一种动脉血流特征参数的PWV数据分析系统及方法技术方案

本发明专利技术属于生物流体动力学数据处理技术领域，公开了一种动脉血流特征参数脉搏波传播速度数据采集、测量及分析系统及方法，利用双传感器串联，获取外周动脉的高频、双通道压力脉冲波形；通过识别动脉压力波形的特征点，计算测量点的PWV，并依据PWV及脉动树脉动流体动力学模型及流体动力学定律，计算出测量点的血管特征参数，计算出外周动脉血流量、血流速度；基于外周动脉压力时间函数、外周动脉血流量及血流速度，建立动脉弹性曲线、收缩期动脉压力波形切变率曲线、舒张期动脉压力切变率曲线；建立曲线函数的动脉血流特征参数系统；建立动脉血流灌注状态分析数学模型。本发明专利技术完成动脉血流特征生理参数及计算出的血流灌注功能特征参数。征参数。征参数。

【技术实现步骤摘要】
一种动脉血流特征参数的PWV数据分析系统及方法


[0001]本专利技术属于生物流体动力学数据处理
，以及外周动脉波形分析技术，和外周动脉血管的压力、流量、阻力、阻抗、僵硬度及弹性特征等主要动脉血管及血流特征采集、计算及分析
，尤其涉及一种动脉血流特征参数的PWV数据分析系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，生物流体动力学的心脏及血管系统血液流动规律的生物学基础，而基于血管及血流特征的血液流量、流速、阻力及其对心脏的偶联作用及对组织灌注的影响缺乏研究；
[0003]基于血管及血流特征的血液流量、流速、阻力等特征参数的核心计算指标为PWV，现有测量PWV的方法基于超声技术获其他电生理方法，不方便，无法直接用于临床。
[0004]基于PWV可以计算出血管僵硬度、血管阻抗、血管弹性、血流阻力等参数，提供生物流体动力学的基本参数；
[0005]基于血管压力与流量参数，可以生成的血流动力学模型，能够即时反映血管通过血流对组织的灌注做功情况，从而反映循环系统的组织灌注特征，而灌注是整个循环系统的目标，获取该曲线及其数学模型对了解循环系统的功能状态，预测心功能变化趋势及制定治疗方案均具用现实价值；
[0006]动脉僵硬度是动脉本身的一种特性，反映动脉弹性或顺应性。中年高血压患者中颈动脉
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股动脉脉搏波传导速度值高于10米/秒即表明存在无症状的心血管损害。动脉僵硬度无法在人体内直接测量，但可通过以下方式间接获得:(1)评估动脉脉搏波传导速度(PWV)；
[0007]能够反映血流收缩力、血管阻力、血流量等等特征信息，对心血管功能治疗过程中，准确应用治疗手段及治疗药物，判断治疗效果、改进治疗方案、预测治疗结局等均具用重要价值，是目前临床上亟需的关键特征。
[0008]目前的临床参数指标系统如血液、心排血量等等，主要缺陷是无法将反映灌注特征最为关键的外周动脉血流、灌注压力及血管阻力等特征进行偶联，并综合计算其灌注效能，是本专利技术的关键技术突破；
[0009]许多研究已经调查了年龄对主动脉PWV和AI的影响，大多数研究表明PWV和AI都是线性的，与年龄相关；然而，中心AI和主动脉PWV并不总是线性相关的，而是受到年龄的不同影响。
[0010]来自盎格鲁
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卡迪夫合作试验(ACCT)的大量健康人群的数据显示，中心AI和主动脉PWV之间的年龄相关变化模式不同。AI的变化在较年轻(<50岁)的个体中更为显著，而主动脉PWV的变化在50岁以上的个体中更为显著。因此，在年轻人中，中心AI可能是动脉老化的更敏感的标志物，而主动脉PWV在50岁以上的人中更敏感。同样，Mitchell等人报告说，在老年人中，AI随年龄变化较小，在60岁后实际上下降。
[0011]McEniery等人为这些不同的反应提出了一个假说。
[0012]在年轻人中，压力增加是因为波反射幅度的增加，而不是波速的增加，而在老年人中，压力增加是由反射波更早返回和顺应性较差的主动脉驱动的，而不是波反射幅度的主要变化。年龄相关的扩张通常发生在大动脉硬化中，因此PWV增加，但对阻抗的影响最小。虽然这一问题仍有争议，但据报道，女性中主动脉僵硬随年龄的增长而增加，尤其是在绝经期。特别是，绝经后女性的AI比男性高约7％，部分原因是女性身高较低，因此心脏和反射部位之间的物理距离更近。
[0013]另一份报告发现，女性绝经后脉压与年龄相关的上升幅度更大。女性的中央PWV也比男性随年龄增长更快，大约在45岁左右，而股骨PWV在性别之间没有显著差异。
[0014]最近，一个韩国血管研究工作组进行了韩国动脉老化研究(KAAS)，以确定衰老对具有或不具有心血管风险因素的表面健康个体的僵硬参数(如AI和PWV)的影响。该研究纳入了1750名年龄在17
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87岁(平均46.5岁)的受试者，他们看起来很健康，没有服用任何治疗高血压、糖尿病或血脂异常的药物。我们在衰老和性别影响方面也观察到了同样的趋势。在较年轻的年龄(1和2岁四分位数)，女性的中心脉压和外周脉压均低于男性，但在45岁左右，女性的脉压急剧上升，以至于在50多岁和50多岁时，女性的脉压高于男性。中心脉搏波速度也有快速增加的趋势。
[0015]经证明，在考虑经过动脉树的血流时间、不同容积
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压力和容积
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流量关系的情况下，可以根据动脉压力搏轮廓量化得出每搏输出量。这样计算的每搏输出量与通过染料注射方法测定的每搏输出量基本吻合，平均差异在
±
8％以内。这种方法可以跟踪脉搏与脉搏之间的每搏输出量变化，因此非常适合心血管动力学突然改变的追踪判断。
[0016]众多难题困扰着将这种方法应用于人体的尝试。就人类而言，由于存在老龄化和动脉粥样硬化等问题，动脉容积相差很大。人体的主动脉压力是无法直接记录的，而且也不清楚外周动脉搏动是否与主动脉脉搏完全一致，以至于它是否可以用于根据脉搏轮廓计算每搏输出量。
[0017]评估外周动脉收缩和舒张期的特性是提高对动脉循环系统病理生理学和治疗学，特别是对循环衰竭的理解基础。收缩期和舒张期压力相关参数分析源于对瞬时外周动脉压力的测量，在过去的几十年中，随着侵入性和非侵入性测量压力技术的进步，这些数据已经成为循环系统生理学基础研究、转化医学及临床研究者们普遍使用的方法。动脉压力脉冲波速度，是现代心血管研究的基础，一些早期关键研究，如otto frank在1896年建立的改进windkersell模型，就是最早建立的舒张压力与流量的关系曲线，以期描述循环系统的弹性特征，顺应性特征及综合阻抗是如何影响血流量及血流速度的。20世纪80年代和20世纪90年代早期的研究阐明了这些关系的一些特征。
[0018]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0019](1)临床上即时、准确的动脉压力与流量的关系曲线目前无法获得。
[0020](2)动脉压力包含血流信息，同时也包含血管壁及远端血管的综合阻抗特征，随着年龄、疾病、血流容量改变、药物等因素的影响，这些特征处于动态变化中，越是危重患者，其变化越明显，而随着上述特征变化所带来的血流及灌注特征的改变，直接影响到氧的输送及循环结局；
[0021]正是由于血流特征随着临床状态的巨大变化，传统上基于脉搏轮廓分析建立的血流动力学模型，往往无法真正反映血流及灌注数据信息的本质特征，从而误导诊断甚至延
误治疗。
[0022](3)外周动脉压力测量应用广泛，并已被证明是准确的。但是，压力与流量的耦合才是循环系统完成灌注目标的本质，基于临床矫正的血流数据，能够很好的匹配动脉压力信息，同时利用智能算法生成的动脉压力流量曲线，是图形化的循环状态及循环功能曲线，同时可以利用其预测血流灌注的结果。但现有技术获得的匹配数据准确率低下。

技术实现思路

[0023]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种动脉血流特征参数的PWV数据分析系统及方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，包括以下步骤：采集外周动脉压力波形并生成动脉压力时间函数，基于所述动脉压力时间函数标定压力脉波，以及识别特征点，利用所述特征点提取n个特征变量；对建立的动脉波形分析数学模型，利用逻辑数据流逆推调定谐波模型中的血管血流特征参数，进行计算并获得动脉流量时间函数、动脉血流速度时间函数；基于上述动脉压力时间函数、动脉流量时间函数、动脉血流速度时间函数分别建立动脉压力流量时间曲线、动脉压力流速时间曲线、动脉流量流速时间曲线；基于建立的动脉压力流量时间曲线、动脉压力流速时间曲线、动脉流量流速时间曲线，对动脉血流特征生理参数以及血流灌注功能特征参数进行计算；PWV＝L/PTT；其中L指心搏脉冲经过2个压力传感器的距离，PTT指心搏脉冲经过2个压力传感器的时间差。2.如权利要求1所述的动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，在采集外周动脉压力波形并生成动脉压力时间函数中，基于外周动脉压力脉冲波形的特定采集点，利用具有固定距离、固定连接导管阻抗的串联压力换能器，连接压力脉冲采集模块，获取每个心搏周期配对偶联的外周动脉压力脉冲，并转换为配对的压力时间函数；所述特定采集部位包括可采集外周动脉压力脉冲的四肢近端及远端动脉，以及通过直接压力脉冲传感器采集的主动脉、颈总动脉、椎动脉压力脉冲；采集外周动脉压力脉冲还包括利用阻抗技术获取的动脉压力脉冲，利用超声技术获取的动脉压力脉冲。3.如权利要求2所述的动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，在获取每个心搏周期配对偶联的外周动脉压力脉冲，转换为配对的压力时间函数中，计算每对偶联波形的时间差，作为波形传播时间，通过两个串联传感器间的距离，计算出波形传播的速度PWVmea；基于连接导管特征阻抗叠加的波形分析方法，利用连接串联传感器间连接导管的特征阻抗，修正并获取外周动脉局部波形传播的速度PWVmea，PWVmea＝PWV+PWV导管。4.如权利要求3所述的动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，基于计算的外周动脉PWVmea，利用血压对PWVmea进行基线修正，获取修正后的PWVmea；P＝αPWV2+β，α和β取决于动脉的材料特性和几何形状(C、A1、ρ、R0和H0)，并将通过实验确定。5.如权利要求1所述的动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，所述进行计算并获得动脉流量时间函数、动脉血流速度时间函数具体包括以下步骤：第一步，建立动脉波形分析数学模型，利用逻辑数据流逆推调定谐波模型中的关键特征计算PWV、血管阻抗Zc、血管顺应性C、血流阻力R血管/血流特征参数；由公式PWV＝L/PTT计算出PWV，并通过P
mea
和PWV计算Z
c
,R,C；改进三元Windkessel模型，将Windkessel模型与波传输模型连接，分析改良波形分解函数；第二步，调定反射波形态特征，建立改良谐波模型；第三步，将模型计算获得参数与Vigileo、TEE参数进行对比分析，并在偶联相关干预的同时，经TEE校正参数，确定谐波模型在临床实际运用中的有效性和真实性。6.如权利要求5所述的动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，所述第二步调定反射波形态特征，建立改良谐波模型包括以下步骤：建立反射波形态特征参数，包括反射波提前、反射波波幅增加、反射波形态特征变化；
对反射波提前、反射波波幅增加、反射波形态特征变化进行临床匹配，并对比麻醉、血管活性药物影响反射波Pb形态与位置变化，调定僵硬度与反射波位移关系K1值、僵硬度与反射波波幅关系K2值、僵硬度与反射波平均幅宽关系K3值等系列关联参数，确定特点血管僵硬度条件下的反射波的形态及位置数学模型；P
res(t)
＝K2
·
P
rest
(t+K1)；基于波分离的脉搏波形，使用僵硬度变化标签，逆推反射波波峰及位移、标定反射波幅宽形态特征，分离并定位确定综合反射波；所述第二步调定反射波形态特征，建立改良谐波模型还包括以下步骤：利用前向血流及反射血流分析方法，分析血流前向波、反射波、重搏波谐波特征，在修正反射波基础上，重新计算谐波函数中的前向血流波形，并形成预测因素、动脉压力波形谐波特征、结局因素偶联的具有临床逻辑特征的动脉压力谐波模型；在利用前向血流及反射血流分析方法，分析血流前向波、反射波、重搏波谐波特征中，需建立动脉前向血流与心脏每搏量的匹配函数关系；在第三步将模型计算获得参数与Vigileo、TEE参数进行对比分析包括：1)构建警告分数、视觉指标、智能识别不良事件软件，建立心血管疾病数据库；2)进行心功能特征参数与临床结局数据的相关性分析；3)构建警告分数、视觉指标、智能识别不良事件/并发症软件系统；4)建立心血管疾病发生发展机制决策支撑数据库。7.如权利要求1所述的动脉血流特征参数的PWV数据分析方法，其特征在于，所述血流灌注功能特征参数包括：动脉压力时间上升最小值切变率，单位为dP/dt
Min
；动脉压力时间上升最大值切变率，单位为dP/dt
Max
；动脉流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，梁冰，彭伟龙，曹悦，
申请(专利权)人：智谷医疗科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：