一种末梢血管血流调节功能的无创检测系统技术方案

一种末梢血管血流调节功能的无创检测系统，包括：数据采集模块、滤波模块、特征点/区间识别模块、数据分析模块和血流调节功能评估模块。在袖带加压单侧上臂阻断肱动脉血流前后连续测量袖带下游前臂或手部皮肤血流量信号，对血流量信号进行滤波处理后识别袖带压迫前的稳定血流区间和袖带压迫解除后的充血区间，计算充血区间与稳定血流区间平均血流量的比值得到量化评价末梢血管血流调节功能的指标。操作全程无创，测量时间短，并且通过对血流量时历曲线的特征分析识别出受末梢血管缺血性反应主导的血流变化区间，能够有效排除上游动脉内皮功能对末梢血流信号的影响，实现对人体末梢血管血流调节功能的针对性评估，具有很好的应用前景。

A noninvasive detection system for the function of blood flow regulation of peripheral blood vessels

A noninvasive detection system for peripheral vascular blood flow regulation function includes data acquisition module, filter module, feature point / interval identification module, data analysis module and blood flow regulation function evaluation module. In the unilateral upper arm cuff compression before and after blocking the brachial artery flow continuous cuff downstream of the forearm or hand skin blood flow signals, the filtering of the blood flow signal recognition cuff compresses before stabilizing blood flow interval and cuff compresses after the termination of the congestion interval, calculating the ratio of congestion interval and stable flow interval average blood flow by quantitative evaluation peripheral vascular blood flow regulation function index. The full operation of noninvasive, short measurement time, and identified by blood flow change interval leading peripheral vascular ischemic reaction through the characteristics of blood flow time history curve, can effectively eliminate the upstream artery endothelial function influence on peripheral blood flow signal, the realization of human peripheral blood flow regulation function for evaluation, has wide application prospects. Good.

【技术实现步骤摘要】
一种末梢血管血流调节功能的无创检测系统
本专利技术涉及生物医学工程技术和信息处理
，特别涉及一种利用人工缺血性生理试验分析臂部组织缺血前后皮肤血流量的动态变化来评价末梢血管血流调节功能的检测系统。
技术介绍
末梢血管是人体最远端的血管，是调节组织/器官血液灌注的主要机构，其在变生理条件下的血流调节功能是反映血液循环系统健康状况的主要指标之一。研究表明，末梢血管血流调节功能退化是预测冠心病、脑卒中等心血管疾病以及糖尿病并发症风险的重要指征，对其进行日常监测有助于及时了解患者疾病的进展情况，并通过指导干预治疗延缓上述疾病的发生。无创检测由于具有安全及使用方便等优点，已成为血管功能检测技术的重点发展方向。目前在临床上广泛应用的无创检测方法是通过超声测量肱动脉血流介导的血管舒张功能(flowmediateddilation,FMD)。其基本原理是：首先利用袖带加压阻断肱动脉血流5分钟引起前臂组织缺血反应，在袖带压力释放瞬间引起血流加速使血流作用于肱动脉内皮细胞的剪应力增加，促进血管舒张剂NO的释放，从而引起血管内径增大，最后通过测量血流阻断前后肱动脉管径的变化率来评估肱动脉内皮细胞的功能。该方法的有效性已得到大量临床研究的支持，但测量结果易受到环境因素、受检者生理因素(心理状态、神经活动、刺激物的摄入等)及施检者操作经验的影响。尤其是，该方法主要测量肱动脉(外周动脉)的内皮功能，对更远端末梢血管的血流调节功能缺乏有效的检测能力。外周动脉张力测定法(peripheralarterytonometry,PAT)是近年来逐渐得到临床应用的另一种血管功能无创检测方法。上述方法通过测量肱动脉阻断前后的指端脉搏波振幅变化来评价血管内皮功能。该方法利用袖带压迫单侧上臂5分钟诱发缺血反应，使用光学体积描记法(photoplethysmography,PPG)连续测量指端脉搏波的振幅，并计算缺血前后特定时间范围内脉搏波振幅平均值的比值来评估血管内皮功能。与FMD比较，PAT具有易操作、低成本的优点。然而，从技术角度分析，PPG测量的指端脉搏波振幅虽然一定程度上反映血流灌注情况，但测量指标的物理意义尚不清晰，研究表明血压波动、末梢血管顺应性和静脉血流状态均不同程度地影响脉搏波振幅与实际血流量的关系，造成利用该方法得到的血管内皮功能评估结果受多种因素的影响，具有不确定性。除了已得到临床应用的FMD和PAD，文献中有其他无创检测方法尚处于理论验证或研发阶段，包括指尖热检测、指尖脉搏容积测定、静脉闭塞体积描记术等。指尖热检测方法(Digitalthermalmonitoring,DTM)通过测量肱动脉阻断前后指尖的温度变化评价血管内皮功能；指尖脉搏容积测定法(digitalvolumepulse,DVP)基于动脉血管的充血灌流性反应原理，结合混沌技术和非线性解析技术来分析末梢循环信息以评估血管内皮功能；静脉闭塞体积描记术通过测量应用血管活性药物前后前臂膨胀程度的变化来评估血管内皮功能。这些方法或技术的共同特点是通过分析肤表温度、脉搏波或前臂膨胀度等生理指标随血流条件改变的变化规律来间接评估末梢血管的血流调节功能。经检索发现，研究人员已根据对上述技术的专利技术、融合或改良提出了专利申请。中国专利CN105433985A(公开日2016-03-30)提供一种基于FMD的血管内皮功能评估检测系统及方法，利用加压袖带对左右手臂的肱动脉进行加压，阻断其血液流动，同时采用血容积脉搏波探测器分别采集左右指尖的血容积脉搏波，根据肱动脉加压阻断前后左右指尖血容积脉搏波面积的变化来计算血管内皮功能指数。中国专利CN104027097A(公开日2014-09-10)提出了一种血管功能无创检测方法及装置，利用对肱动脉进行阻断再开放过程中手指指端温度、血氧及脉搏波信号变化的测量，结合临床试验采集的数据，通过信号处理和统计分析建立血管功能的评估公式。中国专利CN103561639A(公开日2014-02-05)公开了一种评估血管内皮功能的方法，通过监测阻断和释放受试者上肢血流造成的反应性充血引起的上肢皮肤组织细胞的NADH荧光信号强度随时间的变化函数来评估血管内皮功能。分析现有检测方法的技术特点，肱动脉血流阻断前后的充血反应及相关生理信号变化是评估血管内皮功能的主要依据。然而，在生理学上，肱动脉血流阻断、再释放后不仅引起肱动脉内皮细胞分泌的NO量在短时间内突然增加，在血流阻断期间也会引起末梢血管发生缺血性反应。肱动脉NO分泌量的增加主要由袖带压迫释放后动脉内血流加速引起的壁面剪应力升高所造成，主要引起肱动脉的管径扩张，NO也会被输运至远端引起末梢血管舒张；而末梢血管的缺血性反应主要表现为血管舒张，引起末梢血管的粘性阻抗降低以提高末梢组织的血流灌注能力。因此，本质上讲，上臂缺血试验引起的血管反应涉及上游较大的动脉和末梢微血管两部分，对血管功能的评价应区别对待。FMD是可以针对性地检测肱动脉(即上游较大的动脉)内皮功能的有效方法，而在末梢部(如指端或肤表)监测的生理信号(包括脉搏波振幅、肤表温度、血氧等)受上游动脉和末梢微血管血流调节功能的共同影响，将检测结果定义为内皮功能指标在概念上不清晰，如何区分肱动脉内皮功能和末梢血管血流调节功能仍是亟待解决的问题。另一方面，虽然末梢脉搏波振幅、肤表温度、血氧等与血液的灌注状态存在关联性，但不是血流量的直接测量参数，易受外部环境因素以及自律神经活动、呼吸、新陈代谢等生理因素的影响，造成潜在的测量误差。
技术实现思路
针对现存检测技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用人工缺血性生理试验无创测量人体末梢血管血流调节功能的检测系统。具体是在使用袖带压迫上臂组织造成缺血前后连续测量前臂皮肤血流量的动态变化，进一步通过对血流信号的滤波处理和特征模式识别，提取与末梢血管的功能状态密切相关的信息区间，通过对缺血前后血流量变化的量化评价得到可以指示末梢血管血流调节功能的特异性指标。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于上臂缺血试验和皮肤血流测量评估末梢血管血流调节功能的系统，具体包含五个模块：数据采集模块、滤波模块、特征点/区间识别模块、数据分析模块和血流调节功能评估模块。其中，数据采集模块由袖带、皮肤血流测量仪和信号采集软件构成，用以持续采集袖带压迫前、压迫中及压迫解除后的高频皮肤血流量信号；滤波模块与数据采集模块相连接，对上述血流量信号进行滤波处理，以消除信号的高频波动和噪声，构建血流量的时历曲线；特征点/区间识别模块与滤波模块相连，根据血流量时历曲线识别出袖带压迫前的血流稳定区间记为R区间和袖带压迫解除后血流量第一峰值点(P1)和第一拐点(S1)，并将P1和S1所夹区间设定为充血区间记为H区间；数据分析模块与特征点/区间识别模块相连，根据特征点/区间的识别结果，计算袖带压迫前静息血流稳定期即R区间的平均血流量(QR)以及袖带压迫解除后充血区间即H区间的平均血流量(QH)；血流调节功能评估模块与数据分析模块相连，根据QH和QR计算末梢血管血流调节功能的评价指标，即F(F＝QH/QR)，并将F与同年龄层健康人群的统计数据即基准值范围对比以判断末梢血管血流调节功能所处状态。本专利技术涉及一种基于上臂缺血试验和皮肤血流测量评估末梢血本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种末梢血管血流调节功能的无创检测系统，其特征在于，包括：数据采集模块、滤波模块、特征点/区间识别模块、数据分析模块和血流调节功能评估模块；所述数据采集模块由袖带、皮肤血流测量仪和信号采集软件构成，用以持续采集袖带压迫前、压迫中及压迫后的末梢皮肤血流量信号；所述滤波模块与数据采集模块相连接，用以对上述血流量信号进行滤波处理以消除高频随机波动和噪声并保留血流量的基本时变特征；所述特征点/区间识别模块与滤波模块相连，根据滤波后的末梢血流量时历曲线，识别袖带加压前的血流稳定区间和袖带压迫解除后的充血区间即袖带压迫解除后血流量曲线上的第一峰值点和第一拐点所夹区间；所述数据分析模块与特征点/区间识别模块相连，根据上述特征点/区间的识别结果，计算袖带压迫前血流稳定期的平均血流量和袖带压迫解除后充血区间的平均血流量，血流调节功能评估模块与数据分析模块相连，计算袖带压迫解除后充血区间平均血流量与袖带压迫前平均血流量的比值，将该比值设定为末梢血管血流调节功能的评价指标，将评价指标与同年龄层健康人群的统计数据即基准值范围对比以判断末梢血管血流调节功能的状态，并向可视化终端或打印机输出评估结果。

【技术特征摘要】
1.一种末梢血管血流调节功能的无创检测系统，其特征在于，包括：数据采集模块、滤波模块、特征点/区间识别模块、数据分析模块和血流调节功能评估模块；所述数据采集模块由袖带、皮肤血流测量仪和信号采集软件构成，用以持续采集袖带压迫前、压迫中及压迫后的末梢皮肤血流量信号；所述滤波模块与数据采集模块相连接，用以对上述血流量信号进行滤波处理以消除高频随机波动和噪声并保留血流量的基本时变特征；所述特征点/区间识别模块与滤波模块相连，根据滤波后的末梢血流量时历曲线，识别袖带加压前的血流稳定区间和袖带压迫解除后的充血区间即袖带压迫解除后血流量曲线上的第一峰值点和第一拐点所夹区间；所述数据分析模块与特征点/区间识别模块相连，根据上述特征点/区间的识别结果，计算袖带压迫前血流稳定期的平均血流量和袖带压迫解除后充血区间的平均血流量，血流调节功能评估模块与数据分析模块相连，计算袖带压迫解除后充血区间平均血流量与袖带压迫前平均血流量的比值，将该比值设定为末梢血管血流调节功能的评价指标，将评价指标与同年龄层健康人群的统计数据即基准值范围对比以判断末梢血管血流调节功能的状态，并向可视化终端或打印机输出评估结果。2.根据权利要求1所述的末梢血管血流调节功能的无创检测系统，其特征在于，所述滤波模块的滤波法采用Vondrak滤波法。3.根据权利要求1所述的末梢血管血流调节功能的无创检测系统，其特征在于，所述血流调节功能评估模块，计算袖带压迫解除后充血区间平均血流量与袖带压迫前平均血流量的比值即QH/QR，F＝QH/QR为末梢血管血流调节功能的评价指标。4.一种末梢血管血流调节功能的无创检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)采集皮肤血流量信号，首先记录受试者的人口学信息，在受试者充分休息后在单侧上臂绑上袖带，在袖带下游前臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁夫友，张絮洁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31