血管内皮功能分析系统和方法 [0002]人体血液循环系统是由心脏和血管构成的一个系统性的整体，血管内皮系统是人体最大的功能器官之一，血管内皮的完整和血管内皮功能的正常对于维持血管壁的光滑和血流的畅通具有重要意义。正常的血管内皮主要具有屏障功能、接受和传递信息功能以及分泌功能。临床研究表明无论心血管疾病还是外周血管疾病，两者的共同特征是血管内皮功能障碍。如卒中、心肌梗死、缺血性肾病和间歇性跛行等具有共同的病理基础，即血管内皮功能障碍。通过将对血管内皮功能的分析获得的分析结果作为中间结果，结合其他诊断信息可以确定心血管疾病。 [0003]血管内皮功能障碍的检测较早的检测方法是直接测定血液中血管内皮分泌物质的浓度，对外周血液中血管内皮所释放的活性物质进行测定。局限性在于血管内皮释放的这些物质半衰期较短，大多数在局部发挥作用，所得到的结果不准确，并且费时。 [0004]内皮功能检测的“金标准”是冠状动脉内注射乙酰胆碱造影法。毫无疑问，冠状动脉内注射乙酰胆碱造影法测试如果规范操作的话，结果准确、直观，其分析结果的价值很高。然而规范操作需要长时间，受检者必须忍受测试带来身体和精神上的创伤，并且成本高、技术繁琐，因而并不适宜作为临床检测的常规手段。 [0005]目前在临床检测常规手段应用较多的是非侵入肱动脉超声法，它是通过超声来监测阻塞血管后血流介导血管舒张(FMD)的前臂血流量测量法。但该方法不能规避因气温、心理、神经等因素导致的干扰性血管管径变化，且无法突破超声影像学手段测量范围窄、对施检者水平依赖度高的瓶颈，导致检测可重复性及数据可靠度低，且时间较长，很大程度上不能满足临床大规模应用的实际需要。 [0006]血管内皮功能释放的生物活性物质NO在人体中起着非常重要的作用，特别的已经被证实在血管的舒张起着决定的作用。血管的舒张可以借助于药物比如硝普纳、硝酸甘油、乙酰胆碱直接或间接释放NO，引起血管舒张，也可以通过机械、电等生理作用刺激血管内皮释放NO，引起血管舒张。当血管内皮功能受损时，通过乙酰胆碱药物间接刺激内皮功能释放NO的量和生理作用刺激内皮功能释放NO的量就减少，进而严重影响到血管的舒张程度。


[0007]需要提供一种简单的、快速无创的检测技术来对心血管疾病的筛查提供帮助。
[0008] 本发明提供一种血管内皮功能分析系统，包括:动脉张力传感器装置，所述动脉张力传感器装置包括动脉张力传感器，所述动脉张力传感器具有一端开口的管状套管，所述管状套管具有用于容纳被测身体末端的测试腔，用来感测被测身体末端的动脉血管张力；可调节气压源发生器，用于对所述测试腔提供压力；稳压装置；处理装置，用于处理动脉张力传感器装置获得的数据以获取身体末端血管张力的变化量，以及控制稳压装置产生与所述测试腔相同的压力，其中，所述动脉张力传感器装置包括至少第一动脉张力传感器和第二动脉张力传感器，所述第一动脉张力传感器采用动脉阻塞法进行测试，而所述第二动脉张力传感器测试正常血流身体末端的血管张力的变化作为背景信号用于对所述第一动脉张力传感器测得的数据进行校正。
[0009]如上所述的血管内皮功能分析系统，靠近各管状套管的开口端内设置有第一密封圈，所述可调节气压源发生器能够对第一密封圈加压以使得被测身体末端被固定在所述管状套管的测试腔内。
[0010]如上所述的血管内皮功能分析系统，各管状套管的第一密封圈与相应测试腔之间设置有第二密封圈，所述第二密封圈通过第一导管与所述第一密封圈相连通，该第一导管上装有第一电磁阀门，所述第一电磁阀门能够根据所述处理装置的控制进行开启和关闭。
[0011]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述第一密封圈上设置有能够监视所述管状套管是否与被测身体末端产生相对移动的监视装置。
[0012]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述监视装置是位移传感器或者压力传感器。
[0013]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述动脉张力传感器装置还包括与所述第一动脉张力传感器相连通的第一压力测试腔和与所述第二动脉张力传感器相连通的第二压力测试腔，所述第一压力测试腔和所述第二压力测试腔各自具有位移装置，所述位移装置将相应的压力测试腔分为两个腔体，一个腔体与相应的测试腔连通，另一个腔体与所述稳压装置连通。
[0014]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述位移装置中设有位移传感器或者压力传感器。
[0015]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述可调节气压源发生器通过第二导管对所述测试腔提供压力，其中所述第二导管上设置有第二电磁阀门，所述第二电磁阀门能够根据所述处理装置的控制进行开启和关闭。
[0016]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述处理装置通过测试预检获得的压力值来设置所述稳压装置的压力，所述压力范围是30mmHg~90mmHg。
[0017]如上所述的血管内皮功能分析系统，所述可调节气压源发生器通过第一稳压腔对第一密封圈加压，所述可调节气压源发生器通过第二稳压腔对各管状套管的测试腔加压。
[0018]如上所述的血管内皮功能分析系统，当所述监视装置监测到所述身体末端与所述管状套管产生相对位移时，所述血管内皮功能分析系统能够发出警告提示。
[0019]根据本发明的一方面，提供一种获得帮助诊断心血管疾病或心血管疾病趋向的中间数据的方法，包括:同时获得两组身体末端血管内皮功能测试数据，其中第一组测试数据是通过动脉阻塞法获得的，第二组测试数据是通过测试正常血流的血管张力的变化获得的；通过从第一组测试数据中扣除第二组测试数据已获得经校正的测试结果，所述经校正的测试结果表示测到的身体末端血管张力的变化量；访问储存数据库中的至少一组基准数据，将测试结果与基准数据进行比较以获得比较结果，其中所述比较结果可以作为帮助诊断心血管疾病或心血管疾病趋向的中间数据。
[0020]所述方法利用如上所述的血管内皮功能分析系统来完成。
[0021]如上所述的方法，所述储存数据库可位于本地、远程或云端，所述基准数据通过实践或公知理论知识建立。
[0022]如上所述的方法，在同时获得两组身体末端血管内皮功能测试数据之前，利用正常血流测量法进行测试预检。




[0023]图1示出了根据本发明的一方面的血管内皮功能分析系统的结构示意图。
[0024]图2示出了根据本发明的一方面的血管内皮功能分析系统的详细原理图。


[0025]本发明提供了一种血管内皮功能分析系统和相应测试方法。
[0026]图1示出了根据本发明的一方面的血管内皮功能分析系统的结构示意图。该血管内皮功能分析系统包括动脉张力传感器装置30、稳压装置11、气压源发生器14、处理装置18。其中动脉张力传感器装置30包括至少2组动脉血管张力测试传感器I和2，以及测试装置15(图1中未示出)。尽管本发明的各个示例中给出了两组动脉血管张力测试传感器的示例，但是本领域的技术人员应当理解可以按需设置更多的动脉血管张力测试传感器，甚至可以根据被测身体末端的数量(例如手指数量来进行设置)。
[0027]图2示出根据本发明的一方面的血管内皮功能分析系统的详细原理图。其中，根据一个实施例，该系统利用动脉(例如肱动脉)阻塞法，测试身体末端(例如手指指尖)动脉血管阻塞前后的血管张力的变化来获得测试结果。注意，尽管本发明的各实施例采用手指指尖以及肱动脉阻塞法进行测试，但是本领域的技术人员应当理解可以对其他身体末端结合相应的动脉阻塞法来进行类似的测试，例如对脚趾趾端。
[0028]处理装置18可控制气压源发生器14和稳压装置11，使得稳压装置11的压力保持在某一值。气压源发生器能响应于适当的控制信号，产生具有可调节的恒定的压力，该压力的恒定时间是可以调节的，根据本发明的一个实施例，调节范围例如是0.5s~5s之间。
[0029]动脉血管张力测试传感器1、2各自包括测试腔5，气压源发生器14通过稳压腔12与测试腔5相连通，稳压腔12能缓冲气压的急剧变化，防止气压源的气流急剧变化给测试带来误差。一般来说，稳压腔12的体积远大于测试腔，根据本发明的一个实施例，稳压腔12的体积可以是测试腔体积的20倍以上，但是本领域技术人员应当理解稳压腔12的体积可以是测试腔体积的其他倍数。图示中示出一个稳压腔12，但是本领域的技术人员能够理解可以对每个测试传感器设置一个相应的稳压腔。
[0030]动脉血管张力测试传感器1、2各自具有一端开口的管状套管，管状套管里面是例如环形(也可以是其他体积形状)的腔体，以容纳测试的身体末端(例如手指或脚趾)。根据需要，管状套管开口直径的大小可适应于不同个体的测试。
[0031]管状套管的外罩3是刚性体(例如不锈钢、镍、钛等，甚至塑料刚性材质也可以)，紧挨开口的一端有两个环形的密封圈4和8。环形密封圈4的材料例如是弹性塑胶，中间是空心的，可以由气压源发生器14通过稳压腔13进行充气。图示中示出一个稳压腔13，但是本领域的技术人员能够理解可以对每个测试传感器设置一个相应的稳压腔。一般来说，稳压腔13的体积远大于测试腔，根据本发明的一个实施例，稳压腔13的体积可以是测试腔体积的20倍以上，但是本领域技术人员应当理解稳压腔13的体积可以是测试腔体积的其他倍数。环形密封圈4的主要作用是把管状套管固定在被测身体末端上，其充气压力大小既要防止被测身体末端相对于管状套管的移动，也不能阻塞相应动脉血流，其压力范围通过测试预检给定，测试预检将在下面优选实施例中进行详细阐述。
[0032]密封圈8的材料也可以是弹性塑胶，中间也是空心的。在一个实施例中，密封圈8的体积优选地比密封圈4小，例如可以是密封圈4体积的1/2~1/3 (本领域技术人员应该明白密封圈8的体积可以按需任意设定，可以比密封圈4大也可以和密封圈4相同)，通过导管与密封圈4相连通，导管上装有电磁阀门6。密封圈8紧挨着密封圈4设置，或者两者之间可以存在一定的间隙。电磁阀门6能够根据处理装置18的控制进行开启和关闭。根据一个实施例，当气压源发生器14给密封圈4充气的时候，电磁阀门6开启，从而密封圈8的压力与密封圈4的压力相同。当需要的时候，电磁阀门6在处理装置18的控制下关闭，密封圈4的气压保持恒定，其作用是将测试腔5与外部环境隔离，并防止测试腔中产生的边界效应。由于在密封圈4和测试腔5之间增加了密封圈8以及电磁阀门6，能够消除在测试过程中由于气压源发生器14压力的变化导致的测试腔5的压力变化。
[0033]密封圈4中接触被测身体末端表面的位置装有监视装置7，用于监视测试的时候管状套管是否与被测身体末端产生相对移动。根据本发明的一个实施例，该监视装置7可以是位移传感器或者压力传感器。测试装置15可以实时监测该监视装置7。
[0034]如图2所示，测试腔5是由刚性外罩3、电磁阀门9、密封圈8围成的狭小密闭腔，容纳被测身体末端的一部分，并经微小导管22与压力测试腔10相连通。测试腔5还通过导管与稳压腔12相连通，导管上有电磁阀门9，该电磁阀门9根据处理装置18的控制进行开启或关闭，例如在给测试腔5充气的时候，电磁阀门9开启；而在进行测试的时候电磁阀门9关闭。
[0035]被测身体末端(例如手指指尖)血管张力的变化会引起测试腔5压力的变化，该变化可以被压力测试腔10灵敏地捕捉到。各个压力测试腔10内具有位移装置10a，位移装置1a将相应的压力测试腔分为两个腔体A和B。其中，位移装置1a中设有灵敏的位移传感器或压力传感器(可以选择商业上可获得的任何类型的位移传感器或压力传感器，其灵敏度要求可以根据测试需要来按需选择)。压力测试腔10中的A腔与测试腔5相连通，而B腔与稳压装置11相连通，A腔与B腔的气流不相通。稳压装置11能保持压力测试腔10的B腔的压力不变，而测试腔5的压力变化能够被压力测试腔10中的A腔的压力变化或体积的变化灵敏地反映出来。压力测试腔10中A腔的体积或压力的变化能够实时被位移装置1a中所设的灵敏的位移传感器或压力传感器感测到，并由测试装置15捕捉。稳压装置11的体积远大于压力测试腔10的体积(例如20倍)。
[0036]测试装置15能够实时捕捉到稳压腔12、13及稳压装置11的压力变化情况。还能够采集到压力测试腔10的压力变化情况，将捕捉到的这些压力或体积信号转化成数字信号传送到处理装置18中进行分析处理。测试装置15的具体构成是相关【技术领域】的技术人员所熟知的，在此不再赘述。
[0037] 下面将详细介绍本发明血管内皮功能分析系统的工作实例。以下以测试手指指尖为例进行说明，但是本领域技术人员应该明白可以选择并测试其他身体末端，例如脚趾等。
[0038]根据本发明的一方面，动脉血管张力测试传感器I作为测试传感器，而动脉血管张力测试传感器2作为校正传感器，当然，反之也行。
[0039]处理装置18发出指令，与测试传感器I和校正传感器2相关联的电磁阀门9同时开启，测试腔5可放气，左右手的各一个手指(在一个实施例中使用左右手相同的手指)伸入管状套管中。如上所述，根据实际需要，可以选择不同尺寸的管状套管，以吻合被测身体末端的大小，不能太紧也不能太松。根据本发明的一方面，在测试手指指尖的情况下，可以优选地要求被测者抬升手臂，使手指与心脏平齐，该位置被证明能消除肱动脉由于心脏本身的跳动造成的张力现象。
[0040]首先进行测试预检，测试预检采用正常血流测量法。测试预检得到的结果将作为测试过程中施加在测试腔5和环形密封圈4的压力，同时也是稳压装置11的压力值来源。通过预检得到的压力既要能保证环形密封圈4能牢固地把管状套管固定在手指上，也要同时不能阻断手指的动脉血流，并且，该压力还能同时让手指上的静脉不产生血液停留。注意，测试预检可以使用一只手指进行测试，也可以两个手指同时进行测试来提高预检测试准确性。例如，两个手指同时测试获得两组测试数据，如果两组测试数据之间的误差范围在预定阈值之内(例如5% )，则测试预检通过。
[0041]在测试预检过程中，气压源发生器14给测试传感器I和/或校正传感器2按阶梯增幅进行充气，每一步充气前后，两个传感器的电磁阀门9开启和关闭，关闭持续时间时间可以调节，调节范围例如从0.5s至5s。根据一个实施例，关闭持续时间是Is。稳压腔12、13和测试腔5中的压力保持稳定并且一致。同时，每一步的充气过程中，测试装置15捕捉压力测试腔10的数据，并把数据传输到处理装置18，处理装置18根据得到的数据，指令稳压装置11产生与测试腔5相同的压力。
[0042]动脉血管张力测试传感器充气压力范围一般为30mmHg~90mmHg,发明人通过实验证实低于30mmHg下，环形密封圈4及8的作用在手指的固定夹持力不够，管状套管与被测身体末端容易松动产生相对位移。而高于90mmHg，发明人通过实验证实任何受试者，其被测身体末端的动脉血管已经阻塞，血流通不过动脉。
[0043]在一个实施例中，当加压环形密封圈4低于30mmHg或高于90mmHg时,系统可以立即发出警告提示(例如通过声音、振动等(未示出))。或者即使大于30mmHg，但加压环形密封圈由于压力不够，造成手指和管状套管固定不可靠，产生了相对位移时，系统也发出警告提示。
[0044]在测试腔5的气压达到30mmHg之前,每一步的增幅可以较大，例如在5mmHg~1mmHg之间都可以。当达到30mmHg后,每一步的增幅可以相应减小,例如在2mmHg~5mmHg之间。
[0045]当探测到的信号开始减小(由于动脉血管阻塞，那么下游的血管血流减小，舒张的压力减小，因而舒张的信号就减小)，表明手指动脉血管已经开始被阻塞，此时停止向测试腔5充气，处理装置18指令气压源发生器14开始放气，放气的幅度小于加压增幅，例如可以为1mmHg~2mmHg，每一步放气后维持动脉血管张力测试传感器的压力时间为Is。该时间也是可调的。直至探测到的信号稳定，并且稳定的时间不低于预定时间长度，例如10s。此时，气压源发生器14停止放气，此时的动脉血管张力测试传感器的压力值即可以作为测试预检的结果并存储。在后续测试的过程中，除去由于手指指尖血管收缩和舒张带来的压力变化外，动脉血管张力测试传感器的压力始终维持该压力值，误差不超过0.5mmHg。正如前面所述，该压力值的范围介于30mmHg~90mmHg之间。
[0046]随后进行正式测量，测试传感器I和校正传感器2的电磁阀门9在处理装置18的指令下关闭，测试传感器I和校正传感器2中的测试腔5的压力维持在预检的结果范围内。
[0047]在测试中，被测者手指佩戴测试传感器I的前臂通过压力带施加一个压力于手臂，阻塞肱动脉，该过程的时间范围在2分钟~5分钟，通常选择3分钟左右。
[0048]动脉开始收缩后，血流减小，这种收缩会影响到密闭的测试腔5的压力变化，压力随之减小，而由于稳压装置11的压力一直保持恒定，因而，测试腔5的压力减小通过导管传递到压力测试腔10，与测试腔5相连通的压力测试腔10的A腔的压力也减小，造成压力测试腔10中的位移装置1a向减少A腔体积的方向移动。位移装置1a中含有例如位移传感器，能灵敏地测试位移装置移动的距离。
[0049]动脉开始舒张后，血流逐渐增大，密闭的测试腔5的压力随之增大，而由于稳压装置11的压力一直保持恒定，因而，测试腔5的压力增大通过导管传递到压力测试腔10，与测试腔5相连通的压力测试腔10的A腔的压力也增大，造成压力测试腔10中的位移装置1a向增加A腔体积的方向移动。
[0050]动脉开始阻塞后，动脉的血流相应减小，舒张的幅度也逐渐减小，测试腔5的压力变化幅度相应也减小。
[0051]当松开前臂的压力带，动脉血管血流急剧冲向下游血管，在剪切力的作用下，血管内皮释放出一氧化氮NO，血管反应性充血，急剧扩张，手指血管的扩张在松开前臂压力带后的几秒内达到最大，此时，测试腔5的压力达到最大增幅，位移装置1a向稳压装置11方向移动的距离幅度最大。随着血流的逐渐减小，血管舒张程度减小，测试腔5的压力增大幅度逐渐减小，位移装置1a逐渐回到原来的位置。
[0052]上述肱动脉阻塞前后测试传感器I测试过程中，校正传感器2同时也在进行测试，但是校正传感器2的测试过程没有采取肱动脉阻塞法，只测试正常血流手指的血管张力的变化，在此不再赘述。
[0053]上述两个测试过程中，测试装置测试过程中所有的相应位移装置1a的位移变化被变换成数字信号传输给处理装置并被储存。
[0054]由于心理短暂的刺激、环境的温度变化、噪音等各种因素的影响，对血管的张力具备干扰性，由于上述的影响因素同时影响双臂的血管变化，因而将校正传感器2测试的信号对测试传感器I测试出的信号进行校正，以排除非内皮功能因素的影响，提高信号的噪声比。例如校正传感器2的数据作为测试过程中的背景信号，通过从测试传感器I获得的信号扣除校正传感器2测试的信号来获得更为精确的测试结果。
[0055]肱动脉完全阻塞过程的时间范围在2分钟~8分钟，通常选择5分钟。肱动脉血流回复正常后的测试过程时间持续2分钟~5分钟，通常选择3分钟。
[0056]在上述肱动脉阻塞前后测试的3个过程中，当手指和用来固定的环形密封圈产生相对的位移，系统立即发出警告，测试失败。
[0057]上述测试过程完成后，电磁阀门9和电磁阀门6开启，气压源发生器14在处理装置18的指令下开始放气，测试腔5的压力开始减小。同时处理装置18指令稳压装置11维持压力测试腔10的压力与测试腔5的压力一致。环形密封圈4和8压力也随之减小，手指可抽离管状套管，测试结束。测得的数据可以存储在存储器中(未示出)。存储器可以是系统内置的存储器也可以是外置的存储器，可包括可移动的存储器和不可移动的存储器。
[0058]上述测试是以手指指尖以及相应的肱动脉阻塞法为例进行说明的，但是本领域技术人员应该明白可以选择并测试其他身体末端，例如脚趾等。
[0059]测到的身体末端血管张力的变化量通常以内皮功能指数进行表示测试可以被认为分为3个阶段:阻塞前、阻塞、阻塞后(即放气过程)。在一个实施例中，令阻塞前3分钟的压力为P1，该压力Pl是3分钟的平均值；令阻塞后(即放气过程)3分钟的压力为P2，该压力P2是3分钟的平均值；则内皮功能指数PAT = P2-P1。
[0060]在一个实施例中，可以用百分数来表达严重的程度，这可以在本地或远程完成处理。通过测得的身体末端血管张力的变化量，结合其他诊断数据就可以建立内皮功能指数与某些疾病对应的判断基准。
[0061]上述的变化量范围可以结合多种的影响因素，比如:年龄、身高、体重、性别、血压等。特别的，上述的采集过程可以涉及到时间的变化上的考虑。同时还可以兼顾到运动前后的变化。
[0062]通过临床测到的身体末端血管张力的变化量，结合多种诊断数据(包括年龄、身高、体重、性别、血压等)，可以帮助汇编成一个疾病判断的基准数据库，用来帮助诊断心血管疾病或心血管疾病趋向。该基准数据库可以存储在可移动存储介质中、网络服务器上、云端等等，用来作为实时测得的数据进行比较的基准，来帮助施测者对被测者进行诊断。
[0063] 例如，可以提供一种获得帮助诊断心血管疾病或心血管疾病趋向的中间数据的方法，包括:同时获得两组身体末端血管内皮功能测试数据，其中第一组测试数据是通过动脉阻塞法获得的，第二组测试数据是通过测试正常血流的血管张力的变化获得的；通过从第一组测试数据中扣除第二组测试数据已获得经校正的测试结果，所述经校正的测试结果表示测到的身体末端血管张力的变化量；访问储存数据库中的至少一组基准数据，将测试结果与基准数据进行比较以获得比较结果，其中所述比较结果可以作为帮助诊断心血管疾病或心血管疾病趋向的中间数据。
[0064]根据本发明的一个实施例，上述获得帮助诊断心血管疾病或心血管疾病趋向的中间数据的方法可以利用本发明的上述血管内皮功能分析系统来完成。所述储存数据库可位于本地、远程或云端，所述基准数据可通过实践或公知理论知识建立。