脑血流图自动分析探讨

脑血流图自动分析探讨 脑血流图自动分析探讨 2006年4月第26卷第2期 Apr.2006Vo1.26No.2 湖南中医学院 JournalofTCMUniv.ofHunan53 脑血流图自动分析探讨 姚雪祥,王净净,粱建武! (1.湖南中医药大学,湖南长沙410007;2.中南大学信息科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,湖南长沙410075) [摘要]指出原有脑血流图在仪器原理与结构,分析方法,分析指标等方面存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,介绍脑血流图自动 分析的原理,方法.认为不能按分析心血流图的方法分析脑血流图,脑血流图的特征是波形上的拐点及拐点之间 相对幅值的变化,其他分析指标都可以拐点为基础设置和划分.运用血液流体动力学原理,信息系统的分析方 法,研究输入与输出关系,用二阶微分函数识剐脑血流图上波形曲线上的拐点,实现脑血流图分析指标量化,保 证脑血流图波形数据的可靠性和标准化,是实现脑血流图自动分析的关键.拐点的识别解决了波形识别等脑血 流图自动分析的关键问题,为脑血流图分析客观化,标准化和自动化开辟了新途径. [关键词]脑血流图;拐点;二阶微分;自动分析;血流动力学 [中图分类号]R741.004[文献标识码]B[文章编号]1000—5633(2006)02—0053—03 1原有脑血流图存在的主要问题 1.1仪器方面的问题 原有十多种机型共同的问题是抗干扰性能差,性能不稳 定,需手工调节和设置仪器参数,无智能控制和数据处理系 统,无伪差识别处理和数据标准化处理过程,更无光电隔离 等安全装置.仪器的误差给医生在操作和分析诊断方面带来 了极大的麻烦. 1.2分析方法与手段落后 血流图自动分析诊断仪问世以前,脑血流图分析一直是 靠操作医生目测,尺量,多数医生只经过短期的操作培训,部 分操作人员由护士转行,很少经过系统的理论培训,临床经 验不足,专业水平参差不齐,加上仪器方面的固有缺陷,人为 主观因素的影响,分析诊断上的谬误较多. 1.3分析指标与病理生理关系及临床解释方面有误 国外对于血流图的研究重点在于方法和基础方面的研 究.到上世纪80年代,国内的血流图临床应用,积累了大 量临床资料,有很多专家对这些资料进行了整理,得到了许 多有价值的结论.由于没有进一步做专业剖析和系统的基 础研究与实验证实,也产生许多纰漏和谬误的结论.如上升 时间指标的定义;用上升时间的延长诊断脑动脉硬化等【】s6 [21l?】 . 1.4盲目地用超声经颅多普勒替代脑血流图检查 对于临床医生而言,并不关心和了解经颅多普勒和脑血 流图在仪器原理,适应范围,各自的优缺点等方面的区别.上 世纪80年代后期超声经颅多普勒引进后,使用者对它就像 当年脑血流图刚从国外引进一样了解不够全面,而此时临床 医生已普遍认识到原有的脑血流图检查结果在许多方面不 能很好地解释与临床疾病之间的关系,遂以超声经颅多普勒 取代脑血流图.然而超声经颅多普勒作为观察颅底动脉环 iUis环)上某一点的血流速度,不失为一种有效的方法,但 不能取代脑血流图. 2脑血流图临床应用价值 尽管超声经颅多普勒引入和原有脑血流图存在问题,但 脑血流图的临床应用价值仍不可忽视.特别是近年来,人们 对超声经颅多普勒临床应用价值的逐步认识以及新型脑血 流图仪出现,脑血流图的研究pPI6I~o-5[7-91和临床应用逐年回升. 就湖南省而言约有75%以上的医院在使用脑血流图,估计全 国使用脑血流图的医院应不少于50%. 脑血流图反映的是两个电极电场范围内的所有血管,包 括大,中,小动脉的情况.由血液流体动力学原理可知,中,小 动脉及微动脉是维持和影响血压,血流速度,血管容积的根 本因素[519,因此更适用于脑血管的病理,生理研究及临床疾病 的诊断.动物实验证明,脑血流图能够较好地反映脑血管供 血量和功能状况的变化[SlgMI~o-.但脑血流图不是万能诊断 仪,它只能反映检测当时被测区域内血液流体动力学因素的 相对变化,借以判断脑血管生理机能,对功能性脑血管疾病 有一定的辅助诊断价值,特别在血管神经性头痛,偏头痛,脑 动脉硬化,颈椎病…】,眩晕的鉴别诊断?,药物疗效观察呻劣面 占有一定优势. 脑血流图自动分析原理 3.1物理学原理 人体各组织结构导电性(电阻率)不同,各种体液包括血 液的导电性最好.对于整个头颅而言,在一个心动周期内,除 脑血管容积变化外,其他组织结构是相对恒定的.在头颅两 个部位之间施加微弱的高频电流,根据欧姆定律和容积导电 的原理,观察两个检测电极之间电流或电压变化,可以了解 [收稿日期]2o0l6—03一O2 [基金项目)湖南省卫生厅课题(No.C-050425). (作者简介】姚雪祥(1957-),男,湖南望城人,实验师,主要从事神经电生理诊断仪器 研究. 湖南中医学院2006年第26卷 该检测部位电场范围内血液流体动力学的瞬时情况,即脑血 流图是心动周期引起脑血管容积变化所致的电阻抗变化对 于时间的函数曲线.这是对血流图一般原理的描述.应该指 出,血管容积变化是血液流入与流出即时速度的大小差别所 致.血液流入与流出,管容积(截面积S),阻抗(2们:,,pL),脑血 流图曲线的变化关系见表l,仪器基本原理见图l. 表l血液流入,流出关系与血流图波形曲线的变化 图l血流图自动分析诊断仪原理示意图 3.2生理学原理 脑血流图幅值对于时间的函数关系,是心脏(动力),血液 和血管(阻力)的综合作用结果.假定心脏周期性舒缩是一规 律恒定的过程,忽略个体之间的差异,那么脑血流图的不同 表现就是脑血管本身的不同所致.由血液流体动力学原理可 知,脑血流图与心脏活动(流入量)密切相关,反映血管紧张 度与弹性(柔量)的变化,受外周阻力(中,小动脉及微动脉口 径)和血液黏度(流体性质)的影响.脑血流图是由心脏所决 定的周期性幅值时间函数曲线,这种周期性与脑血管本身无 关.由动物试验和临床脑血流图观察,我们得到如下结论. 3.2.1一个完整的血流图波形从起点到止点有9个明显的 拐点,可分8期(见图2),它与C,IE射血过程的分期密切相关 (见表2). : ^^^P}hP,Pc 图2脑血流图基本波形及拐点 3.2.2各期的时限,主要与心率有关,由于血管弹性与脉波 传播距离的关系,不同部位(如脑与肢体)血流图的上述各期 时限不尽相同. 表2心动周期,动脉血流状态与脑血流图时相 3.2.3每个心动周期某一区域或某段血管内流入与流出的 血容量相等. 3.2.4某一时刻血管截面积的变化量与该时刻注入该血管内 的血容量成正比. 3.2.5血管截面积的变化量与血管弹性和脉压差有关. 3.2.6血管截面积的变化量与外周阻力及血液黏度有关. 3.2.7血管截面积的变化量与血管原有扩张程度有关. 3.2.8血流图是血管(容量)截面积变化量的连续性记录,间 接反映搏动性血流量的变化. 4脑血流图自动分析的必要条件 4.1对波形信号的要求 脑血流图的变化是多因素的综合,除脑血管本身以外,还 包含了心脏,血液,血管系统等因素的信息.然而,波形的形态 等脑血流图分析指标除受各种伪差和仪器的干扰影响以外, 增益(放大倍数)不一致的影响不容忽视.因此,去除脑血流图 伪差,消除干扰,统一增益(放大倍数),平稳基线,是实现脑血 流图自动分析的首要基础.其次是必须保证脑血流图仪器的 低频时间常数和高频滤波频率达到要求,使0.5~30I-Iz范围 内的波形信号不失真.模数转换后用于分析处理的数据点的 间隔必须?10ms. 4.2对分析指标的要求 要实现脑血流图自动分析,将所有的分析指标进行量化 是必备的条件. 5脑血流图自动分析指标的建立 5.1波形特征与分析指标 在临床脑血流图分析的基础上,将波形归结为:陡直类 (陡直波,平顶波,速降波),转折三峰类(转折波,平三峰波,乳 三峰波),高阻力类(升三峰波,长平顶波,低平波),圆顶正弦类 f圆顶波,倾斜波,正弦波,三角波)共4类13种波形(图3). 第2期姚雪祥,等脑血流图自动分析探讨55 脑血流图应用于临床以来,波形一直是首要的分析指 标.有关书籍资料【1]~o--86312]1t13总是把波形的分析和解释放在首 位,大都局限于各个波形之间的差异说明,缺乏对共同要素的 研究.我们经多年临床血流图检查和动物实验发现,脑血流图 波形的特征是波形上的"拐点".用拐点以及拐点相互间的幅 值大小关系,可以描述脑血流图所有分析指标(包括波形). 脑血流图的分析指标有:曲线形态(波形,重搏波等),幅 值(波幅,波幅差,拐点H等),曲线下的面积(S)和一些比值(转 折高比值,速率V,弹性指数F,阻力指数Z等)(见图3),时间 分析指标等.脑血流图时间指标在临床脑血管疾病(如脑动脉 硬化)的诊断中没有特殊的应用价值,它几乎只与心率相关. 5.2波形特征自动识别方法 脑血流图曲线的变化是脑血管舒,缩变化的结果.脑血 管舒,缩变化的根本原因是心脏的射血过程引起脑血管中血 液的流入,流出关系发生变化. 任何有规律的现象,都可用数学函数和图形的方式加以 描述.心脏的射血过程是周期性和间歇性的,射血过程是非 匀速的.射血过程占整个心动周期的约三分之一,而三分之 二的血液是在三分之一的射血时间(快速射血时间)内射出. 心脏的间歇性非匀速射血,使外周血管的压力,流速,容积等 都产生非匀速的变化.心脏射血过程信息也毫不例外的包含 在脑血流图波形中.在力学物理学和运动物理学中,一阶微 分函数可以描述速度,二阶微分函数是描述加速度的经典方 法.脑血流图上波形曲线上的拐点与它的二阶微分函数曲线 的波峰一致(见图4),脑血流图上波形曲线上的拐点,可通过 二阶微分函数识别. 6讨论 心,脑血管是一个密闭的循环系统,血液流体动力学是 研究这个系统的基本手段.然而,脑血流图与心血流图(心功 能)有很大的区别.心脏是一个主动性器官,是血流动力学中 能量提供和主宰者;脑血管是一个被动性器官,脑血流的变 图4脑血流图波形拐点方法 化完全依赖于心脏的推动.因而不能按分析心血流图的方法 分析脑血流图.用信息系统分析的方法,研究输入与输出的 关系,是研究脑血流图的重要方法之一.将心脏周期性收缩 射血,推动脑血管充盈的过程,看作是对脑血管系统的信息 输入,脑血流图就是这种输入信息的反馈输出.因此,按血液 流体动力学原理,运用信息系统的分析方法,研究输入与输 出的关系,是脑血流图自动分析方法技术关键之一. 脑血流图的特征,是波形上的拐点及拐点之间相对幅值 的变化.脑血流的所有分析指标都可以拐点为基础设置和划 分,如何识别脑血流图上波形曲线上的拐点,是实现脑血流 图自动分析的又一关键. 而实现脑血流图分析指标量化,保证脑血流图波形数据 的可靠性和标准化,是实现脑血流图自动分析的另一关键. 参考文献: 【1】黄大有,黄萃庭.物理诊断学【M】.北京:人民卫生出版社,1980: 861. 【2】孔祥勤,俞昌正.临床脑电阻图【M】.济南:山东科技出版社,1978. 【3】郑豁然,临床血流图学【M】.长春:吉林人民出版社,1985:4—94. 【4】刘普和,邝华俊,吴幸生,等.医学物理学【M】.北京:人民卫生出版 社,1980:580. 【5】姚雪祥,王净净,黄云峰,等.脑血流图在家兔眩晕造模中的应用叨. 中医药导报,20o5,l1(8). 【6】王净净,黄云峰,刘春华.建立实验性眩晕动物模型的方法与体 会.湖南中医学院,2006,26(1). 【7】刘春华,王净净,黄云峰.血管性眩晕症气虚血瘀型动物模型的建 立m.中华现代中西医结合杂志,2005,3(22):2017-2019. 【8】B?G?格列钦.I临床神经生理学方法【M】.李子瑜,等译.北京:科学出 版社.1981:206—225. 【9】任超世.生物电阻抗测量技术U】.中国医疗器械信息,2004,lO(1): 2l一25. 【lO]沙洪,李穗,崔云莉,等.多道阻抗血流图检测新方法.北京 生物医学工程2OOl,20(2),126-134. 【l1】杨靖,桂芗湘.268例颈椎病治疗前后的脑血流图,脑电图及脑 电地形图对比分析.贵阳医药,200l,26(1):26-27. 【I2】涂秋香.自动分析脑血流图对椎基底动脉供血不足的诊断意义 . 中国医疗杂志,2003,2(15):6-7. 【l3】俞爱华,苏友新,黄济炎,等.36例椎动脉型颈椎病患者推拿治 疗前后脑血流图观察【J】.福建医药杂志,2000,22(3):96.