專利名稱：腦血管血液動力學(xué)檢測方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腦血管血液動力學(xué)檢測方法和儀器，尤其涉及多參數(shù)和更精確的方面對腦血管血液動力學(xué)進(jìn)行檢測的方法，用于判斷疾病，并涉及相關(guān)儀器。
背景技術(shù)：
腦動脈粥樣硬化、缺血性腦梗塞、腦溢血是老年人常見病和多發(fā)病，它已成為老年人第一殺手。隨著我國人民生活水平的提高，生活習(xí)慣的及飲食結(jié)構(gòu)的改變，致使心腦血管病發(fā)生率日趨嚴(yán)重?！坏┌l(fā)生腦中風(fēng)，重者死亡，輕者致殘。據(jù)我國流行病學(xué)調(diào)查研究，我國現(xiàn)有中風(fēng)人數(shù)達(dá)300萬之多，每年新發(fā)生小風(fēng)約100萬人。給家庭和社會帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和家庭的精神負(fù)擔(dān)，故而引起國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界普遍關(guān)注。
中風(fēng)具有高死亡率和高復(fù)發(fā)率，應(yīng)該早期預(yù)防，診斷和治療?，F(xiàn)在證實(shí)中風(fēng)是動脈粥樣硬化等血管損傷的直接結(jié)果，而血管物理性狀、血液動力學(xué)狀態(tài)和血液流變學(xué)特征是血管狀態(tài)的三大指標(biāo)。頸動脈是少數(shù)容易非侵入性檢測的血管，中國專利85103558是一種利用超聲多普勒效應(yīng)測量血流的方法及儀器，利用連續(xù)波超聲多普勒效應(yīng)測量血流的方法或儀器對兼有雙向、定量功能的一般均采用對兩束超聲束分別產(chǎn)生的正反向多普勒平均頻移進(jìn)行運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明雙向、定量功能的實(shí)現(xiàn)由新建立的“角度提取法”實(shí)現(xiàn)，其雙向、定量功能僅由流速測量聲束回波信號與流速測量聲束和輔助測量聲束與血管軸向流速的夾角比運(yùn)算得到，它實(shí)為“等效的單聲束”雙向、定量血流速度測量。
中國專利95114858.3是一種使用經(jīng)顱多普勒超聲技術(shù)檢測顱內(nèi)腦血流狀態(tài)分布的方法及儀器，它提供了一種沿聲束路徑自動搜尋顱內(nèi)血管位置，動態(tài)指示沿聲束路徑顱內(nèi)各空間點(diǎn)的血流狀態(tài)分布情況并定位血管位置的方法，其原理是用多普勒回波信號的能量指示空間點(diǎn)的血流狀態(tài)，它可幫助醫(yī)生迅速了解沿某一探頭指向的聲路徑內(nèi)的顱內(nèi)血管分布情況和血流狀態(tài)，使臨床醫(yī)生可以方便準(zhǔn)確地進(jìn)行血管定位和識別，大大降低了診斷難度和診斷時間。
中國專利99127206是一種雙超聲束多普勒測量血流速度的方法。該方法將多普勒探頭中的兩組換能器分別發(fā)射超聲波束，選擇合適的超聲束與血流速度的夾角，從而給出血流速度v和血管與皮膚的偏角θ的計(jì)算式。在脈沖多普勒情形，換能器采取分時工作方式，并給出相應(yīng)的關(guān)于v和θ的計(jì)算式。本發(fā)明可直接應(yīng)用于雙工超聲系統(tǒng)中。本發(fā)明不僅可以應(yīng)于連續(xù)波方式，也可以應(yīng)用于脈沖多普勒形式，而且操作簡便，精確度高，并可獲知實(shí)際血流速度。
如上所述，用于腦血管疾病的診斷儀器，基本有兩種類型一類能直接觀察顱腦內(nèi)結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)的改變，如MRT、CT等另一類就是檢測腦血管局部血流分布情況，如顱內(nèi)腦血流狀態(tài)分布的方法及儀器、同位素腦血流測定，TCD等。至今尚沒有能直接檢測腦血管循環(huán)動力學(xué)特征、血管阻力大小、硬比程度、可靠的局部血流變化等臨床有用指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)和方法未能在血管物理性狀、血液動力學(xué)狀態(tài)和血液流變學(xué)特征上有所反應(yīng)，從而難以對動脈粥樣硬化等血管損傷的直接結(jié)果進(jìn)行測量和對中風(fēng)等疾病進(jìn)行診斷或預(yù)先診斷。
為此，篩查中風(fēng)高危人群時，除檢測血液動力學(xué)狀態(tài)，還應(yīng)測量物理狀態(tài)，現(xiàn)有腦血管血液動力學(xué)分析儀不是特別適用。另外它們還存在一些的缺陷，如模型過于簡單、測量精度與探頭角度有關(guān)、無法精密測量血管徑、動態(tài)阻抗概念模糊、不能直接評估中風(fēng)危險(xiǎn)度等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多參數(shù)的和更精確的方面對頸動脈血液動力學(xué)檢測的方法，從而對腦血管血液動力學(xué)進(jìn)行檢測，用于判斷疾病，并提供一種相關(guān)的儀器即新型腦血管超聲診斷儀(CVUS)。
頸動脈血液動力學(xué)指標(biāo)用于社區(qū)中風(fēng)高危人群篩查和防治使其中風(fēng)發(fā)病和死亡下降。血管為適應(yīng)血流和血壓長期和短期變化有重塑功能，而血管重塑后的物理性狀指標(biāo)，要比其血流動力學(xué)指標(biāo)穩(wěn)定。研究已證實(shí)頸動脈的內(nèi)中膜厚度(IMT)和斑塊與心腦血管疾病緊密關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的B型超聲高頻探頭檢測血管物理性狀，多普勒探頭檢測血管血流速度及時頻特性。
管徑及血管壁的測量，我們知道，流經(jīng)被檢處血管的流量為QQ＝V(cm/S)*A(cm2)即流量(Q)＝平均血流速度(V)*血管截面積(A)的乘積。
本發(fā)明的改進(jìn)還包括壓力探頭進(jìn)行血管的壓力檢測。
B超聲檢查頸動脈的內(nèi)中膜厚度(IMT)和斑塊是檢測早期動脈硬化。用超聲檢測頸總動脈取長軸切面，于舒張期末凍結(jié)圖象，在頸總動脈膨大處遠(yuǎn)端1cm處測量頸總動脈遠(yuǎn)壁內(nèi)中膜厚度。
在頸內(nèi)動脈入口處能見到斑塊，則要觀察斑塊的形狀和大小，表明是否光滑。
檢測腦血管血液動力學(xué)指標(biāo)(CVDI)，本發(fā)明采用彈性腔模型及脈搏波規(guī)律分析計(jì)算CVDI的方法檢測腦血流的指標(biāo)最大流速(Vmax)、最小流速(Vmin)、平均流速(Vmean)檢測平均血流量(Qmean)；檢測腦血管床外圍阻力(R)，外圍阻力(R)用壓力降和血流量的比計(jì)算；檢測血管特性阻抗(Zc)、脈搏波波速(WV)；
檢測動態(tài)阻力(DR)、臨界閉鎖壓力(CP)；腦血管動態(tài)阻力的計(jì)算方法DR描述血流速度隨血壓變化的難易程度的指標(biāo)，DR應(yīng)是時間函數(shù)。將DR時間無關(guān)的估算公式改為微分計(jì)算方法，兩公式分別為DR=Pmean-PminVmean-Vmin;]]>DR(t)=dp(t)dv(t)]]>獲得用DR(t)心動周期的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差；動脈脈波(P)用壓力探頭檢取P，并用肱動脈袖套血壓標(biāo)定之頸動脈血流速度是直接測量的指標(biāo)上述其他指標(biāo)大多是它們與測量的壓力計(jì)算出來的。
進(jìn)一步改進(jìn)還包括進(jìn)行時頻分析血流多普勒頻移信號，通過聲卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)，選取一典型周期進(jìn)行短時傅立葉變換(STFT)，得到時頻分布，即某一時刻某一頻率的幅度，分析由頸動脈硬化等引起的血流微小擾動，以期更敏感地區(qū)分正常和異常的差別。用Matlab編程，取出其峰值頻率(fmax)、模頻(fmode)、平均頻率(fmean)、最低頻率(fmin)、重脈波頻率(fp)、頻率彌散寬度(fw)本發(fā)明的儀器構(gòu)成是多普勒探頭、B型超聲高頻線陣探頭、壓力探頭，并經(jīng)過信號變換、AD轉(zhuǎn)換連接至計(jì)算機(jī)，同時設(shè)有血管物理性狀和B超檢測方法同時檢測超聲多普勒血流速度、B型超聲檢測血管物理性狀。頻率電壓腦血管狀態(tài)分析軟件B型超聲檢測血管物理性狀B-型超聲探頭改進(jìn)為小型高精度的頸動脈管徑測量裝置，不僅能測量管徑，還能直接觀察到血管的內(nèi)中膜厚度和斑塊情況。超聲探頭改進(jìn)為小型高精度的頸動脈管徑測量裝置具體結(jié)構(gòu)。
壓力探頭采用根據(jù)壓阻效應(yīng)制作的擴(kuò)散硅力敏電阻全橋型壓力傳感器和內(nèi)置的運(yùn)放電路，因而抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可靠性好，適用于無損傷檢測人體各部脈圖，包括頸動脈、橈動脈、股動脈等各部位脈搏波和心尖搏動、胎兒心動等等的測量。
本發(fā)明的特點(diǎn)是血管血液動力學(xué)指標(biāo)，無論對腦血管病的早期診斷，腦血管疾病治療和藥物治療效用的評估，藥物篩選以及對循環(huán)生理、病理的研究，特別是對腦血管的預(yù)肪研究，都有著重要的意義。儀器配合了上述方法的實(shí)現(xiàn)。超聲多普勒是非創(chuàng)傷性檢查方法，深受醫(yī)務(wù)人員及病人的歡迎，從目前國內(nèi)儀器研究來看，都存在著難以克服的不足之處。本儀針對這些存在問題，作了重點(diǎn)改進(jìn)和突破。本儀采用T2雙聲束超聲DoppIer儀器，它能直接消去θ角的影響。現(xiàn)有的超聲多普勒儀器，血管徑都是按公式估計(jì)數(shù)，就是以身長體重乘上系數(shù)而得到的。根據(jù)我們多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這是不準(zhǔn)確的，人體動脈血管徑與年齡、動脈血管彈性直接相關(guān)，即年齡越大，血管徑逐漸增大彈性越差，血管徑越大。而這些都與身長體重?zé)o關(guān)，我們現(xiàn)在所發(fā)展的儀器，克服了這個問題，可直接測量血管徑，并且可以測量血管壁厚度。目前，根據(jù)最近新英格蘭雜志報(bào)導(dǎo)，血管內(nèi)膜厚度直接與動脈粥樣硬化、中風(fēng)有關(guān)。
本發(fā)明的檢測指標(biāo)包括(1)、血流速度最大值 Vmax<2)、血流速度最小值 Vmin(3)、血流速度平均值 Vmean(4)、平均血流量 Qmean(5)、兩側(cè)血流量比值 QH/QL<6)、腦血管外周阻力 RV(7)、腦血管特性阻抗 ZCV(8)、腦血管脈搏波波速 WV(9)、臨界壓力 CP(10)、臨界壓與舒張壓差DP(11)、動態(tài)阻抗DR(12)、最大尖峰頻率Fmax(13)、平均頻率Fmean(14)、模頻Fmode(15)、功率譜 Pr本發(fā)明的主要用途1、腦血管的功能檢測分析(1)、腦動脈硬化程度的檢測、(2)頸動脈狹窄程度的估價(3)腦血管阻力的檢查(4)腦血管自身調(diào)節(jié)功能的評估2、腦血管疾病的診斷和藥物療效的觀察(1)腦血管疾病早期診斷、(2)腦血管疾病治療措施的評價\(3)腦血管藥物疾的篩選3、腦血管疾病的預(yù)防(1)腦血管疾病的預(yù)防，高危人群普查；(2)腦血管疾病，高危人群監(jiān)控腦血管病患者治療與康復(fù)過程密切觀察代償機(jī)能的建立。
四

圖1為本發(fā)明硬件框2為本發(fā)明軟件框3為本發(fā)明腦血管超聲診斷儀(CVUS)整體結(jié)構(gòu)框4、5為本發(fā)明所示頸內(nèi)動脈中心血流檢測的DoppIer聲頻，經(jīng)聲卡錄制送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行FFT轉(zhuǎn)換分析，作頻譜、功率譜、最大尖峰頻率、平均頻率、模頻顯示。
圖6、7為本發(fā)明若頸內(nèi)動脈出現(xiàn)狹窄，則高速血流通過狹窄口，下游出現(xiàn)血流紊亂。這樣尖峰頻率升高和平均頻率、模頻三者方向相反，即尖峰頻率升高，而平均頻率、模頻減低的圖譜。
圖8、9為本發(fā)明所示當(dāng)腦動脈出現(xiàn)硬化時，由于顱內(nèi)腦血管阻抗升高，致使血流量灌注減少，這樣的結(jié)果使尖峰頻率減低，但尖峰頻率、平均頻率、模頻三者與尖峰頻率波形方向一致，仍然相互重疊的圖。
圖10為正常人的功率譜圖形，圖11為頸動脈狹窄病人的功率譜圖形。
五具體實(shí)施例方式
整個系統(tǒng)裝置包括B型超聲，用于測量血管直徑及血營壁厚度；DOPPLER測速部件；壓力傳感器部件；計(jì)算機(jī)接口計(jì)算機(jī)主機(jī)；打印機(jī)等，如圖1-3所示低通濾波-壁濾波及PRF濾波-采樣保持-譜分析，利用本發(fā)明方法確定頸動脈物理性狀1.1 IMT和斑塊 超聲檢查血管IMT是檢測早期動脈硬化的最佳手段。用超聲檢測頸總動脈取長軸切面，于舒張期末凍結(jié)圖象，在頸總動脈膨大處遠(yuǎn)端1cm處測量頸總動脈遠(yuǎn)壁內(nèi)中膜厚度。如在頸內(nèi)動脈入口處能見到斑塊，則要觀察斑塊的形狀和大小，表明是否光滑。
1.2 IMT和斑塊對腦血管病的鑒別價值 我們采用其左右側(cè)平均值(IMTa)或左右側(cè)最大值(IMTm)作鑒別指標(biāo)。其中對IMTm，鑒別闕值為0.80mm，對IMTa，鑒別闕值為0.75mm，而對斑塊(PLA)，只取1和0，鑒別闕值為1。單指標(biāo)鑒別以IMTm最佳，如輔以PLA，則以IMTm/PLA最佳。IMTm和IMTm/PLA的靈敏度、特異度和正確度均超過80％。
2、腦血管血液動力學(xué)2.1腦血管血液動力學(xué)指標(biāo)(CVDI) 我們采用彈性腔模型及脈搏波規(guī)律分析計(jì)算CVDI的方法。
1、反映腦血流的指標(biāo)最大流速(Vmax)、最小流速(Vmin)、平均流速(Vmean)2、反映腦供血的指標(biāo)平均血流量(Qmean)3、反映腦循環(huán)通暢狀態(tài)的指標(biāo)腦血管床外圍阻力(R)4、反映動脈彈性的指標(biāo)血管特性阻抗(Zc)、脈搏波波速(WV)5、反映腦血流自身調(diào)節(jié)功能的指標(biāo)動態(tài)阻力(DR)、臨界閉鎖壓力(CP)6、動脈脈波(P)用壓力探頭檢取P，并用肱動脈袖套血壓標(biāo)定之2.2改進(jìn)措施
2.2.1血流速度的準(zhǔn)確測量 頸動脈血流速度是直接測量的指標(biāo)而上述其他指標(biāo)大多是它們與測量的壓力計(jì)算出來的。如外圍阻力(R)用壓力降和血流量的比計(jì)算等?，F(xiàn)有分析儀的流速測量均與探頭的放置角度(θ)有關(guān)，這由多普勒效應(yīng)決定的。θ為45～60°時，能取得滿意的信號。但臨床使用中，很難確保這個角度，本身又有10％以上誤差(cos60°＝0.5；cos45°＝0.707)，我們改制探頭設(shè)計(jì)，使換能器與探頭表明成固定的45°。這樣的探頭就消去θ的影響，可探頭垂直于血流方向獲取可靠信號。定位準(zhǔn)確且占空間小，使檢測頸內(nèi)動脈的血流速度成為可能。
2.2.2血流量的準(zhǔn)確測量 血流量為血流速度和血管截面積的乘積，但現(xiàn)有分析儀無法測量管徑而依經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，血流量毫無準(zhǔn)確性可言。血流量不但反映腦血管床供血狀態(tài)，又是計(jì)算其他CVDI的參數(shù)，另外，血管管徑直接與病變有關(guān)。為此，我們將成熟的B-型超聲探頭改進(jìn)為小型高精度的頸動脈管徑測量裝置，不僅能測量管徑，還能直接觀察到血管的內(nèi)中膜厚度和斑塊情況。
2.2.3腦血管動態(tài)阻力的計(jì)算方法 如上所述，DR描述血流速度隨血壓變化的難易程度的指標(biāo)，DR應(yīng)是時間函數(shù)。將DR時間無關(guān)的估算公式改為微分計(jì)算方法，兩公式分別為上式。
用DR(t)心動周期的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差作為臨床指標(biāo)，臨床證實(shí)兩指標(biāo)均有很高的鑒別能力。
2.3CVDI的正常參考值和積分值 國內(nèi)現(xiàn)有的分析儀，或不設(shè)CVDI正常參考值，或仍采用早期的378例樣本，顯然不能用于臨床評估。我們則采用最新的14480例樣本，同時集成了用CVDI判斷中風(fēng)危險(xiǎn)度的積分值評分方法。軟件包中還可設(shè)計(jì)一套自學(xué)習(xí)程序，能通過臨床病例不斷修正各項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)值和回歸及累積標(biāo)準(zhǔn)，直接給出臨床診斷定量結(jié)果，臨床判別能力強(qiáng)。
2.4時頻分析 血流多普勒頻移信號，通過聲卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)，選取一典型周期進(jìn)行短時傅立葉變換(STFT)，得到時頻分布，即某一時刻某一頻率的幅度，分析由頸動脈硬化等引起的血流微小擾動，以期更敏感地區(qū)分正常和異常的差別。用Matlab編程，取出其峰值頻率(fmax)、模頻(fmode)、平均頻率(fmean)、最低頻率(fmin)、重脈波頻率(fp)、頻率彌散寬度(fw)。正常人頸動脈(頸總和頸內(nèi))血流時頻分布有規(guī)律，其fmax、fmode、fmean曲線在一個心動周期中具有總體相似的形狀，嵌套在一起。其中fmax最高，平均約為4～5KHz，年輕人有時可超過7KHz，最低應(yīng)大于3KHz，fmin在1.4KHz左右，最低應(yīng)不低于1KHz。對缺鐵性腦梗塞病人，其時頻分布的形式明顯不同于正常人，頸內(nèi)動脈則更有其獨(dú)特的特性，即波形彌散，fmax比正常人明顯減低，而fmax與fmin明顯分開，中間出現(xiàn)空白區(qū)。fw比正常人稍增加，fp消失，fmin減低，小于0.5KHz。
3、動力學(xué)參數(shù)與腦血管功能大量的臨床和動物實(shí)驗(yàn)研究都表明腦血管動力學(xué)參數(shù)的異常變化與腦血管疾病的發(fā)生與發(fā)展有著密切的聯(lián)系。對許多腦血管病來說，胞血管動力學(xué)參數(shù)的異常變化，早于影象學(xué)的改變。早期腦血管動力學(xué)參數(shù)異常，經(jīng)過有效的早期治療，可使動力學(xué)參數(shù)恢復(fù)正常?？赡軙p少其發(fā)生中風(fēng)的機(jī)會。然而，由于腦血管大部位于腦深部，而且被些硬的顱骨所包埋。因此，腦血液循環(huán)動力學(xué)參數(shù)的檢測比其他循環(huán)系統(tǒng)的檢測更加復(fù)雜和困難。就是岡為這些原因，現(xiàn)在所采用的動力學(xué)參數(shù)，都是從某個局部，如頸內(nèi)動脈的血液動力學(xué)參數(shù)推算出來的。所以臨床醫(yī)生在應(yīng)用血液動力學(xué)各個參數(shù)分析腦血管功能時，一定要搞清楚這些參數(shù)對臨床和生理含義及其理論基礎(chǔ)與應(yīng)用范圍。
各參數(shù)的臨床意義；(1)、Vmax、Vmin、Vmean反映腦血管床最大血流速度(Vmax)、最小血流速度(Vmin)、平均血流速度(Vmean)，它與腦阻抗和心臟功能密切相關(guān)。若腦血管阻抗低，而心臟功能強(qiáng)，則流向腦組織的血流速度增加，反之就會減低。所以不僅腦血管病變會導(dǎo)致血流速度的異常改變，而且心血管的一些疾病也會對血流速度產(chǎn)生影響。一般地說，平均血流速度(Vmean)偏低，往往提示被檢測腦血管床供血不足，如果病人左右兩側(cè)血流速度同時減低，而腦血管床的其他動力學(xué)指標(biāo)正常，那么影響血流速度減低因素有可能主要來自心臟，就必須進(jìn)一步檢查確診。
如果血流速度的改變是左、右兩側(cè)頸動脈嚴(yán)重不對稱，一般的Vmean、Vmin、Qmean明顯升高，往往表示高的一側(cè)椎一一基底動脈供血不足而由頸動脈代償?shù)慕Y(jié)果。
血流速度最大值Vmax與年齡關(guān)系非常大。即使是正常人隨年齡增加，Vmax將逐漸降低。這一生理改變，反映了人體循環(huán)系統(tǒng)隨年齡增加逐漸衰老。因此，它可作為判斷人體心灌注；而且在心臟舒張時，主動脈內(nèi)的舒張壓仍然高于腦血管舒張壓，所以仍有血液向腦組織灌注，這就是舒張期血流速度，也稱最小血流速度(Vmin)，以保證大腦有足夠的血液儀應(yīng)。若是Vmin顯著減小，往往提示該側(cè)腦血管床有痙攣或梗阻等微循環(huán)障礙。尤其是對于Vmin小于4cm/s的病人，需要特別注意，對于這樣的病人即使是cT檢查結(jié)果為陰性，有條件時仍應(yīng)進(jìn)行MRI檢查，進(jìn)一步查明原因。若Vmin小于3cm/s，則表示有缺血性腦梗塞的可能性，或是血管痙攣。必須及時地給予預(yù)防治療，在治療中再進(jìn)行隨訪觀察。追蹤血液動力學(xué)變化情況，不斷調(diào)整治療方案，直到血液動力學(xué)參數(shù)基本恢復(fù)正常。
(2)、Qmean反映供給腦血管床的血流量，它是單位時間內(nèi)流過檢測點(diǎn)的血管截面積的血液體積，主要反映該側(cè)動脈系統(tǒng)血管床的供血情況。如果檢出血流量偏低，表示該側(cè)血管供血不足；如果檢出血流量偏高。則表示該側(cè)腦血管供血過度?；蛘呤怯捎谄渌艽?如椎動脈)供血不足，由同側(cè)頸動脈代償?shù)慕Y(jié)果。
影響腦血流量的因素較多，不僅腦血管疾病對它有直接影響，而且全身系統(tǒng)的其它一些疾病如心臟病、高血壓等都會有一定的影響。具體情況，必須結(jié)合臨床病史，才能得出確切的結(jié)論。
(3)、WV、ZCV腦動脈脈搏波速度(WV)和血管特性阻抗(ZCV)與動脈硬化程度有關(guān)。WV是壓力脈搏波沿血管壁傳播的平均速度；ZCV是脈搏波在血管床中沿一個方向傳播所遇到的阻抗。這兩者都和動脈壁的整體彈性狀態(tài)有關(guān)，而和血流速度幾乎無關(guān)。動脈血管總體彈性越好，脈搏波波速越低，特性阻抗也越?。幌喾吹?，脈搏波波速越高?；蛱匦宰杩乖酱?，則說明檢測的動脈管壁的整彈性越差，血管也就越硬化。因此，WV和ZCV可作為反映被檢測血管硬化程度的定量指標(biāo)。
(4)、RV血管外周阻力(RV)是反映腦血管微循環(huán)狀態(tài)的指標(biāo)，即小血管和毛細(xì)血管的通暢程度的參數(shù)。小血管梗塞，管腔變窄或血管痙攣都可導(dǎo)致血管阻力Rv增加。
對于大多數(shù)腦血管疾病來說，在發(fā)病前期和發(fā)病的急性期，血液動力學(xué)可能都有明顯的變化，這時病人的代償機(jī)制尚未建立，因此這時血液動力學(xué)參數(shù)的變化。對腦血管疾病的早期診斷非常有用。對腦梗塞病人，由于小血管管腔變窄、阻塞，外周阻力明顯升高；對腦出血病人，特別是蛛網(wǎng)膜下腔出血病人，由于小血管痙攣，外周阻力往往去異常升高，但是值得注意的是單側(cè)腦溢血病人。病側(cè)外周阻力住往會顯著升高。
(5)、DR動態(tài)阻抗(DR)反映腦血流自身調(diào)節(jié)功能。在正常情況廠，盡管腦血管床的血流灌注有一定的波動，但由于腦血管自身調(diào)節(jié)功能將使腦血流量相對保持在一個較恒定的范圍內(nèi)。腦血管動態(tài)阻抗DR可能怍為反映這一調(diào)節(jié)功能的定量指標(biāo)。腦血管自身調(diào)節(jié)功能越差，動態(tài)阻抗DR值越高。
引起動態(tài)阻抗DR升高的原因?yàn)?1)、生理性腦血管調(diào)節(jié)功能衰退，這種調(diào)節(jié)功能隨年齡增加而逐漸減退。
(2)、血壓波動超過腦血管自身調(diào)節(jié)范圍的上、下限。
(3)、微循環(huán)障礙，特別是管徑在200--400u的小血管硬化，阻塞、痙攣等病理性變化，都有可能導(dǎo)致血管調(diào)節(jié)功能衰退。
(4)、功能性腦血管調(diào)節(jié)功能衰退。臨床實(shí)踐表明，對高血壓病人，特別是晚期動脈硬化患者，在采取降壓措施時，極可能產(chǎn)生腦供血不足。為了防止這種情況的發(fā)生，可應(yīng)用動態(tài)阻力DR作為降壓過程的監(jiān)視指標(biāo)。如果降壓過程中DR顯著升高，或DR顯著下降時，應(yīng)停止降壓，或者采取其他措施以保證腦血管有足夠的血量供應(yīng)。
(6)、DP、CP臨界壓力(CP)及舒張壓與臨界壓之差(DP)是反映顱內(nèi)血管閉鎖狀態(tài)的參數(shù)。臨界壓力CP是維持血液在血管中運(yùn)動所需最小壓力，DP是舒張壓與臨界壓之差。
導(dǎo)致臨界壓CP升高的原因很多，如動脈血流過度、靜脈回流受阻、顱內(nèi)壓升高，腦血管異常閉鎖或血液粘度異常等。
綜上所述，腦血管床具有極為重要的生理功能，下表給出了腦血管功能與動力學(xué)參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。不難看出不同的動力學(xué)參數(shù)反映了不同的血管功能；血液動力學(xué)參數(shù)與腦血管功能

(7)、頻譜分析頸內(nèi)動脈中心血流檢測的DoppIer聲頻，經(jīng)聲卡錄制送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行FFT轉(zhuǎn)換分析，作頻譜、功率譜、最大尖峰頻率、平均頻率、模頻顯示。正常情況下，血液在血管內(nèi)流動為蹭流形式，所以尖峰頻率、平均頻率、模頻三者方向一致，且相互重疊，如圖4、5所示。
若頸內(nèi)動脈出現(xiàn)狹窄，則高速血流通過狹窄口，下游出現(xiàn)血流紊亂。這樣尖峰頻率升高和平均頻率、模頻三者方向相反，即尖峰頻率升高，而平均頻率、模頻減低如圖6、7所示。若狹窄越嚴(yán)重，則這種變化越明顯。詳細(xì)請參閱參考文獻(xiàn)。
當(dāng)腦動脈出現(xiàn)硬化時，由于顱內(nèi)腦血管阻抗升高，致使血流量灌注減少，這樣的結(jié)果使尖峰頻率減低，但尖峰頻率、平均頻率、模頻三者與尖峰頻率波形方向一致，仍然相互重疊，如圖8、9所示。
正常人的功率譜與動脈狹窄病人的功率譜也是截然不同的。圖10為正常人的功率譜圖形，而圖11為頸動脈狹窄病人的功率譜圖形。
4、測量指標(biāo)的精度、效度和靈敏度CVUS直接測量的指標(biāo)有血流速度、血管管徑和IMT。7.5MHz B超探頭的精度達(dá)0.1mm。通過CVUS和B超的對照試驗(yàn)，確定CVUS測量誤差在10％以內(nèi)。又通過體外流速校測系統(tǒng)確定CVUS測量流速的誤差在5％以內(nèi)。CVUS的指標(biāo)都是經(jīng)臨床實(shí)踐證實(shí)為有效和靈敏的。我們又將測量誤差控制在很小范圍，所以它在實(shí)際應(yīng)用時的效度和靈敏度是不用置疑的。
5、討論5.1多功能腦血管狀態(tài)分析儀的特點(diǎn) CVUS優(yōu)于一般分析儀之處是功能齊全、測量精度高且性能穩(wěn)定、指標(biāo)的生理和病理學(xué)含義更明確及對腦血管病反應(yīng)敏感且特異性強(qiáng)。這均是CVUS采用了下列先進(jìn)技術(shù)的結(jié)果；增加7.5MHzB超探頭觀察頸動脈內(nèi)斑塊及測量血管徑、壁厚和IMT；采用雙聲束血流檢測消去θ角的影響而大大提高測量的精度和穩(wěn)定性；增加時頻分析敏感地檢測血管稍有狹窄引起的輕微擾動血流。一種儀器的規(guī)模和功能總是互相矛盾的，我們有些成熟的研究成果還是沒有用到CVUS中，現(xiàn)提出討論，也供以后改進(jìn)之用。
5.2頸動脈物理性狀及其血液動力學(xué)環(huán)境結(jié)合的參數(shù) 我們在經(jīng)典腦血管血液動力學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其物理性狀研究并定義了若干有臨床價值又可計(jì)算的參數(shù)，如動脈硬化指數(shù)(β)、動脈可擴(kuò)張度(DI)、動脈順應(yīng)性(C)、血管壁切變率(Ss，Sm)、血管壁切應(yīng)力(SS)、血管壁周向張力(Ts，Tm)和血管壁周向擴(kuò)張率(ST)。
5.3脈沖式超聲多普勒 CVUS仍用連續(xù)多普勒的方法，不能知道所測得的是血管截面何處的血流速度(血管內(nèi)流速在其截面上呈拋物面分布，中心處最高)。脈沖多普勒方法可克服這缺陷，因它除具有脈沖發(fā)射系統(tǒng)外，還有可調(diào)距離的時限系統(tǒng)，可沿聲束線定點(diǎn)采樣。能檢測到不同血管和血管內(nèi)不同部位的血流速度，可測量目前分析儀不能測得的頸內(nèi)動脈和椎動脈血流速度。
5.4腦血液循環(huán)模型 如測出椎動脈的血流速度，就可分析腦血液的完整循環(huán)。大腦的血液由頸內(nèi)動脈系統(tǒng)和椎-基底動脈系統(tǒng)供應(yīng)。頸內(nèi)動脈系統(tǒng)主要供應(yīng)大腦前動脈和大腦中動脈，也稱為前循環(huán)。椎-基底動脈系統(tǒng)主要通過椎動脈、基底動脈和大腦后動脈供應(yīng)大腦半球后部及小腦、腦干的血液，也稱為后循環(huán)。兩側(cè)大腦前動脈由短的前交通支動脈互相溝通；大腦中動脈和大腦后動脈由后交通支動脈互相溝通，由這些腦底部動脈形成Willis環(huán)。腦血管血液循環(huán)可簡化為有四個輸入端、18根動脈和6個終末端阻力組成的一個網(wǎng)絡(luò)，可分析腦各處的血液動力學(xué)狀態(tài)。
6、腦血管超聲診斷儀(CVUS)6.1軟硬件和配置 CVUS由檢測、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算分析三部分組成，其軟硬件被整合在一臺類似小型超聲儀器中，CVUS的整體結(jié)構(gòu)和原理如下圖所示。
壓力探頭及壓力檢測電路在本發(fā)明的應(yīng)用可以采用半導(dǎo)體壓力傳感器并經(jīng)放大電路輸出，典型的醫(yī)用探頭為NPC-100系列醫(yī)用傳感器，分辨的精度可以達(dá)到1mmHg，壓力探頭采用根據(jù)壓阻效應(yīng)制作的擴(kuò)散硅力敏電阻全橋型壓力傳感器和內(nèi)置的運(yùn)放電路，因而抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可靠性好，適用于無損傷檢測人體各部脈圖，包括頸動脈、橈動脈、股動脈等各部位脈搏波和心尖搏動、胎兒心動等等的測量。也可以采用如南大應(yīng)用物理所生產(chǎn)的精密數(shù)字壓力計(jì)，分辨的精度可以達(dá)到0.01KPa。
本發(fā)明的儀器設(shè)置中將A型超聲探頭改進(jìn)為小型高精度B型超聲探頭，此探頭為體積小巧的7.5MHz高頻線陣探頭，克服了以前A型探頭測量不精確的弊端，使其不僅能準(zhǔn)確得測量管徑，還使醫(yī)生能方便的在患者頸部的任何位置都能進(jìn)行二維圖像的觀察，對頸部血管的內(nèi)中膜厚度和斑塊情況進(jìn)行測量及診斷。
7、臨床應(yīng)用7.1正常人腦血流頻譜分析從47例正常人頸動脈血流信號的頻譜分析，其結(jié)果顯示正常人有其獨(dú)特的頻譜波形和一定的正常數(shù)值，即收縮期峰值頻率(fmax)最高，一般在4-5KHz之間，個別年輕人有時甚至超過7KHz。這個峰值頻率隨年齡增加而有逐漸降低的趨勢，但fmax最低也應(yīng)大于3kHz。收縮期頻率波形光滑，一般不出現(xiàn)挫頓或切跡，波形亦不彌散且平均頻率(fmean)和模頻(fmode)三者方向一致，基本相重疊。最有特征意義的就是舒張期頻率，它直接反映腦血管硬化程度、腦阻抗變化、腦微循環(huán)開放狀態(tài)、腦供血情況的指標(biāo)。正常人的腦血管是低阻抗血管床，所以無論在心臟收縮期還是舒張期，高于顱內(nèi)壓力，因而在心臟舒張期時，也有明顯的血流向大腦灌注，這就是舒張期血流或稱之為最小血流。正常人最小血流速度頻率(fmin)平均值在1.2KHz左右，其最低值不應(yīng)低于1KHz。若f1min＜1KHz，即表示有腦動脈硬化，血管順應(yīng)性差，阻抗升高，以及會出現(xiàn)腦供血不全癥狀。正常人頸動脈血流信號頻譜分析圖如圖1.2所示。各種參數(shù)統(tǒng)計(jì)值如表1所示。
附表157例正常人頸動脈血流信號頻譜分析結(jié)果


7.2腦梗塞病人腦血流頻譜分析頸總動脈分為頸內(nèi)和頸外動脈，再分叉處血管管徑膨大，曲力增加，此處血流形式呈螺旋狀。動脈硬化時，這種血流變化更趨明顯，所以在頸內(nèi)動脈入口處，血流出現(xiàn)加速和再循環(huán)亦相應(yīng)的明顯。頸內(nèi)動脈的內(nèi)側(cè)受到血流的剪切應(yīng)力增大，而外側(cè)血流速度減慢，甚至出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，血流的邊界層分開。在血流減慢處，血液中的微粒成分與管壁的接觸時間長于血管壁的內(nèi)側(cè)，更長于正常情況。這樣的結(jié)果，在血管的外側(cè)面有利于脂質(zhì)乳糜微粒特別是低密度脂蛋白(LDL)和極低密度脂蛋白(VLDL)容易侵入與沉積與血管內(nèi)脈下。再由血液中單核白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的吞噬脂質(zhì)，而形成泡沫細(xì)胞，堆積在血管內(nèi)膜內(nèi)，使內(nèi)膜出現(xiàn)脂肪條紋。隨著病變的發(fā)展，脂肪條紋增厚突出內(nèi)膜表面而形成粥樣斑塊。粥樣斑塊逐漸增大，堵塞了血管，限制了腦部的血流供給；再加上腦動脈硬化，阻抗升高，更加造成腦供血不足，從而出現(xiàn)腦部神經(jīng)癥狀。
按照Bermoullis原理，當(dāng)血管狹窄到一定程度時，就會引起血流明顯變化，即出現(xiàn)明顯的湍流，狹窄遠(yuǎn)端壓力減低，血流減少；而狹窄近端壓力升高，這種壓差非但使血流通過狹窄口速度增加，而且通過狹窄口的壓差，引起對斑塊表面一個掀蓋力(unroofing force)，可使斑塊表面急性撕傷破裂，造成斑塊內(nèi)出血，致使斑塊內(nèi)物脫落，隨血流流向遠(yuǎn)端，而引起腦栓塞。尤其是動脈硬化病人，往往都伴有高血壓和心律不齊，這就加重了上述的掀蓋力量的增大。正常人腦血管原本是個低阻抗血管床，所以不管心臟在收縮和舒張期都有血流向腦組織灌注，但是當(dāng)出現(xiàn)腦冬眠硬化時，腦血管順應(yīng)性差，阻抗增大則fmin減小，這將導(dǎo)致腦供血不全更加明顯。
頸動脈出現(xiàn)狹窄，在狹窄下游出現(xiàn)紊亂血流，狹窄越嚴(yán)重，則血流紊亂明顯和狹窄下游紊亂的血流持續(xù)的距離越長。因此，在狹窄下游血流頻譜波形出現(xiàn)彌散，頻譜增寬；尖峰頻率降低，同時fmax與fmean及fmode出現(xiàn)分離，失去正常時相互重疊的特征，見圖9-10。根據(jù)我們的臨床應(yīng)用，fmax正常值總是在3KHz以上，而嚴(yán)重頸動脈狹窄病的fmax可降低至0.7KHz左右。最有特征的改變就是fmin減小，一般在0.5KHz左右，正常值在1KHz以上。Fmin減小說明腦動脈硬化，腦阻抗升高，頸內(nèi)動脈粥樣斑塊阻礙舒張期血流向腦部灌注。這樣就難免出現(xiàn)腦供血不全、缺血性腦梗等神經(jīng)癥狀。
我們研究20例經(jīng)CT證實(shí)為腦梗病人，這些病人都出現(xiàn)不同的神經(jīng)癥狀如——側(cè)偏癱、語言不清、反應(yīng)癡呆等臨床癥狀。經(jīng)腦血管流體動學(xué)檢測儀檢查頸內(nèi)動脈血流，頻譜波形顯著地不同于正常人，fmax明顯降低，fmin均小于0.5KHz。各參數(shù)結(jié)果見附表2。
20例缺血性腦梗塞病人頸動脈血流信號頻譜分析，

權(quán)利要求
1.腦血管血液動力學(xué)檢測方法，其特征是以多普勒探頭、和B超檢測方法同時檢測超聲多普勒血流速度、B型超聲檢測血管物理性狀，通過管徑及血管壁的測量，得流經(jīng)被檢處血管的流量為Q。
2.由權(quán)利要求1所述的腦血管血液動力學(xué)檢測方法，其特征是同時采用壓力探頭進(jìn)行血管的壓力檢測。
3.由權(quán)利要求1所述的腦血管血液動力學(xué)檢測方法，其特征是B超檢查頸動脈的內(nèi)中膜厚度(IMT)和斑塊，用超聲檢測頸總動脈取長軸切面，于舒張期末凍結(jié)圖象，在頸總動脈膨大處遠(yuǎn)端1cm處測量頸總動脈遠(yuǎn)壁內(nèi)中膜厚度。在頸內(nèi)動脈入口處能見到斑塊，則要觀察斑塊的形狀和大小，表明是否光滑。
4.由權(quán)利要求1所述的腦血管血液動力學(xué)檢測方法，其特征是采用彈性腔模型及脈搏波規(guī)律分析計(jì)算CVDI的方法檢測腦血管血液動力學(xué)指標(biāo)(CVDI)，檢測腦血流的指標(biāo)最大流速(Vmax)、最小流速(Vmin)、平均流速(Vmean)檢測平均血流量(Qmean)；檢測腦血管床外圍阻力(R)，外圍阻力(R)用壓力降和血流量的比計(jì)算；檢測血管特性阻抗(Zc)、脈搏波波速(WV)。
5.由權(quán)利要求1所述的腦血管血液動力學(xué)檢測方法，其特征是采用腦血管動態(tài)阻力的計(jì)算方法DR描述血流速度隨血壓變化的難易程度的指標(biāo)檢測動態(tài)阻力(DR)、臨界閉鎖壓力(CP)；DR是時間函數(shù)。將DR時間無關(guān)的估算公式改為微分計(jì)算方法，兩公式分別為DR=Pmeam-PminVmean-Vmin;DR(t)=dp(t)dv(t)]]>獲得用DR(t)心動周期的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差；動脈脈波(P)用壓力探頭檢取P，并用肱動脈袖套血壓標(biāo)定之。頸動脈血流速度是直接測量的指標(biāo)上述其他指標(biāo)大多是它們與測量的壓力計(jì)算出來的。
6.由權(quán)利要求1所述的腦血管血液動力學(xué)檢測方法，其特征是進(jìn)行時頻分析血流多普勒頻移信號，通過聲卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)，選取一周期進(jìn)行短時傅立葉變換(STFT)，得到時頻分布，即某一時刻某一頻率的幅度，分析由頸動脈硬化引起的血流微小擾動，以期更敏感地區(qū)分正常和異常的差別。用Matlab編程，取出其峰值頻率(fmax)、模頻(fmode)、平均頻率(fmean)、最低頻率(fmin)、重脈波頻率(fp)、頻率彌散寬度(fw)
7.腦血管血液動力學(xué)檢測儀器多普勒探頭、B型超聲檢測控頭并經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換、AD轉(zhuǎn)換連接至計(jì)算機(jī)，同時設(shè)有血管物理性狀和B超檢測方法同時檢測超聲多普勒血流速度、B型超聲檢測血管物理性狀。頻率電壓腦血管狀態(tài)分析軟件B型超聲檢測血管物理性狀
8.由權(quán)利要求7所述的腦血管血液動力學(xué)檢測儀器，其特征是B型超聲探頭為體積小巧的7.5MHz高頻線陣探頭。
9.由權(quán)利要求7所述的腦血管血液動力學(xué)檢測儀器，其特征是壓力探頭采用根據(jù)壓阻效應(yīng)制作的擴(kuò)散硅力敏電阻全橋型壓力傳感器和內(nèi)置的運(yùn)放電路。
全文摘要
腦血管血液動力學(xué)檢測方法，是以多普勒探頭和B超檢測方法同時檢測超聲多普勒血流速度、B型超聲檢測血管物理性狀，通過管徑及血管壁的測量，得流經(jīng)被檢處血管的流量為Q。同時采用壓力探頭進(jìn)行血管的壓力檢測。本發(fā)明的特點(diǎn)是綜合檢測血管血液動力學(xué)指標(biāo)，對腦血管病的早期診斷，腦血管疾病治療和藥物治療效用的評估，藥物篩選以及對循環(huán)生理、病理的研究，特別是對腦血管的預(yù)肪研究，都有著重要的意義。儀器配合了上述方法的實(shí)現(xiàn)。
文檔編號A61B5/021GK1559345SQ20041001410
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者馬衛(wèi)東, 鄒年軍, 張文軍, 戴建峰, 顧愛遠(yuǎn) 申請人:無錫貝爾森影像技術(shù)有限公司