基于心脏点波动传导特性的血管状态检测方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及脉搏波和血管状态检测的技术领域，具体涉及一种基于心脏点波 动传导特性的血管状态检测方法与装置。
【背景技术】
[0002] 心血管疾病是一种严重威胁人体健康的常见病，常规检查项目包括血压、心电 图、血常规、血脂和血糖等。其中，心电图利用体表电极记录心脏的每一心动周期所产生的 电活动变化图形，根据心脏的电活动追踪心肌收缩与扩张的节律和特征，进而判断心脏的 健康状况，有助于诊断心律失常、心肌缺血、心机梗死等心脏疾病。然而，人体是电的良导 体，体表记录的电信号是心肌产生的电信号经过多条路径后在测量处叠加的总和，根据体 表测量的电信号对心脏疾病进行诊断并不准确。
[0003] 脉诊是中医独有的一种疾病诊断方法，中医师通过切按手腕部的脉搏并感知动脉 搏动显现部位的深浅、速率的快慢及其强度、节律和形态等方面，根据获得的脉象分辨疾病 成因、推断疾病变化、识别病情真假和判断疾病预后等，但这些脉象根据医师手指感觉获 得，完全依赖于个人的主观判断。手腕部动脉脉搏及其变化形成了脉搏波，它是心脏搏动沿 着动脉血管和血流向外周传播而形成，故它所表现出来的形态、强度、速度与节律等方面的 综合信息反映出人体心血管系统的许多生理和病理特征。目前，国内外无创检测脉搏波的 方法主要分为基于压力波的检测方法和基于容积脉搏波的检测方法，通过对脉搏波的波形 特征分析获得心血管有关的生理信息，如心率、心搏出量、血管顺应性等。然而，基于压力波 的检测方法直接对某些浅表动脉血管壁的扩张与回缩形成的压力波进行检测，对测试部位 要求严格，测量中会有较大干扰；基于容积脉搏波的检测方法检测的容积脉搏波是压力波 经末梢微血管的阻力和毛细血管网的多次泄漏等对波形滤波等影响造成的，会丢失心血管 某些信息。
[0004] 借助脉搏波的特性分析可以对某些心血管疾病进行跟踪、诊断和预测。现有的检 测方法仅限于对脉搏波的周期性特征及其变化进行分析（未考虑信号源影响），对于非线 性畸变涉及少；通过时延估计确定的脉搏波传导速度不仅与血管壁的弹性有关，也和动脉 血管的口径、厚度和血液密度、粘性等因素有关，现有的检测方法虽然可以对动脉弹性有个 大致估计，但是不能确定疾病位置，也不能区分具体成因，即是归因于血液粘度变化还是血 管硬化。
[0005] 鉴于此，本专利提出了一种基于心脏点波动传导特性的血管状态检测方法与装 置。该装置通过超声波的主动发射和阵列接收直接检测心肌和血管壁的搏动，采用数字信 号处理方法对心肌和血管壁之间的血管系统进行辨识，具有辐射小、结构简单、检测精度 高、操作方便、使用安全等优点，可广泛用于健康监测、远程体检和辅助诊断等领域。
【发明内容】
[0006] 心脏搏动是人体血液循环系统的动力源，心室不间断地收缩和舒张引起间断性射 血致使动脉血压和动脉容积呈周期性变化，随之引起动脉管壁发生周期性波动并形成动脉 脉搏波，在人体某些浅表动脉处可感知；心房内压有升有降，该压力波动逆血流方向传到靠 近心脏的大静脉，使其管壁随着静脉压的波动而扩张与回缩，形成静脉脉搏波。因此，心脏 搏动是血管脉搏波的信号源，它对应于一个连续的无限自由度的求解区域。根据有限元法， 把心肌或者血管壁的检测区域离散成多个检测点，这些检测点的位置按一定规则选定，那 么每个检测点对应一个搏动点。心脏检测区域的每个搏动点可以视为形成血管脉搏波的一 个点信号源，即点波源，点波源的位置因心脏搏动而随时间变化，形成点波动；血管壁检测 区域每个搏动点的位置因为血管的扩张与回缩而形成点脉搏波。从信号处理的角度来看， 血管壁检测区域内的多个点脉搏波可以视为心脏检测区域多个点波动通过血管系统后在 这些位置的扩散函数。如果把心脏检测区域的多个点波动视为血管系统的多输入信号，血 管壁检测区域的多个点脉搏波就是心脏多个点波动经过血管系统的多输出信号，在人体体 表设置的柔性检测终端通过主动检测可以获得心脏的点波动和血管壁的点脉搏波，利用数 字信号处理方法可对多输入信号和多输出信号之间的血管传导特性进行辨识，进而对血管 特征进行判断和比对。
[0007] 为了实现上述目的，本发明给出了一种基于心脏点波动传导特性的血管状态检测 方法，其特征在于把柔性检测终端固定在紧邻心脏或者血管壁的皮肤外侧并利用耦合剂可 紧贴皮肤，柔性检测终端中设置了收发一体的超声波探头阵列，发射探头把电信号转换成 超声信号并发射出去，在心肌或者血管壁选定的检测点处产生反射，部分反射波由邻近的 超声波接收探头接收，利用后续的回波分析和几何反演可对心肌或血管壁上产生反射的检 测点位置、结构作出判断，采用连续检测可对检测点的收缩与扩张形成的波动进行时间和 空间的多维检测，得到心脏检测区域的多个点波动和血管壁检测区域的多个点脉搏波。然 后以心脏的多个点波动作为多输入信号，以血管壁的多个点脉搏波作为多输出信号，采用 数字信号处理方法对输入信号和输出信号之间的血管传导特性进行辨识，利用血管的级联 特性对血管传导特性进行分解，获得某段血管的传导特性，经过特征提取与特征比对实现 血管状态的检测和辅助诊断，进而实现疾病预测和疗效追踪。
[0008] 为了实现上述目的，本发明给出了一种基于心脏点波动传导特性的血管状态检测 装置，其特征在于包括多个具有超声波收发能力的柔性检测终端、控制模块和计算模块。其 中柔性检测终端和控制模块相连接，控制模块与计算模块相连接；柔性检测终端负责超声 检测信号的驱动和发射、超声回波信号的接收和预处理、数据通信；控制模块负责整个装置 的检测参数设置与控制、检测信号的产生、检测数据的存储、血管传导特征比对、数据通信 及人机交互；计算模块负责点波动和脉搏波的反演、血管传导特性的辨识、血管特征的提取 和数据通信。
[0009] 上述一种基于心脏点波动传导特性的血管状态检测装置，其中所述柔性检测终端 包括收发一体的超声波探头阵列、发射处理单元、接收处理单元和通信单元，它们固定在柔 性电路板上并采用透声防水材料进行封装，柔性检测终端用胶布固定在紧邻心脏或血管壁 的皮肤外侧并利用耦合剂可紧贴皮肤。其中，收发一体的超声波探头阵列由多个超声波探 头按一定方式排列并组成阵列，其中一个探头负责超声波发射，其它探头负责超声回波接 收；发射处理单元根据设置参数对从控制模块接收的信号进行放大和D/A转换，转换后的 电信号通过发射探头转变成超声信号并发射出去；接收处理单元根据设置参数对接收信号 进行放大、A/D转换和数据缓存；通信单元负责检测终端与控制模块之间数据和控制信息 的传递，采用有线/无线通信模式； 上述一种基于心脏点波动传导特性的血管状态检测装置，其中所述控制模块包括宽频 信号发生单元、主控制器、存储单元、特征比对单元、人机交互单元、通信单元和数据缓存单 元。其中，宽频信号发生单元负责宽频检测信号的生成与驱动，该信号通过通信单元送至不 同的柔性检测终端；主控制器负责不同单元之间的调度，保证整个系统正常运行；存储单 元负责存储分类特征库、检测位置、血管传导特征、心肌点波动、点脉搏波和患者病症、年龄 等；特征比对单元负责把血管传导特征与特征数据库的数据进行比对；人机交互单元负责 人机交互，用于参数设置、控制命令的输入