專利名稱：腦血管血液動力學檢測儀器的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及腦血管血液動力學檢測儀器，尤其涉及多參數(shù)和更精確的方面對腦血管血液動力學進行檢測的相關儀器。
二背景技術：
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.生活習慣的及飲食結構的改變，致使心腦血管病發(fā)生率日趨嚴重。——旦發(fā)生腦中風，重者死亡，輕者致殘。據(jù)我國流行病學調(diào)查研究.我國現(xiàn)有中風人數(shù)達300萬之多，每年新發(fā)生小風約100萬人。給家庭和社會帶來了嚴重的經(jīng)濟和家庭的精神負擔，故而引起國內(nèi)外醫(yī)學界普遍關注。
中風具有高死亡率和高復發(fā)率，應該早期預防，診斷和治療。現(xiàn)在證實中風是動脈粥樣硬化等血管損傷的直接結果，而血管物理性狀、血液動力學狀態(tài)和血液流變學特征是血管狀態(tài)的三大指標。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測量血流的方法及儀器，利用連續(xù)波超聲多普勒效應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行運算實現(xiàn)。
中國專利95114858.3是一種使用經(jīng)顱多普勒超聲技術檢測顱內(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)各空間點的血流狀態(tài)分布情況并定位血管位置的方法。
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)結構形態(tài)學的改變，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?，F(xiàn)有技術和方法未能在血管物理性狀、血液動力學狀態(tài)和血液流變學特征上有所反應，從而難以對動脈粥樣硬化等血管損傷的直接結果進行測量和對中風等疾病進行診斷或預先診斷。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型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檢測的新型腦血管超聲診斷儀(CVUS)。
頸動脈血液動力學指標用于社區(qū)中風高危人群篩查和防治使其中風發(fā)病和死亡下降。血管為適應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，要比其血流動力學指標穩(wěn)定。研究已證實頸動脈的內(nèi)中膜厚度(IMT)和斑塊與心腦血管疾病緊密關聯(lián)。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的腦血管血液動力學檢測儀器包括多普勒探頭、B型超聲檢測控頭，并經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路、AD轉(zhuǎn)換電路連接至計算機，同時檢測超聲多普勒血流速度、并由B型超聲檢測血管物理性狀，后級設有頻率電壓腦血管狀態(tài)分析軟件。
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。
本實用新型的改進還包括壓力探頭進行血管的壓力檢測。
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，于舒張期末凍結圖象，在頸總動脈膨大處遠端1cm處測量頸總動脈遠壁內(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指標(CVDI)，本實用新型采用彈性腔模型及脈搏波規(guī)律分析計算CVDI的方法檢測腦血流的指標最大流速(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)阻力的計算方法DR描述血流速度隨血壓變化的難易程度的指標，DR應是時間函數(shù)。將DR時間無關的估算公式改為微分計算方法，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準差；動脈脈波(P)用壓力探頭檢取P，并用肱動脈袖套血壓標定之，頸動脈血流速度是直接測量的指標，上述其他指標大多是它們與測量的壓力計算出來的。
進一步改進還包括進行時頻分析血流多普勒頻移信號，通過聲卡進入計算機，選取一典型周期進行短時傅立葉變換(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)本實用新型的儀器構成是多普勒探頭、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)換連接至計算機，同時設有血管物理性狀和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。超聲探頭改進為小型高精度的頸動脈管徑測量裝置具體結構。
壓力探頭采用根據(jù)壓阻效應制作的擴散硅力敏電阻全橋型壓力傳感器和內(nèi)置的運放電路，因而抗干擾能力強，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。
本實用新型的特點是血管血液動力學指標，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肪研究，都有著重要的意義。儀器配合了上述方法的實現(xiàn)。超聲多普勒是非創(chuàng)傷性檢查方法，深受醫(yī)務人員及病人的歡迎，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，作了重點改進和突破。本儀采用T2雙聲束超聲DoppIer儀器，它能直接消去q角的影響?，F(xiàn)有的超聲多普勒儀器，血管徑都是按公式估計數(shù)，就是以身長體重乘上系數(shù)而得到的。根據(jù)我們多年的實踐經(jīng)驗，這是不準確的，人體動脈血管徑與年齡、動脈血管彈性直接相關，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無關，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導，血管內(nèi)膜厚度直接與動脈粥樣硬化、中風有關。
四

圖1為本實用新型硬件框圖圖2為本實用新型軟件框圖圖3為本實用新型腦血管超聲診斷儀(CVUS)整體結構框圖五具體實施方式
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；計算機接口計算機主機；打印機等，如圖1-3所示低通濾波-壁濾波及PRF濾波-采樣保持-譜分析，利用本實用新型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，于舒張期末凍結圖象，在頸總動脈膨大處遠端1cm處測量頸總動脈遠壁內(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平均值(IMTa)或左右側最大值(IMTm)作鑒別指標。其中對IMTm，鑒別闕值為0.80mm，對IMTa，鑒別闕值為0.7mm，而對斑塊(PLA)，只取1和0，鑒別闕值為1。單指標鑒別以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2.1腦血管血液動力學指標(CVDI)我們采用彈性腔模型及脈搏波規(guī)律分析計算CVDI的方法。
1、反映腦血流的指標最大流速(Vmax)、最小流速(Vmin)、平均流速(Vmean)2、反映腦供血的指標平均血流量(Qmean)3、反映腦循環(huán)通暢狀態(tài)的指標腦血管床外圍阻力(R)4、反映動脈彈性的指標血管特性阻抗(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定之2.2改進措施2.2.1血流速度的準確測量頸動脈血流速度是直接測量的指標而上述其他指標大多是它們與測量的壓力計算出來的。如外圍阻力(R)用壓力降和血流量的比計算等。現(xiàn)有分析儀的流速測量均與探頭的放置角度(θ)有關，這由多普勒效應決定的。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)，我們改制探頭設計，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)驗公式計算，血流量毫無準確性可言。血流量不但反映腦血管床供血狀態(tài)，又是計算其他CVDI的參數(shù)，另外，血管管徑直接與病變有關。為此，我們將成熟的B-型超聲探頭改進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，DR應是時間函數(shù)。將DR時間無關的估算公式改為微分計算方法，兩公式分別為上式。
用DR(t)心動周期的平均值及其標準差作為臨床指標，臨床證實兩指標均有很高的鑒別能力。
2.3 CVDI的正常參考值和積分值國內(nèi)現(xiàn)有的分析儀，或不設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判斷中風危險度的積分值評分方法。軟件包中還可設計一套自學習程序，能通過臨床病例不斷修正各項指標加權值和回歸及累積標準，直接給出臨床診斷定量結果，臨床判別能力強。
2.4時頻分析血流多普勒頻移信號，通過聲卡進入計算機，選取一典型周期進行短時傅立葉變換(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，最低應大于3KHz，fmin在1.4KHz左右，最低應不低于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、動力學參數(shù)與腦血管功能大量的臨床和動物實驗研究都表明腦血管動力學參數(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，胞血管動力學參數(shù)的異常變化，早于影象學的改變.早期腦血管動力學參數(shù)異常，經(jīng)過有效的早期治療，可使動力學參數(shù)恢復正常.可能會減少其發(fā)生中風的機會。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)動力學參數(shù)的檢測比其他循環(huán)系統(tǒng)的檢測更加復雜和困難。就是岡為這些原因，現(xiàn)在所采用的動力學參數(shù)，都是從某個局部，如頸內(nèi)動脈的血液動力學參數(shù)推算出來的。所以臨床醫(yī)生在應用血液動力學各個參數(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與應用范圍。
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。若腦血管阻抗低，而心臟功能強，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，如果病人左右兩側血流速度同時減低，而腦血管床的其他動力學指標正常，那么影響血流速度減低因素有可能主要來自心臟，就必須進一步檢查確診。
如果血流速度的改變是左、右兩側頸動脈嚴重不對稱，一般的Vmean、Vmin、Qmean明顯升高，往往表示高的一側椎一一基底動脈供血不足而由頸動脈代償?shù)慕Y果。
血流速度最大值Vmax與年齡關系非常大.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。若是Vmin顯著減小，往往提示該側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檢查結果為陰性，有條件時仍應進行MRI檢查，進一步查明原因。
(2)、Qmean反映供給腦血管床的血流量，它是單位時間內(nèi)流過檢測點的血管截面積的血液體積，主要反映該側動脈系統(tǒng)血管床的供血情況。如果檢出血流量偏低，表示該側血管供血不足；如果檢出血流量偏高.則表示該側腦血管供血過度.或者是由于其他血管床(如椎動脈)供血不足，由同側頸動脈代償?shù)慕Y果。
(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。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，而和血流速度幾乎無關。動脈血管總體彈性越好，脈搏波波速越低，特性阻抗也越??；相反地，脈搏波波速越高.或特性阻抗越大，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。
(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，即小血管和毛細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，血液動力學可能都有明顯的變化，這時病人的代償機制尚未建立，因此這時血液動力學參數(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腦溢血病人。病側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。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升高的原因為(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，可應用動態(tài)阻力DR作為降壓過程的監(jiān)視指標。如果降壓過程中DR顯著升高，或DR顯著下降時，應停止降壓，或者采取其他措施以保證腦血管有足夠的血量供應.
(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動所需最小壓力，DP是舒張壓與臨界壓之差。
導致臨界壓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參數(shù)之間的對應關系。不難看出不同的動力學參數(shù)反映了不同的血管功能；血液動力學參數(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)聲卡錄制送入計算機進行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，若狹窄越嚴重，則這種變化越明顯。詳細請參閱參考文獻。
當腦動脈出現(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。
4、測量指標的精度、效度和靈敏度CVUS直接測量的指標有血流速度、血管管徑和IMT。7.5MHz B超探頭的精度達0.1mm。通過CVUS和B超的對照試驗，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的指標都是經(jīng)臨床實踐證實為有效和靈敏的。我們又將測量誤差控制在很小范圍，所以它在實際應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、指標的生理和病理學含義更明確及對腦血管病反應敏感且特異性強。這均是CVUS采用了下列先進技術的結果；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，也供以后改進之用。
5.2頸動脈物理性狀及其血液動力學環(huán)境結合的參數(shù)我們在經(jīng)典腦血管血液動力學的基礎上，結合其物理性狀研究并定義了若干有臨床價值又可計算的參數(shù)，如動脈硬化指數(shù)(β)、動脈可擴張度(DI)、動脈順應性(C)、血管壁切變率(Ss，Sm)、血管壁切應力(SS)、血管壁周向張力(Ts，Tm)和血管壁周向擴張率(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)和椎一基底動脈系統(tǒng)供應。頸內(nèi)動脈系統(tǒng)主要供應大腦前動脈和大腦中動脈，也稱為前循環(huán)。椎一基底動脈系統(tǒng)主要通過椎動脈、基底動脈和大腦后動脈供應大腦半球后部及小腦、腦干的血液，也稱為后循環(huán)。兩側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，可分析腦各處的血液動力學狀態(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的整體結構和原理如下圖所示。
壓力探頭及壓力檢測電路在本實用新型的應用可以采用半導體壓力傳感器并經(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，分辨的精度可以達到1mmHg，壓力探頭采用根據(jù)壓阻效應制作的擴散硅力敏電阻全橋型壓力傳感器和內(nèi)置的運放電路，因而抗干擾能力強，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用物理所生產(chǎn)的精密數(shù)字壓力計，分辨的精度可以達到0.01KPa。
本實用新型的儀器設置中將A型超聲探頭改進為小型高精度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行測量及診斷。
7、臨床試驗應用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，其結果顯示正常人有其獨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。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，其最低值不應低于1KHz。若f1min＜1KHz，即表示有腦動脈硬化，血管順應性差，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)亦相應的明顯。頸內(nèi)動脈的內(nèi)側受到血流的剪切應力增大，而外側血流速度減慢，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，更長于正常情況。這樣的結果，在血管的外側面有利于脂質(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胞、巨噬細胞的吞噬脂質(zhì)，而形成泡沫細胞，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，但是當出現(xiàn)腦冬眠硬化時，腦血管順應性差，阻抗增大則fmin減小，這將導致腦供血不全更加明顯。
我們研究20例經(jīng)CT證實為腦梗病人，這些病人都出現(xiàn)不同的神經(jīng)癥狀如——側偏癱、語言不清、反應癡呆等臨床癥狀。經(jīng)腦血管流體動學檢測儀檢查頸內(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。
權利要求1.腦血管血液動力學檢測儀器其特征是包括多普勒探頭、B型超聲檢測控頭，并經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路、AD轉(zhuǎn)換電路連接至計算機，同時檢測超聲多普勒血流速度、并由B型超聲檢測血管物理性狀，后級設有頻率電壓腦血管狀態(tài)分析軟件。
2.由權利要求1所述的腦血管血液動力學檢測儀器，其特征是B型超聲探頭為7.5MHz高頻線陣探頭。
3.由權利要求1所述的腦血管血液動力學檢測儀器，其特征是同時設有壓力探頭，壓力探頭采用擴散硅力敏電阻全橋型壓力傳感器和內(nèi)置的運放電路。
專利摘要腦血管血液動力學檢測儀器包括多普勒探頭、B型超聲檢測控頭，并經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路、AD轉(zhuǎn)換電路連接至計算機，同時檢測超聲多普勒血流速度、并由B型超聲檢測血管物理性狀，后級設有頻率電壓腦血管狀態(tài)分析軟件。本實用新型提供了一種多參數(shù)的和更精確的方面對頸動脈血液動力學檢測的新型腦血管超聲診斷儀(CVUS)。提供的頸動脈血液動力學指標用于社區(qū)中風高危人群篩查和防治使其中風發(fā)病和死亡下降。
文檔編號A61B5/02GK2728423SQ20042006249
公開日2005年9月28日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權日2004年7月7日
發(fā)明者馬衛(wèi)東, 鄒年軍, 張文軍, 戴建峰, 顧愛遠 申請人:無錫貝爾森影像技術有限公司