功能参数的计算方法，其特 征在于，所述的四肢肱动脉和踝动脉搏波需进行波形平均，其平均的是四肢压力传感器提 取的压力脉搏波分量，波形平均的步骤，包括:首先读取波形数据，标定完整的波形求出周 期，然后对波形进行周期和幅值归一化处理，使脉搏波单波数据具有统一的幅值和长度，并 求得平均波形。4. 根据权利要求1所述的四肢血压脉搏波的心脏血管功能参数的计算方法，其特征在 于，所述的非线性脉搏波理论，建立四肢血压、血流量两个基本血流动力学参量和四肢脉搏 波之间的关系式，并根据人体心脏血管系统的固有特征参数或者几何参数，推导出四肢血 压脉搏数据、血流量与心脏血管功能参数的关系式并进行计算。5. 根据权利要求1所述的基于四肢血压脉搏波的心脏血管功能参数的计算方法，其特 征在于，在上位机和下位机中依次按以下步骤实现的： 步骤(1 )，上位机和下位机初始化： 上位机输入:被测者的个人信息，包括性别、年龄、身高、体重、肩宽既往病史信息； 下位机检测:被测者肱动脉和踝动脉四肢的脉搏波和血压； 上位机记录:被测者肱动脉和踝动脉四肢的脉搏波波形和血压压力值； 步骤(2)，上位机自动检测、记录、保存四肢的脉搏波波形图，对得到的波形图利用周期 和幅值归一化处理进行波形平均，然后按下式计算分别得到一个心动周期内被测者的四肢 平均动脉压Pmf，平均动脉压为一个心动周期内四肢分别对应的动脉压力的平均值；T为一个心动周期，f?为四肢的标号，f = 1，2，3，4分别表示右上肢、左上肢、右下肢、左下 肢，P (t)f为一个心动周期内不同时刻各采样点对应的脉压值，f = 1，2，3，4。 步骤(3)，按下式计算波形因子kf，f=1，2,3,4;Pdf为舒张压，Psf为收缩压，均为四肢肱动脉和踝动脉的实际测量值，f=l，2,3,4; 步骤(4)，按下式计算肱动脉和踝动脉压力脉搏波的传播速度c(t)f:其中： P(t)f为一个心动周期内不同时刻各采样点对应的脉压值，f= 1，2，3，4; P为血液密度，P=1.05*10-3kg/cm3; bf为脉搏波波形参数，按下式计算，f= 1，2，3，4:a为与速度剖面有关的参数，a= 0.57; 步骤(5)按下式计算肱动脉和踝动脉压力脉搏波的空间压力梯度F(t)f，从而得到一个 心动周期内不同时刻的压力梯度；:f其中：为一个心动周期内不同时刻压力对时间的导数，clf(f=l，2,3,4)为四肢动脉内的 血液脉搏波的传播速度，为四肢动脉内脉搏波的角频率，，bmr，bmi为四肢动脉 内脉搏波的系数，m= 1，2，3……，按下式递推得出：卩》为平均动脉压，P为血压在动脉内坐标Z和时间t的函数，其傅立叶形式为：幅值和频率由实测波形获得； 步骤(6)，按下式计算一个心动周期内不同时刻肱动脉和踝动脉四肢的血流量Q(t)f;其中： Mt)f为血流量随时间变化的一次幂系数；e(t)f为血流量随时间变化的二次幂系数;A(t)f为一个心动周期内血管半径随时间变化的函数，主要描述一个心动周期内血管弹性收 缩扩张的动态过程，Q(t)f为一个心动周期内不同时刻肱动脉和踝动脉各采样点对应的血 流量值，f=l，2,3,4; 入(t)f用下式表示，f=l，2,3,4:f其中： a为生理条件下人体修正系数，是计算A(t)f时涉及一个心动周期内血流量随时间变化 时的非线性脉搏波传播系数，a= 0.57; 0为生理条件下人体修正系数，是计算A(t)f时一个心动周期内血管半径随时间变化时 的非线性脉搏波传播系数，与血管半径弹性扩张有关，0 = 0.1.173; Y为血液运动粘度，为血液动力粘度与血液密度的比值； 扮为正常生理条件下血管在体长度与血管受力平衡时长度的比值，fo= 〇. 57; 为血管受力平衡时半径与未变形时血管半径比值，&m= 1.105;a2为生理条件下人体修正系数，&2 _=V'〇.9: e(t)f用下式表示，（f=l，2,3,4):其中： 屯为血管中自然状态下的半锥角，中=1° ; 说为生理条件下人体修正系数，是计算e(t)f时一个心动周期内血管半径随时间变化时 的非线性脉搏波传播系数，与血管半径弹性收缩有关，说=_1.5; A(t)f用下式表示，f=l，2,3,4:5其中： Rm = 0.042 + 0.000625(1 + 0,36\^)v1ii其中： G为被测者年龄，h为被测者身高，1为被测者肩宽，均为实测值； 步骤(7)，按下式并利用预估-修正的方法计算肱动脉和踝动脉四肢血流量Q(t)f的预估 值和修正值Q(t) (n+i)f，f= 1，2，3，4从而分析计算出一个心动周期内不同时刻四肢 分别对应的血流量数值解； Q⑴&+l)f=Q⑴nf+TG(Q⑴ 心 Q(t)〇1+以=Q(t)址屮T[G(Q^nt,Tnf) +G(⑴Q?n+ 1)f,Tfw^ n表示时间序列号，n= 1,2 ,......N表示(n+1)时刻的四肢血流量预估值，Q (t)(n+1)f表示(n+1)时刻的四肢血流量修正值，G(Q(t)，W为中间函数，而^ =(n-1)Att为时间量纲，N为一个心动周期T内的采样点数，在数值上等于一个心动周期T内的采样时刻数； 步骤(8)，按下式计算一个心动周期内不同时刻的人体血流量Q(t) Q(t) 其中： ^义义义是以^也^冰^^认的修正参数力为常数项一为常数项^参数的 数值解通过医学统计学中的非线性回归方法确定； 步骤(9)，血流量的误差判定按下式迭代计算判断误差：其中： Q(t)〇为健康人群的血流量的参考值;迭代计算血流量的相对误差应满足误差率小于 5%，若不符合应重复上述步骤，至误差判定小于5%;如果执行上述操作后误差仍然大于 5%，则修正血流量拟合公式的回归系数，直至； 步骤(10 )，按下式计算一个心动周期内的人体平均血流量Qm:步骤（11 )，按照下式计算心脏功能血流参数:心搏出量SV、心输出量CO、心搏指数SI、心 脏指数CI和总血容量BV;BV= 2.65*BSA(L)其中： HR为心率，由实际测量获得;BSA为表示人体总表面积，按下式计算：BSA(m2)=0.0061H(cm)+0.0128W(kg)-0.1592 其中： H和W分别为身高和体重，由实际测量获得； 步骤(12)，按下式计算外周血管的血管参数:外周阻力TPR和顺应性C两个参数：其中： Ps为右上肢肱动脉收缩压，Pd为右上肢肱动脉舒张压，均有由实际测量获得。Pm为平均 动脉压，按下式计算步骤（13)，按下式计算微循环的血流参数:血流半更新率ALK、血流半更新时间ALT和血 液平均滞留时间TM参数：步骤(14)，按下式计算心脏做功参数:心脏平均功率MPP、心脏每搏运动功SKE; MPP=Pm*Qm(mj)(mj)其中： Ts为收缩间期，S为主动脉瓣口面积2.5-3.5cm2，P为血液密度，P= 1.05*10-3kg/cm3，Ps为右上肢肱动脉收缩压。
【专利摘要】一种基于四肢血压脉搏的心脏血管功能参数的计算方法，属于生物力学技术领域。利用脉搏波传感器和血压传感器检测四肢的动脉血压和压力脉搏波，实现心脏功能，动脉网硬化程度、心脏和血管功能的血流参数的无创同步检测。其步骤是，先采集四肢肱动脉和踝动脉的血压和脉搏波信息，对采集的一系列脉搏波进行波形平均，分别获取四肢肱动脉和踝动脉的平均波形。基于波形分析获取的波形特征参量和非线性脉搏波理论，建立四肢脉搏波与压力梯度、血流量之间的关系，然后在血流量和四肢脉搏血压数据信息基础上，计算获得心脏血管功能参数。本发明将为心脏血管系统提供一种经常性、无创伤、易操作、快输出、价格低廉的检测手段。
【IPC分类】A61B5/021, A61B5/02
【公开号】CN105726000
【申请号】CN201610064419
【发明人】乔爱科, 宋晓瑞, 李高阳
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月29日