[发明专利]一种融合生物电阻抗技术的颈总动脉血流动力学参数检测方法

说明书

本发明提供一种融合生物电阻抗技术的颈总动脉血流动力学参数检测方法。首先基于生物电阻抗原理建立描述颈部表面电阻抗与颈总动脉血流电阻抗之间定量关系的数学模型，基于建立的数学模型得到通过检测颈部表面电阻抗信号确定颈总动脉血流电阻抗信号的方法；其次，根据欧姆定律计算颈总动脉内径波形，进一步结合测量的颈总动脉平均血流速度波形，计算得到血流量、壁面剪切力和周向应变等血流动力学参数；最后，根据颈总动脉血压和血流量波形计算颈总动脉下游脑血管床的输入阻抗曲线，建立颈总动脉下游脑血管床的四元件集中参数模型，根据最小二乘法拟合确定四元件集中参数模型的元件参数，得到下游脑血管床顺应性、惯性、外周阻力等血流动力学参数。

技术领域

本发明属于医学信息检测技术及健康工程领域，涉及一种人体颈总动脉系 统血流动力学参数的无创检测方法，建立了一种基于肱动脉血压、颈部表面电 阻抗波形以及颈总动脉平均血流速度波形确定颈总动脉局部及其后负荷整体血 流动力学参数的新方法。

背景技术

缺血性心脏病和脑中风等心脑血管疾病常年位居我国居民疾病死亡率榜 首。最新的报告指出：目前我国约有3.3亿心脑血管疾病患者，其仍然以较快的 速度增长。同时，心脑血管疾病的治疗费用也在高度增加，2020年全国在心脑 血管疾病上的治疗费用将近6000亿元，居各类疾病首位，给社会和无数的家庭 带来了沉重的负担。血流动力学指标的异常变化是心脑血管疾病的征兆，世界 卫生组织已经认可血流动力学参数的病理性改变是脑中风的高危因素，且这种 改变往往早于计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)、磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging,MRI)等技术得到的影像学参数变化。研究还表 明，异常的血流动力学参数(如血压和壁面剪切力)会诱发活性氧类物质及炎 症因子的分泌，进一步损害内皮细胞引起内皮功能障碍，如动脉粥样硬化和血 栓等心脑血管疾病。

颈总动脉是连接心、脑血管最重要的供血器官之一，汇集了来自上游心脏 与下游脑血管床的血流动力学信息，其结构和功能的异常与动脉粥样硬化、脑 中风、冠心病等心脑血管疾病具有十分密切的联系，是心脑血管疾病预防发现、 早期诊断、临床治疗及康复评价的重要检测“窗口”。因此，通过检测颈总动脉血 流动力学参数来评估血管结构和功能，对于早期预防及治疗心脑血管疾病具有 十分重要的临床意义。

目前，临床上血流动力学参数检测大多采用彩色多普勒超声、CT、MRI等 无创检测技术，并逐步取代了肺动脉导管(Pulmonary Artery Catheter,PAC)和 动脉穿刺等有创的检测方法，成为了血流动力学参数检测的“金标准”。这些检测 技术目前已经十分成熟，且分辨率和精度较高，在临床和科研上得到了广泛应 用。其通过解剖学成像、利用图像识别技术等动态捕捉动脉管壁几何结构及其 变化，同时利用多普勒超声仪获取血流速度波形，基于血流动力学模型分析计 算相关血流动力学参数，如动脉顺应性、壁面剪切应力、血流量等。但具有解 剖学成像功能的检测仪器大多价格昂贵、体积庞大且操作复杂，技术依赖性较 强，因此目前仅仅应用于大型医院或科研机构等进行间断性检测，难以实现在 体实时、连续性的测量。

相比之下，生物电阻抗技术具有无创、经济、易于操作等优点，适于便携 式、可穿戴、微型化的检测设备，便于运动过程中的实时、在线检测。因此， 生物电阻抗技术正逐步受到临床的青睐，被用作心脑血管疾病早期发现和诊断 的一项重要临床检测技术。对于一段长度为l的动脉，其阻抗值可以根据欧姆定 律计算得到，易知动脉血流电阻抗Z与血液电导率σ和动脉半径R有关。 假设血液电导率σ为常数，则动脉半径R由血流电阻抗Z唯一确定，具体计算 公式为：进一步考虑到具有检测血流速度单一功能的手持式多普勒 血流检测仪价格低廉、便携小巧等，同样适用于在体的实时、连续检测。一旦得到了颈总动脉内径、平均血流速度、肱动脉血压，可根据血流动力学原理得 到颈总动脉的血压、血流量和剪切力波形；根据血压和流量波形可计算得到频 域上蕴含下游脑血管床顺应性、惯性、外周阻力等血流动力学参数信息的输入 阻抗曲线，进一步通过构建合理的集中参数模型并利用最小二乘法求解计算得 到下游脑血管床的顺应性、惯性和外周阻力等血流动力学参数值。