專利名稱：一種心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的檢測方法和裝置，特別是對人體進(jìn)行無創(chuàng)心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)檢測的方法和裝置，屬于心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
人體心血管系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其中的諸多信號如心電信號、心音信號、脈搏信號蘊(yùn)含著豐富的非線性動力學(xué)信息。非線性動力學(xué)信息的多少與人體心血管系統(tǒng)的功能狀態(tài)密切相關(guān)，同時(shí)反應(yīng)了自主神經(jīng)對心血管系統(tǒng)的調(diào)控功能，也反應(yīng)了呼吸因素、體液因素等與心血管系統(tǒng)的相互作用。
心血管系統(tǒng)信號的變異性是其非線性動力學(xué)信息的一個(gè)主要表現(xiàn)，研究信號的變異性是分析心血管系統(tǒng)非線性的一個(gè)重要方法，以此可以評價(jià)心血管系統(tǒng)的不同生理、病理狀態(tài)。因此，對心血管系統(tǒng)信號的變異性研究引起了相關(guān)人員極大的興趣，并有人嘗試將研究成果應(yīng)用到臨床。連續(xù)竇性心搏間瞬時(shí)心率的微小漲落稱為心率變異性(HRV)，有關(guān)HRV的研究開展的相對較早，HRV信號中已被證實(shí)蘊(yùn)含了有關(guān)心血管系統(tǒng)及神經(jīng)、呼吸、體液調(diào)節(jié)等的大量信息，對這些信息的提取分析可以定量評估心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的緊張性和均衡性及其對心血管活動的影響，HRV分析對一些疾病的早期診斷、治療及預(yù)后評估等均具有重要意義。現(xiàn)已證明，許多疾病如心肌梗死、充血性心力衰竭、心源性猝死、冠心病、隱性心肌缺血、糖尿病、高血壓等疾病的發(fā)生，在HRV分析結(jié)果上都表現(xiàn)出明顯的特征。
由于心臟電活動和機(jī)械活動的非同步性，存在電機(jī)械延遲，在同一心動周期內(nèi)，心臟電機(jī)械延遲可以由第一心音(S1)的二尖瓣關(guān)閉成分(A1)出現(xiàn)時(shí)間減去心電Q波起始點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間獲得，這樣連續(xù)的心臟電機(jī)械延遲構(gòu)成了電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1，QA1的變異性反映了心臟細(xì)胞的傳導(dǎo)性能和心臟自律細(xì)胞的協(xié)調(diào)性能。由于脈搏波由心臟傳播到撓動脈需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間稱為脈搏波傳播時(shí)間PWTT(Pulse Wave Translation Time)，在同一心動周期內(nèi)，PWTT可由撓動脈脈搏波切跡點(diǎn)In出現(xiàn)時(shí)間減去第二心音(S2)的主動脈瓣關(guān)閉成分(A2)出現(xiàn)時(shí)間獲得，這樣連續(xù)的脈搏波傳播時(shí)間構(gòu)成PWTT序列，PWTT的變異性反映了血管的硬化度和順應(yīng)性。
從心率變異性角度評價(jià)心臟功能的研究已開展多年，但到目前為止，還未見有利用心率變異性、電機(jī)械延遲變異性、脈搏波傳播時(shí)間變異性三個(gè)方面的信息來全面評價(jià)人體心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)的研究報(bào)道。
變異性分析常用的方法有兩類線性分析方法和非線性分析方法，其中線性分析方法又分為時(shí)域分析方法、頻域分析方法和時(shí)頻分析方法等。(1)時(shí)域分析指標(biāo)主要包括檢測時(shí)間序列(RR序列、QA1序列、PWTT序列)的標(biāo)準(zhǔn)差SDNN、每5min時(shí)間序列平均值的標(biāo)準(zhǔn)差SDANN、時(shí)間序列相鄰間期差值的均方根值RMSSD、時(shí)間序列間期直方圖、時(shí)間序列間期分布圖等；(2)頻域分析指標(biāo)主要包括檢測時(shí)間序列的總功率、極低頻、低頻、高頻成分含量、低頻與高頻成分含量比值等；(3)時(shí)頻分析指標(biāo)主要是檢測時(shí)間序列譜峰的動態(tài)特性。非線性分析方法目前有散點(diǎn)圖分析法、分形維數(shù)分析法、復(fù)雜度分析法、近似熵分析法、模式熵分析法和符號動力學(xué)分析法等，但是真正在臨床上有較多應(yīng)用的是散點(diǎn)圖分析方法。線性分析方法由于并不符合心血管系統(tǒng)本身是非線性系統(tǒng)的事實(shí)，因此分析的結(jié)果特異性比較低，并對外界噪聲比較敏感。散點(diǎn)圖分析方法主要依靠醫(yī)生肉眼觀察，得出一些定性或半定量指標(biāo)，指標(biāo)物理意義不是很明確，難以進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。其它的非線性分析方法分別從不同側(cè)面顯示了其理論價(jià)值，但是距離應(yīng)用到臨床短時(shí)心血管系統(tǒng)的變異性分析上還有差距。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有從心率變異性角度評價(jià)心臟功能技術(shù)存在的不足，提供一種心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法，該檢測方法綜合考慮心率變異性、電機(jī)械延遲變異性、脈搏波傳播時(shí)間變異性三個(gè)方面信息，全面評價(jià)人體心血管系統(tǒng)的功能狀態(tài)。同時(shí)提供一種心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置。
本發(fā)明的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法包括以下步驟 (1)在同一心動周期內(nèi)同步采集受檢測者的心電、心音、撓動脈脈搏信號； (2)對三路信號進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，形成信號波形圖； (3)識別和提取三路信號各自的特征點(diǎn)心電信號的P波、QRS波群和T波，心音信號的第一心音的二尖瓣關(guān)閉成分、第二心音的主動脈瓣關(guān)閉成分，撓動脈脈搏信號的脈搏起始點(diǎn)和重搏波切跡點(diǎn)； (4)根據(jù)提取的特征點(diǎn)構(gòu)造聯(lián)合變異性指標(biāo)的時(shí)間序列心電信號波形中相鄰的R波峰之間的心電間期時(shí)間序列RR，用同一心動周期內(nèi)第一心音的二尖瓣關(guān)閉成分出現(xiàn)時(shí)間減去心電Q波起始點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間獲取的電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1，用同一心動周期內(nèi)撓動脈脈搏波切跡點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間減去第二心音的主動脈瓣關(guān)閉成分出現(xiàn)時(shí)間獲取的脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT； (5)檢驗(yàn)各時(shí)間序列的有效性若心電間期時(shí)間序列RR、電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1、脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT中相同位置的值RRi，QA1i，PWTTi(i＝1，2，…，N)都是同一心動周期內(nèi)的時(shí)間間隔信息，則獲取的時(shí)間序列為有效序列，否則時(shí)間序列無效，需重新獲取時(shí)間序列； (6)根據(jù)獲取的三個(gè)時(shí)間序列，采用尺度熵算法計(jì)算心率變異性HRV、電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV； (7)根據(jù)心率變異性HRV、電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV計(jì)算心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV。
下面給出本發(fā)明計(jì)算心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的具體過程。
首先，在同一心動周期內(nèi)，同步采集一受檢測者的心電、心音、撓動脈脈搏信號，采集時(shí)間持續(xù)5～10分鐘，三路信號采用相同的采樣率進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。其次，利用各自的特征提取算法由計(jì)算機(jī)自動識別出信號特征點(diǎn)，構(gòu)造聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的時(shí)間序列，具體有三個(gè)1.心電信號相鄰的R波峰之間的心電間期時(shí)間序列RR，RR＝{RR1，RR2，…，RRN}；2.在同一心動周期內(nèi)，用第一心音(S1)的二尖瓣關(guān)閉成分(A1)出現(xiàn)時(shí)間減去心電Q波起始點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間獲取的電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1，QA1＝{QA11，QA12，…，QA1N}；3.在同一心動周期內(nèi)，用撓動脈脈搏波切跡點(diǎn)In出現(xiàn)時(shí)間減去第二心音(S2)的主動脈瓣關(guān)閉成分(A2)出現(xiàn)時(shí)間獲取的脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT，PWTT＝{PWTT1，PWTT2，…，PWTTN}。再次，對獲取的三個(gè)時(shí)間序列進(jìn)行有效性檢驗(yàn)若心電間期時(shí)間序列RR、電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1、脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT中相同位置的值RRi，QA1i，PWTTi(i＝1，2，…，N)都是同一心動周期內(nèi)的時(shí)間間隔信息，則獲取的時(shí)間序列為有效序列，否則時(shí)間序列無效，需重新獲取時(shí)間序列。最后，采用尺度熵算法計(jì)算三個(gè)時(shí)間序列各自的變異性HRV、QA1V、PWTTV。下面以心電信號為例說明如何利用尺度熵算法計(jì)算HRV。
(1)構(gòu)造m維相空間對于心電間期時(shí)間序列RR＝{RR1，RR2，…，RRN}，取m個(gè)連續(xù)點(diǎn)組成-m維矢量 X(i)＝[RRi，RRi+1，…，RRi+m-1] i＝1，2，…，N-m+1，共有N-m+1個(gè)m維矢量； (2)矢量符號化對于每一個(gè)矢量X(i)，首先計(jì)算其均值u(i)和均方差σ(i)，即 根據(jù)均值u(i)和均方差σ(i)將矢量X(i)轉(zhuǎn)換為符號矢量S(i)＝[si，si+1，…，si+m-1]，
其中i＝1，2，…，N-m+1，j＝0，1，…，m-1，λ為一個(gè)參數(shù)； (3)計(jì)算尺度熵每一個(gè)m維符號矢量S(i)都代表了心電間隔序列RR的一種波動模式，統(tǒng)計(jì)N-m+1個(gè)符號矢量S(i)中的不同波動模式為{S(k)}，k＝1，2，…，K，計(jì)算每一種模式S(k)的分布概率P(k) 其中Nk為N-m+1個(gè)符號矢量中出現(xiàn)波動模式S(k)的次數(shù)； 計(jì)算RR序列的尺度熵為 采用H(m)值來代表心率變異性HRV。
同理，電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV也采用上述類似的步驟獲得。
利用計(jì)算得出的三個(gè)變異性HRV、QA1V、PWTTV，由下面公式計(jì)算聯(lián)合變異性指標(biāo)AV
其中a，b，c為權(quán)系數(shù)，代表HRV、QA1V、PWTTV三種變異性對聯(lián)合變異性指標(biāo)AV貢獻(xiàn)度的大小。權(quán)系數(shù)a，b，c采用層析分析法確定，具體步驟為 (1)以HRV、QA1V、PWTTV為對象層元素，總數(shù)為N；以高血壓、冠心病、心肌梗塞、心率不齊、動脈硬化、年齡、性別為準(zhǔn)則層元素，總數(shù)為K；以AV為目標(biāo)層元素； (2)判斷第i個(gè)和第j個(gè)對象層元素對準(zhǔn)則層元素k的重要程度相對比值aij，其中i，j＝1，2，…，N，k＝1，2，…，K，構(gòu)成成對比較矩陣Ak，并對矩陣Ak進(jìn)行一致性檢驗(yàn)計(jì)算矩陣Ak中最大特征值λkmax，若λkmax≥0.9×N，則通過一致性檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)向步驟(3)；否則重新獲取成對比較矩陣Ak； (3)計(jì)算Ak中對應(yīng)最大特征值λkmax的特征向量wk，wk為行向量，表示對象層元素對準(zhǔn)則層元素k的權(quán)重，依次獲取的K個(gè)wk構(gòu)成權(quán)矩陣w，w＝[w1；w2；…；wK]； (4)判斷第s個(gè)和第p個(gè)準(zhǔn)則層元素對目標(biāo)層元素的重要程度相對比值bsp，構(gòu)成成對比較矩陣B，并對矩陣B進(jìn)行一致性檢驗(yàn)計(jì)算矩陣B中最大特征值λmax，若λmax≥0.9×K，則通過一致性檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)向(5)；否則重新獲取成對比較矩陣B； (5)計(jì)算B中對應(yīng)最大特征值λmax的特征向量v，v為行向量，表示準(zhǔn)則層元素對目標(biāo)層元素的權(quán)重； (6)計(jì)算組合權(quán)向量

獲取對象層元素對目標(biāo)層元素的權(quán)重，W即權(quán)系數(shù)a，b，c，代表HRV、QA1V、PWTTV三種變異性對聯(lián)合變異性指標(biāo)AV貢獻(xiàn)度的大小。
本發(fā)明的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置采用以下技術(shù)解決方案 該心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)檢測裝置包含心電信號檢測模塊、心音信號檢測模塊、撓動脈脈搏信號檢測模塊、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算機(jī)；心電信號檢測模塊、心音信號檢測模塊和撓動脈脈搏信號檢測模塊均與模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置連接，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置與計(jì)算機(jī)連接；心電信號檢測模塊包括采集電極和濾波、去噪、放大電路，用于采集受檢測者的心電信號，并完成信號的濾波、去噪、放大；心音信號檢測模塊包括心音傳感器和濾波、去噪、放大電路，用于采集受檢測者的心音信號，并完成對信號的濾波、去噪、放大；撓動脈脈搏信號檢測模塊包括脈搏波傳感器、固定支架和濾波、去噪以及放大電路，用于采集受檢測者的撓動脈脈搏信號，脈搏波傳感器安裝在固定支架上。
各模塊中的濾波、去噪、放大電路采用現(xiàn)有通用電路。
固定支架由固定座和滑動塊組成，固定座上設(shè)有導(dǎo)軌，滑動塊安裝在固定座的導(dǎo)軌上，滑動塊上部安裝有進(jìn)給螺栓，脈搏波傳感器安放在滑動塊上。滑動塊帶動傳感器沿固定座導(dǎo)軌水平運(yùn)動，進(jìn)給螺栓與脈搏波傳感器相連，進(jìn)給螺栓轉(zhuǎn)動使脈搏波傳感器上下運(yùn)動。脈搏波傳感器的水平運(yùn)動使其準(zhǔn)確定位在檢測點(diǎn)正上方，上下運(yùn)動使其與受檢測者皮膚保持適當(dāng)壓力。
模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置采用現(xiàn)有四通道同步數(shù)據(jù)采集卡。
與計(jì)算機(jī)相連有一打印機(jī)，用于打印分析報(bào)告。
與計(jì)算機(jī)相連有一組指示燈，至少包含三個(gè)指示燈，分別指示裝置處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)、正在采集信號狀態(tài)、采集結(jié)束狀態(tài)。
與計(jì)算機(jī)相連有一啟動開關(guān)，閉合啟動開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對檢測裝置的上電和預(yù)熱；一工作按鈕，閉合工作按鈕，實(shí)現(xiàn)信號的整個(gè)自動采集過程。
本發(fā)明的心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)檢測方法和裝置是使用一種聯(lián)合變異性指標(biāo)AV對心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，AV包含心率變異性、電機(jī)械延遲變異性和脈搏波傳播時(shí)間變異性三個(gè)有機(jī)組成部分，全面反映了自主神經(jīng)系統(tǒng)對心血管系統(tǒng)的調(diào)控作用、心臟細(xì)胞的傳導(dǎo)性能、心臟自律細(xì)胞的協(xié)調(diào)性能、血管的順應(yīng)性和硬化度，能夠?qū)崿F(xiàn)對心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)的整體評價(jià)。經(jīng)過了嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)，驗(yàn)證了聯(lián)合變異性指標(biāo)AV對人體心血管系統(tǒng)的功能狀態(tài)有較好的綜合評價(jià)效果。



圖1是本發(fā)明的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法的流程圖。
圖2是在同一心動周期內(nèi)同步采集到的心電、心音、撓動脈脈搏信號的波形示意圖。
圖3是根據(jù)提取的特征點(diǎn)獲取的用于構(gòu)造聯(lián)合變異性指標(biāo)的心電間期時(shí)間序列RR、心臟電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1和脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT的示意圖。
圖4是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖5是本發(fā)明的檢測裝置中撓動脈脈搏傳感器固定支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的檢測裝置的操作流程圖。
其中1、心電信號檢測模塊，2、心音信號檢測模塊，3、撓動脈脈搏檢測模塊，4、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，5、計(jì)算機(jī)，6、打印機(jī)，7、一組指示燈，8、啟動開關(guān)、9、工作按鈕，10、右腕電極，11、右腿電極，12、左腿電極，13、心音傳感器，14、脈搏波傳感器，15、固定座，16、滑動塊，17、卡隼，18、進(jìn)給螺栓，19、掛帶柱，20、固定繃帶，21a、軸向定位標(biāo)志，21b、軸向定位標(biāo)志，22、徑向定位標(biāo)志。

具體實(shí)施例方式 圖1給出了本發(fā)明心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的檢測方法的流程。首先在同一心動周期內(nèi)同步采集受檢測者的心電、心音、撓動脈脈搏信號，對三路信號進(jìn)行濾波、去噪、放大以及模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，形成如圖2所示的信號波形圖，圖2中由上到下依次為心電信號、心音信號、撓動脈脈搏信號，并于圖上標(biāo)注出了心電信號的P波、QRS波群和T波，心音信號的第一心音(S1)的二尖瓣關(guān)閉成分(A1)、第二心音(S2)的主動脈瓣關(guān)閉成分(A2)，撓動脈脈搏信號的脈搏起始點(diǎn)u和重搏波切跡點(diǎn)In，將上述標(biāo)注點(diǎn)作為信號的特征點(diǎn)。各信號波形是利用圖4所示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置采集到的。根據(jù)圖2提取的特征點(diǎn)獲取用于構(gòu)造聯(lián)合變異性指標(biāo)分析的心電間期時(shí)間序列RR、電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1和脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT如圖3所示。具體構(gòu)造方法為心電信號相鄰的R波峰之間的時(shí)間間隔構(gòu)成心電間期時(shí)間序列RR，用同一心動周期內(nèi)第一心音(S1)的二尖瓣關(guān)閉成分(A1)出現(xiàn)時(shí)間減去心電Q波起始點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間獲取電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1；用同一心動周期內(nèi)撓動脈脈搏波切跡點(diǎn)In出現(xiàn)時(shí)間減去第二心音(S2)的主動脈瓣關(guān)閉成分(A2)出現(xiàn)時(shí)間獲取脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT。
檢驗(yàn)各時(shí)間序列的有效性若心電間期時(shí)間序列RR、電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1、脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT中相同位置的值RRi，QA1i，PWTTi(i＝1，2，…，N)都是同一心動周期內(nèi)的時(shí)間間隔信息，則獲取的時(shí)間序列為有效序列，否則時(shí)間序列無效，需重新獲取時(shí)間序列。
根據(jù)獲取的三個(gè)時(shí)間序列，采用尺度熵算法計(jì)算心率變異性HRV、電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV。根據(jù)心率變異性HRV、電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV計(jì)算心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV，由下面的公式計(jì)算
其中a，b，c為權(quán)系數(shù)，代表HRV、QA1V、PWTTV三種變異性對聯(lián)合變異性指標(biāo)AV貢獻(xiàn)度的大小。
圖4給出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置的結(jié)構(gòu)原理圖，該心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)檢測裝置主要包括心電信號檢測模塊1、心音信號檢測模塊2、撓動脈脈搏檢測模塊3、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置4和計(jì)算機(jī)5，與計(jì)算機(jī)5連接有打印機(jī)6、一組指示燈7、啟動開關(guān)8和工作按鈕9。心電檢測模塊1主要包含濾波、去噪、放大電路和三個(gè)檢測電極置于受檢測者右手腕關(guān)節(jié)處的右腕電極10，置于受檢測者右腿踝關(guān)節(jié)處的右腿電極11，置于受檢測者左腿踝關(guān)節(jié)處的左腿電極12，三個(gè)檢測電極構(gòu)成心電II導(dǎo)聯(lián)檢測方式。心音信號檢測模塊2主要包含一心音傳感器13和濾波、去噪、放大電路。撓動脈脈搏檢測模塊3主要包含一置于受檢測者左手撓動脈處的脈搏波傳感器14和濾波、去噪、放大電路。撓動脈脈搏檢測模塊3中的脈搏波傳感器14安裝在如圖5所示的固定支架上。該支架由固定座15和滑動塊16組成，脈搏波傳感器14固定在滑動塊16內(nèi)，滑動塊16兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)卡隼17，按住卡隼17可以使滑動塊16沿固定座15上的導(dǎo)軌水平方向滑動。在固定座15一側(cè)設(shè)有三個(gè)定位標(biāo)志軸向定位標(biāo)志21a和21b，徑向定位標(biāo)志22。檢測時(shí)，調(diào)節(jié)支架的位置，使撓動脈軸向與固定座15上的軸向定位標(biāo)志21a和21b連線對齊，脈搏波搏動點(diǎn)徑向投影對準(zhǔn)徑向定位標(biāo)志22。在滑動塊16的上方設(shè)有一進(jìn)給螺栓18，轉(zhuǎn)動該螺栓可以改變傳感器14的探頭與受檢測者皮膚的接觸壓力。固定座15上最外側(cè)設(shè)有掛帶柱19，其上安裝有固定繃帶20。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置4與計(jì)算機(jī)5連接，計(jì)算機(jī)5接受來自模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置4的三路數(shù)字信號，將其存儲在計(jì)算機(jī)5中的RAM存儲器中，并通過調(diào)用計(jì)算機(jī)5的ROM存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)下述操作開始信號采集、取消信號采集、暫停信號采集、存儲采集數(shù)據(jù)、分析存儲數(shù)據(jù)、顯示分析結(jié)果，通過與計(jì)算機(jī)5連接的打印機(jī)6打印報(bào)告。通過閉合啟動開關(guān)8實(shí)現(xiàn)對檢測裝置的上電和預(yù)熱；通過閉合工作按鈕9實(shí)現(xiàn)信號的整個(gè)自動采集過程。在檢測過程中，與計(jì)算機(jī)5連接的一組指示燈7指示檢測裝置所處狀態(tài)，至少包含三個(gè)指示燈，分別指示裝置處于準(zhǔn)備就緒、正在采集信號和采集結(jié)束三個(gè)狀態(tài)。
圖6給出了本發(fā)明的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)檢測裝置的操作流程。按照該操作流程，裝置的整個(gè)檢測過程持續(xù)5～10分鐘，實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)、快速、簡便地對受檢測者進(jìn)行檢測。
本發(fā)明提供的心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的檢測方法和裝置具有下述優(yōu)點(diǎn) 1、綜合考慮心率變異性、電機(jī)械延遲變異性、脈搏波傳播時(shí)間變異性三個(gè)方面的信息，提出一種心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV，來全面評價(jià)人體心血管系統(tǒng)的功能狀態(tài)。
2、同一心動周期內(nèi)，用第一心音(S1)的二尖瓣關(guān)閉成分(A1)出現(xiàn)時(shí)間減去心電P波起始點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間獲取電機(jī)械延遲時(shí)間序列，計(jì)算電機(jī)械延遲變異性，評價(jià)心臟細(xì)胞的傳導(dǎo)性能和心臟自律細(xì)胞的協(xié)調(diào)性能； 3、同一心動周期內(nèi)，用撓動脈脈搏波切跡點(diǎn)In出現(xiàn)時(shí)間減去第二心音(S2)的主動脈瓣關(guān)閉成分(A2)出現(xiàn)時(shí)間獲取脈搏波傳播時(shí)間序列，計(jì)算脈搏波傳播時(shí)間變異性，評價(jià)血管的順應(yīng)性和硬化度； 4、采用尺度熵算法計(jì)算序列的變異性，該算法針對短時(shí)程時(shí)間序列(5分鐘左右)即可收斂，得出的指標(biāo)重復(fù)性好，對疾病的特異性高，適宜于臨床應(yīng)用； 5、基于聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)檢測是一種無創(chuàng)、實(shí)時(shí)、簡便的檢測技術(shù)，本發(fā)明所提供裝置檢測得出的信號，不僅局限于檢測聯(lián)合變異性指標(biāo)AV，還可應(yīng)用于檢測心臟等容收縮期、心臟射血時(shí)間等其它心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)參數(shù)，有較強(qiáng)的臨床應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法，包括以下步驟
(1)在同一心動周期內(nèi)同步采集受檢測者的心電、心音、撓動脈脈搏信號；
(2)對三路信號進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，形成信號波形(3)識別和提取三路信號各自的特征點(diǎn)心電信號的P波、QRS波群和T波，心音信號的第一心音的二尖瓣關(guān)閉成分、第二心音的主動脈瓣關(guān)閉成分，撓動脈脈搏信號的脈搏起始點(diǎn)和重搏波切跡點(diǎn)；
(4)根據(jù)提取的特征點(diǎn)構(gòu)造聯(lián)合變異性指標(biāo)的時(shí)間序列心電信號波形中相鄰的R波峰之間的心電間期時(shí)間序列RR，用同一心動周期內(nèi)第一心音的二尖瓣關(guān)閉成分出現(xiàn)時(shí)間減去心電Q波起始點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間獲取的電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1，用同一心動周期內(nèi)撓動脈脈搏波切跡點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間減去第二心音的主動脈瓣關(guān)閉成分出現(xiàn)時(shí)間獲取的脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT；
(5)檢驗(yàn)各時(shí)間序列的有效性若心電間期時(shí)間序列RR、電機(jī)械延遲時(shí)間序列QA1、脈搏波傳播時(shí)間序列PWTT中相同位置的值RRi，QA1i，PWTTi，i＝1，2，…，N，都是同一心動周期內(nèi)的時(shí)間間隔信息，則獲取的時(shí)間序列為有效序列，否則時(shí)間序列無效，需重新獲取時(shí)間序列；
(6)根據(jù)獲取的三個(gè)時(shí)間序列，采用尺度熵算法計(jì)算心率變異性HRV、電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV；
(7)根據(jù)心率變異性HRV、電機(jī)械延遲變異性QA1V和脈搏波傳播時(shí)間變異性PWTTV計(jì)算心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法，其特征在于所述采用尺度熵算法計(jì)算心率變異性HRV的步驟是
(1)構(gòu)造m維相空間對于心電間期時(shí)間序列RR＝{RR1，RR2，…，RRN}，取m個(gè)連續(xù)點(diǎn)組成一m維矢量
X(i)＝[RRi，RRi+1，…，RRi+m-1]
i＝1，2，…，N-m+1，共有N-m+1個(gè)m維矢量；
(2)矢量符號化對于每一個(gè)矢量X(i)，首先計(jì)算其均值u(i)和均方差σ(i)，即
根據(jù)均值u(i)和均方差σ(i)將矢量X(i)轉(zhuǎn)換為符號矢量S(i)＝[si，si+1，…，si+m-1]，
其中i＝1，2，…，N-m+1，j＝0，1，…，m-1，λ為一個(gè)參數(shù)；
(3)計(jì)算尺度熵每一個(gè)m維符號矢量S(i)都代表了心電間隔序列RR的一種波動模式，統(tǒng)計(jì)N-m+1個(gè)符號矢量S(i)中的不同波動模式為{S(k)}，k＝1，2，…，K，計(jì)算每一種模式S(k)的分布概率P(k)
其中Nk為N-m+1個(gè)符號矢量中出現(xiàn)波動模式S(k)的次數(shù)；
計(jì)算RR序列的尺度熵為
采用H(m)值來代表心率變異性HRV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法，其特征在于所述利用三個(gè)變異性HRV、QA1V、PWTTV計(jì)算聯(lián)合變異性指標(biāo)AV的方法所采用的公式是
其中a，b，c為權(quán)系數(shù)，代表HRV、QA1V、PWTTV三個(gè)變異性對聯(lián)合變異性指標(biāo)AV貢獻(xiàn)度的大小，權(quán)系數(shù)a，b，c采用層析分析法確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法，其特征在于所述權(quán)系數(shù)a，b，c采用層析分析法確定，具體步驟為
(1)以HRV、QA1V、PWTTV為對象層元素，總數(shù)為N；以高血壓、冠心病、心肌梗塞、心率不齊、動脈硬化、年齡、性別為準(zhǔn)則層元素，總數(shù)為K；以AV為目標(biāo)層元素；
(2)判斷第i個(gè)和第j個(gè)對象層元素對準(zhǔn)則層元素k的重要程度相對比值aij，其中i，j＝1，2，…，N，k＝1，2，…，K，構(gòu)成成對比較矩陣Ak，并對矩陣Ak進(jìn)行一致性檢驗(yàn)計(jì)算矩陣Ak中最大特征值λkmax，若λkmax≥0.9×N，則通過一致性檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)向步驟(3)；否則重新獲取成對比較矩陣Ak；
(3)計(jì)算Ak中對應(yīng)最大特征值λkmax的特征向量wk，wk為行向量，表示對象層元素對準(zhǔn)則層元素k的權(quán)重，依次獲取的K個(gè)wk構(gòu)成權(quán)矩陣w，w＝[w1；w2；…；wK]；
(4)判斷第s個(gè)和第p個(gè)準(zhǔn)則層元素對目標(biāo)層元素的重要程度相對比值bsp，構(gòu)成成對比較矩陣B，并對矩陣B進(jìn)行一致性檢驗(yàn)計(jì)算矩陣B中最大特征值λmax，若λmax≥0.9×K，則通過一致性檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)向(5)；否則重新獲取成對比較矩陣B；
(5)計(jì)算B中對應(yīng)最大特征值λmax的特征向量v，v為行向量，表示準(zhǔn)則層元素對目標(biāo)層元素的權(quán)重；
(6)計(jì)算組合權(quán)向量
獲取對象層元素對目標(biāo)層元素的權(quán)重，W即權(quán)系數(shù)a，b，c，代表HRV、QA1V、PWTTV三個(gè)變異性對聯(lián)合變異性指標(biāo)AV貢獻(xiàn)度的大小。
5.一種心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置，其特征在于包含心電信號檢測模塊、心音信號檢測模塊、撓動脈脈搏信號檢測模塊、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算機(jī)；心電信號檢測模塊、心音信號檢測模塊和撓動脈脈搏信號檢測模塊均與模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置連接，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置與計(jì)算機(jī)連接；心電信號檢測模塊包括采集電極和濾波、去噪、放大電路，用于采集受檢測者的心電信號，并完成信號的濾波、去噪、放大；心音信號檢測模塊包括心音傳感器和濾波、去噪、放大電路，用于采集受檢測者的心音信號，并完成對信號的濾波、去噪、放大；撓動脈脈搏信號檢測模塊包括脈搏波傳感器、固定支架和濾波、去噪以及放大電路，用于采集受檢測者的撓動脈脈搏信號，脈搏波傳感器安裝在固定支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置，其特征在于所述固定支架由固定座和滑動塊組成，固定座上設(shè)有導(dǎo)軌，滑動塊安裝在固定座的導(dǎo)軌上，滑動塊上部安裝有進(jìn)給螺栓，脈搏波傳感器安放在滑動塊上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置，其特征在于與所述計(jì)算機(jī)相連有一打印機(jī)，用于打印分析報(bào)告。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置，其特征在于與所述計(jì)算機(jī)相連有一組指示燈，至少包含三個(gè)指示燈，分別指示裝置處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)、正在采集信號狀態(tài)、采集結(jié)束狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測裝置，其特征在于與所述計(jì)算機(jī)相連有一啟動開關(guān)，閉合啟動開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對檢測裝置的上電和預(yù)熱；一工作按鈕，閉合工作按鈕，實(shí)現(xiàn)信號的整個(gè)自動采集過程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種心血管系統(tǒng)聯(lián)合變異性指標(biāo)的檢測方法和裝置，檢測方法包括以下步驟(1)采集受檢測者的心電、心音、撓動脈脈搏信號；(2)對三路信號進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，形成信號波形圖；(3)識別和提取三路信號各自的特征點(diǎn)；(4)構(gòu)造聯(lián)合變異性指標(biāo)的心電間期時(shí)間序列RR，電機(jī)械延遲時(shí)間序列和脈搏波傳播時(shí)間序列；(5)檢驗(yàn)各時(shí)間序列的有效性；(6)計(jì)算心率變異性、電機(jī)械延遲變異性和脈搏波傳播時(shí)間變異性；(7)計(jì)算心血管聯(lián)合變異性指標(biāo)AV。檢測裝置包含心電信號檢測模塊、心音信號檢測模塊、撓動脈脈搏信號檢測模塊、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明能夠較好地反映人體心血管系統(tǒng)的不同生理、病理狀態(tài)，區(qū)分度高，具有廣泛的臨床應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號A61B5/0205GK101176660SQ20071011514
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者劉常春, 劉澄玉, 王新沛, 欣 孫, 朱其剛, 徐勝鶴 申請人:山東大學(xué)