确求出脑血管系统的弹性系数、顺应性、阻力、血流量的解决方法。
发明内容
本发明是为了解决上述的现有技术的不足而提出的，其目的在于提供一种脑血管分析装置，该装置为了诊断脑血管的疾病，以心电图、心音图、脉搏波信号及超声波多普勒信号为基础资料对脑血管系统进行生物力学分析，以便检测脑血管的生物力学特性及血流特性，由此通过检测脑血管系统的每个血管分支中的弹性系数、血管的顺应性及血流阻力、 血流量，能够早期诊断脑血栓等多种脑血管难治性疾病。为了达到上述目的，本发明的第一特征在于，根据本发明的脑血管分析装置包括 生体信号检测计，其由包括心电图传感器、心音图传感器、脉搏波传感器及超声波传感器的生体信号检测传感器部以及与上述生体信号检测传感器部的各传感器连接，接收检测出的生体信号进行信号处理的生体信号接收及处理部构成，以及分析指标计算计，其由与上述生体信号接收及处理部连接，相互进行通信并接收检测数据，计算出用于分析脑血管的生物力学指标的主处理部、与上述主处理部连接并输入用户的控制指令的输入部以及与上述主处理部连接并显示计算出的结果的输出部构成；上述主处理部利用包括由从上述生体信号检测计获取的生体信号获得的脑血管的压力曲线、对于上述压力曲线的收缩期及舒张期的面积及上述脑血管的血流量的基础信息计算出生物力学指标。并且，本发明的第二特征在于，上述生体信号接收及处理部包括微控制器 (microcontroller)，其对从上述生体信号检测传感器部接收的生体信号进行处理，并控制向上述主处理部传送检测数据；多路信号选择器，其由上述微控制器的控制信号选择从上述心电图传感器、心音图传感器、脉搏波传感器及超声波传感器接收的生体信号；噪音去除及信号放大器，其由上述微控制器的控制信号对由上述多路信号选择器选择的生体信号进行噪音去除或调节放大率；信号切换器，其接收通过了上述噪音去除及信号放大器的生体信号，根据上述输入部的控制指令或上述主处理部中内置的程序的控制指令来选择所需的生体信号；样本保持器，其由上述微控制器的控制信号对上述信号切换器中选择的生体信号进行采样(sampling)并保持(holding)；以及，A/D转换器，其由上述微控制器的控制信
8号将通过上述标本保持器保持(holding)的生体信号转换为数字信号并传送至上述微控制器。并且，本发明的第三特征在于，上述脉搏波传感器是袖带(Cuff)脉搏波传感器、 颈动脉脉搏波传感器及股动脉脉搏波传感器中的某一个，上述生体信号检测计从上述生体信号检测传感器部同时取得ECG、PCG以及APG波形。并且，本发明的第四特征在于，上述颈动脉脉搏波传感器和上述股动脉脉搏波传感器是相同的压力传感器，上述袖带(CufT)脉搏波传感器是在袖带血压计上还附着压力传感器而构成的。并且，本发明的第五特征在于，上述袖带(CufT)脉搏波传感器在与上述袖带血压计的空气袋连接的橡皮管形成支路管，在上述支路管出口安装适配器，将上述适配器安装在与上述颈动脉脉搏波传感器或上述股动脉脉搏波传感器相同的结构的传感器的开放槽。并且，本发明的第六特征在于，上述主处理部被程序化为包括如下步骤第一步骤，通过上述输入部输入基础信息，并通过上述生体信号检测计接收上述生体信号；第二步骤，对上述接收的生体信号的波形进行分析，基于上述分析的波形资料获得脑血管的压力曲线、对于上述压力曲线的收缩期及舒张期的面积以及上述脑血管的血流量；以及，第三步骤，基于上述获得的压力曲线、压力曲线的面积、血流量及上述输入的基础信息计算出包括上述脑血管的顺应性(C)及阻力(R)的生物力学指标，由此显示出脑血管分析结果。并且，本发明的第七特征在于，上述第二步骤中的上述脑血管包括左、右侧后脑动脉，上述第三步骤中的上述生物力学指标中，左、右侧后脑动脉的顺应性(Cpl，Cp2)及左、 右后脑动脉的阻力(Rpl，Rp》分别由预定的数学式计算得出。并且，本发明的第八特征在于，上述第二步骤中的上述脑血管包括左、右侧前脑动脉，上述第三步骤中的上述生物力学指标中，左、右侧前脑动脉的顺应性(Cal，Ca2)及左、 右侧前脑动脉的阻力(Ral，Ra2)分别由预定的数学式计算得出。并且，本发明的第九特征在于，上述第二步骤中的上述脑血管包括左、右侧中脑动脉，上述第三步骤中的上述生物力学指标中，左、右侧中脑动脉的顺应性(Cal，Ca2)及左、 右侧中脑动脉的阻力(Ral，Ra2)分别由预定的数学式计算得出。并且，本发明的第十特征在于，上述主处理部被控制为能够将上述第三步骤中计算出的上述脑血管的顺应性(C)及阻力(R)，由C-R状态图(Chart)上的点显示在上述输出部。本发明对反映脑血管的个别血管分支的器质性变化的弹性系数进行分析，并计算反映脑血管系统的血流特性和脑血管的个别血管分支的器质性变化及功能性变化的血流量、血管顺应性、血流阻力，从而能够早期诊断脑血管疾病的发病危险性。
图1是基于本发明脑血管分析装置的一实施例的整体系统的框图。图2是概念性地表示图1的生体信号接受及处理部的结构和信号流动的框图。图3是表示作为图1的脉搏波传感器的一种的袖带脉搏波传感器结构的剖视图及主要部分分解立体图。图4是概念性地表示脑血管血管分支的连接状态的威廉斯环(Willi' scircle)。图5是基于看作将颈内动脉中分为前脑动脉和中脑动脉的情况进行模型化的图4 的脑血管模型化电路图。图6是基于将颈内动脉和中脑动脉看作一个血管分支而进行模块化的图4的脑血管模型化电路图。图7是图1的主处理部的一例示工作图。图8是表示作为图1的主处理部的分析结果的一例的C-R状态图(Chart)的一例示图。附图标记的说明
权利要求
1.一种脑血管分析装置，其特征在于，包括生体信号检测计，其由包括心电图传感器、心音图传感器、脉搏波传感器及超声波传感器的生体信号检测传感器部以及与所述生体信号检测传感器的各传感器连接，并接收检测出的生体信号并进行信号处理的生体信号接收及处理部构成，以及分析指标计算计，其由与所述生体信号接收及处理部连接，相互进行通信并接收检测数据，而计算出用于分析脑血管的生物力学指标的主处理部、与所述主处理部连接并接收用户的控制指令的输入部以及与所述主处理部连接并显示计算出的结果的输出部构成；所述主处理部利用包括由从所述生体信号检测计获取的生体信号获得的脑血管的压力曲线、对于所述压力曲线的收缩期及舒张期的面积及所述脑血管的血流量的基础信息计算出生物力学指标。
2.根据权利要求1所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述生体信号接收及处理部包括微控制器，其用于进行如下控制对从所述生体信号检测传感器部接收的生体信号进行处理，而向所述主处理部传送检测数据；多路信号选择器，其由所述微控制器的控制信号选择从所述心电图传感器、心音图传感器、脉搏波传感器及超声波传感器接收的生体信号；噪音去除及信号放大器，其由所述微控制器的控制信号对由所述多路信号选择器选择的生体信号进行噪音去除或放大率调节；信号切换器，其接收通过了所述噪音去除及信号放大器的生体信号，使所述输入部的控制指令或内置于所述主处理部中的程序的控制指令通过所述微控制器来选择所需的生体信号；样本保持器，其根据所述微控制器的控制信号对选自所述信号切换器中的生体信号进行采样并保持；以及A/D转换器，其根据所述微控制器的控制信号将通过所述标本保持器进行保持的生体信号转换为数字信号并传送至所述微控制器。
3.根据权利要求1或2所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述脉搏波传感器是袖带脉搏波传感器、颈动脉脉搏波传感器及股动脉脉搏波传感器中的某一个，所述生体信号检测计同时从所述生体信号检测传感器部取得ECG、PCG以及APG波形。
4.根据权利要求3所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述颈动脉脉搏波传感器和所述股动脉脉搏波传感器是相同的压力传感器，所述袖带脉搏波传感器是在袖带血压计上还附着压力传感器而构成的。
5.根据权利要求4所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述袖带脉搏波传感器在与所述袖带血压计的空气袋连接的橡皮管形成支路管，在所述支路管出口安装适配器，将所述适配器安装在结构与所述颈动脉脉搏波传感器或所述股动脉脉搏波传感器相同的传感器的开放槽。
6.根据权利要求1所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述主处理部被程序化为包括如下步骤第一步骤，通过所述输入部接收基础信息，并通过所述生体信号检测计接收所述生体信号；第二步骤，对所述接收的生体信号的波形进行分析，基于所述分析的波形资料获得脑血管的压力曲线、对于所述压力曲线的收缩期及舒张期的面积以及所述脑血管的血流量； 以及，第三步骤，基于所述获得的压力曲线、压力曲线的面积、血流量及所述输入的基础信息计算出所述脑血管的包括顺应性(C)及阻力(R)的生物力学指标，而显示出脑血管分析结^ ο
7.根据权利要求6所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述第二步骤中的所述脑血管包括左、右侧后脑动脉，所述第三步骤中的所述生物力学指标中，左、右侧后脑动脉的顺应性0:pl，cp2)及左、右侧后脑动脉的阻力 p1，Rp2)分别由下述数学式计算得出， 左侧后脑动脉的顺应性 Q _ ^plS - Apld SplPplS.~ PpU Wpl计 ^pld(数学式1)； 右侧后脑动脉的顺应性 C ^ Ap2S~ AP2d^p2S~ Ppld 為25+ ^pW(数学式2)； ^plS + ^pld左侧后脑动脉的阻力:Rpl = c ρΙ(数学式3)；以及右侧后脑动脉的阻力 = P - P (数学式4)，所述数学式1至数学式4中，Ppls是左侧后脑动脉的收缩期血压，Ppld是左侧后脑动脉的舒张期血压，Pp2s是右侧后脑动脉的收缩期血压，Pp2d是右侧后脑动脉的舒张期血压，Apls 是左侧后脑动脉压力曲线的收缩期面积，Apld是左侧后脑动脉压力曲线的舒张期面积，Ap2s 是右侧后脑动脉压力曲线的收缩期面积，Ap2d是右侧后脑动脉压力曲线的舒张期面积，、是左侧后脑动脉的血流量，Sp2是右侧后脑动脉的血流量。
8.根据权利要求6所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述第二步骤中的所述脑血管包括左、右侧前脑动脉，所述第三步骤中的所述生物力学指标中，左、右侧前脑动脉的顺应性(Cal，Ca2)及左、右侧前脑动脉的阻力(Ral，Ra2)分别由下述数学式计算得出， 左侧前脑动脉的顺应性(数学式5)； 右侧前脑动脉的顺应性
9.根据权利要求6所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述第二步骤中的所述脑血管包括左、右侧中脑动脉，所述第三步骤中的所述生物力学指标中，左、右侧中脑动脉的顺应性(Cal，Ca2)及左、右侧中脑动脉的阻力(Ral，Ra2)分别由下述数学式计算得出， 左侧中脑动脉的顺应性
10.根据权利要求6至9中任一项所述的脑血管分析装置，其特征在于，所述主处理部进行如下控制在所述输出部用C-R状态图上的点显示出所述第三步骤中计算出的所述脑血管的顺应性(C)及阻力(R)。
全文摘要
本发明涉及一种脑血管分析装置，该装置为了诊断脑血管的疾病，以心电图、心音图、脉搏波信号及超声波多普勒信号为基础资料对脑血管系统进行生物力学分析，以便检测脑血管的生物力学特性及血流特性，由此通过检测脑血管系统的每个血管分支中的弹性系数、血管的顺应性及血流阻力、血流量，能够早期诊断脑血栓等多种脑血管难治性疾病。
文档编号A61B8/02GK102170832SQ200980138750
公开日2011年8月31日 申请日期2009年10月1日 优先权日2008年10月2日
发明者金洸台 申请人:玄锡山, 金洸台