李思琦，申華,2，朱勇，梁舜，覃開(kāi)蓉

1.大連理工大學(xué) 電信學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程系，遼寧 大連 116024；2.大連東軟信息學(xué)院 電子工程系，遼寧 大連 116023

一種評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能的電阻抗信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)

李思琦1，申華1,2，朱勇1，梁舜1，覃開(kāi)蓉1

1.大連理工大學(xué) 電信學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程系，遼寧 大連 116024；2.大連東軟信息學(xué)院 電子工程系，遼寧 大連 116023

動(dòng)脈內(nèi)皮功能受損或者功能障礙是動(dòng)脈硬化早期的主要表現(xiàn)。定量評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)心血管功能異常，從而為心腦血管疾病的早期診斷和治療提供一定的依據(jù)。目前臨床上主要采用彩色超聲多普勒技術(shù)檢測(cè)肱動(dòng)脈血流介導(dǎo)擴(kuò)張（FMD）來(lái)評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能。雖然這種檢測(cè)方法精確度與分辨率更高，但設(shè)備相對(duì)昂貴，操作復(fù)雜。本文提出一種基于前臂電阻抗信號(hào)的肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能檢測(cè)與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)FMD實(shí)施前后前臂的生物電阻抗信號(hào)，并運(yùn)用小波分析技術(shù)對(duì)前臂生物電阻抗信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，包括特征頻率、絕對(duì)能量、平均幅值，以及FMD實(shí)施前后這些特征量的相對(duì)變化率。由于FMD實(shí)施前后前臂電阻抗信號(hào)的變化主要由前臂動(dòng)脈管徑的變化引起，因此，本文提出的前臂電阻抗信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)為定量評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能提供了一種新思路。與目前臨床上使用的內(nèi)皮功能檢測(cè)方法相比，本文提出的電阻抗信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、快速便捷的特點(diǎn)，不僅能用于家庭或社區(qū)醫(yī)療的監(jiān)測(cè)，并且可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，為進(jìn)一步研制智能可穿戴電阻抗動(dòng)脈功能監(jiān)測(cè)儀器提供了一定的方法學(xué)基礎(chǔ)。

肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能；生物電阻抗信號(hào)；小波分析；特征頻率；絕對(duì)能量；平均幅值

1 研究背景

近年來(lái)，因心腦血管疾病發(fā)病和死亡人數(shù)急劇增多，治療費(fèi)用也急劇增加，給患者家庭和社會(huì)帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。動(dòng)脈硬化作為一種全身性的病理變化過(guò)程，會(huì)直接導(dǎo)致重要臟器的損壞，已成為心腦血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因子之一[1-6]。動(dòng)脈內(nèi)皮功能受損或者功能障礙是動(dòng)脈硬化早期的主要表現(xiàn)[7]。

動(dòng)脈內(nèi)皮作為血管流動(dòng)和血管壁之間的功能性屏障，不僅維持血管結(jié)構(gòu)的完整，還在調(diào)節(jié)血管細(xì)胞生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)抗凝及纖溶系統(tǒng)、介導(dǎo)炎癥與免疫、調(diào)節(jié)白細(xì)胞與血小板在血管內(nèi)皮粘附、調(diào)節(jié)脂質(zhì)氧化、調(diào)節(jié)血管通透性等方面扮演十分重要的角色[7-9]。如果動(dòng)脈內(nèi)皮功能受損或者功能障礙，血液中的脂肪會(huì)進(jìn)入血管壁，與中膜的平滑肌細(xì)胞相互作用，最終在動(dòng)脈壁形成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊[10]。因此，正確評(píng)價(jià)動(dòng)脈內(nèi)皮功能、及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈內(nèi)皮功能異常，對(duì)于心腦血管疾病的早期預(yù)警起著至關(guān)重要的作用[11-12]。

肱動(dòng)脈不僅是測(cè)量血壓的部位，也是檢測(cè)全身動(dòng)脈功能的一個(gè)重要“窗口”。Celermajer等[13]使用超聲多普勒技術(shù)無(wú)創(chuàng)傷檢測(cè)肱動(dòng)脈血流介導(dǎo)性擴(kuò)張（Flow-Mediated Dilation，F(xiàn)MD）引起的動(dòng)脈管徑擴(kuò)張率評(píng)估動(dòng)脈內(nèi)皮功能。隨后的一系列研究[11,14]表明通過(guò)FMD評(píng)估的肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能與心臟冠狀動(dòng)脈的功能緊密相關(guān)。目前，利用高空間分辨率的超聲多普勒技術(shù)測(cè)量肱動(dòng)脈FMD評(píng)估內(nèi)皮功能被美國(guó)心臟學(xué)會(huì)認(rèn)為是一項(xiàng)“有前途的技術(shù)”，已成為臨床診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”[8]。然而，用該方法檢測(cè)動(dòng)脈管徑的變化需要對(duì)動(dòng)脈管徑進(jìn)行精確定位，不僅操作程序煩瑣、耗時(shí)，而且相關(guān)的儀器設(shè)備笨重、價(jià)格昂貴，不便于推廣到社區(qū)或者家庭簡(jiǎn)單使用。

生物電阻抗（Electrical Bio-Impedance，EBI）技術(shù)[15]是利用生物組織與器官的電特性及其變化規(guī)律提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)信息的檢測(cè)技術(shù)，基本測(cè)量方式是在體外（表）向檢測(cè)對(duì)象施加安全的電磁激勵(lì)（電流、電壓、電磁場(chǎng)），在體外（表）檢測(cè)相應(yīng)電阻抗的變化獲取相關(guān)的信息。其特點(diǎn)是無(wú)創(chuàng)、無(wú)害，廉價(jià)、操作簡(jiǎn)單和功能信息豐富，盡管精度較低，但易于被受試者接受。本文利用生物電阻抗技術(shù)測(cè)量肱動(dòng)脈FMD實(shí)施前后前臂生物電阻抗信號(hào)，對(duì)檢測(cè)的生物電阻抗信號(hào)進(jìn)行小波分析，提出了一種能夠分析肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能的簡(jiǎn)便方法。基于該方法，設(shè)計(jì)出一種具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)的動(dòng)脈內(nèi)皮功能的電阻抗信號(hào)檢測(cè)分析裝置。

2 原理與方法

用氣袖無(wú)創(chuàng)傷阻斷肱動(dòng)脈血流3～5 min后釋放，將引起下游前臂動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境特別是作用于動(dòng)脈內(nèi)皮的壁面剪應(yīng)力發(fā)生改變，改變的剪應(yīng)力將誘發(fā)前臂動(dòng)脈內(nèi)皮釋放血管舒張因子一氧化氮（NO），進(jìn)一步引起前臂動(dòng)脈的管徑發(fā)生改變，這一過(guò)程稱為FMD。在該過(guò)程中前臂動(dòng)脈管徑的變化引起前臂動(dòng)脈的總電阻抗發(fā)生改變。通過(guò)檢測(cè)靜息狀態(tài)和FMD實(shí)施后電阻抗信號(hào)的變化情況可以反映FMD引起的動(dòng)脈管徑變化，從而達(dá)到間接評(píng)估動(dòng)脈內(nèi)皮功能的目的。

前臂可看成一個(gè)電導(dǎo)體，其電阻抗由前臂內(nèi)所有動(dòng)脈、靜脈、皮膚、肌肉、骨骼和其他組織的電導(dǎo)特性共同決定。由于FMD過(guò)程中只有動(dòng)脈血流的電阻抗特性才發(fā)生明顯變化，因此所測(cè)量的前臂電阻抗的改變就是前臂動(dòng)脈段電阻抗的改變。將前臂內(nèi)的動(dòng)脈等效于一個(gè)縱向長(zhǎng)度L不變的圓筒形腔室，其半徑R則在動(dòng)脈正常搏動(dòng)和FMD實(shí)施過(guò)程中發(fā)生改變（圖1），該動(dòng)脈段的電阻抗Za表達(dá)為

式中，σ為血液電導(dǎo)率。

假定除動(dòng)脈外的組織和器官總阻抗為常量Zp，則前臂總電阻抗Z為Zp和Za的并聯(lián)，表示為

進(jìn)一步假定外圍組織和器官的阻抗Zp在FMD實(shí)施前后保持不變，則對(duì)公式(2)兩邊微分可得到

由于Zp＞＞Za，可近似為

即，前臂電阻抗Z的改變就是前臂內(nèi)動(dòng)脈電阻抗Za的改變。另外，從公式(1)可以看出，前臂動(dòng)脈電阻抗Za的變化主要取決于動(dòng)脈內(nèi)半徑R的變化。

圖1 前臂動(dòng)脈的等效圓筒模型

假定靜息狀態(tài)的前臂電阻抗信號(hào)為Z0(t)，F(xiàn)MD實(shí)施后的前臂電阻抗信號(hào)為ZF(t)，選擇Morlet母小波對(duì)連續(xù)的電阻抗波形Z0(t)和ZF(t)進(jìn)行小波分析，可得到具有五個(gè)特征峰的頻譜圖，頻率區(qū)間為0.01～5.0 Hz，每個(gè)特征峰對(duì)應(yīng)不同的頻率區(qū)間，反映了五種不同的生理活動(dòng)[16-17]。其中，頻率區(qū)間0.01～0.1 Hz對(duì)應(yīng)動(dòng)脈內(nèi)皮的生理活動(dòng)[16-17]，計(jì)算頻譜圖中該頻率區(qū)間的特征頻率fc，絕對(duì)能量Ec，平均幅值A(chǔ)c。分別表達(dá)如下[18]

（1）特征頻率fc

則fc為頻率區(qū)間[fc1,fc2]內(nèi)的特征頻率。

（2）絕對(duì)能量Ec

（3）平均幅值A(chǔ)c

其中，Ec(fc1,fc2)表示信號(hào)在頻率間隔[fc1,fc2]和時(shí)間間隔[t1,t2]內(nèi)的能量。Ac(fc1,fc2)表示在頻率間隔[fc1,fc2]和時(shí)間間隔[t1,t2]內(nèi)的平均小波幅值。

這樣，利用上述方法對(duì)FMD實(shí)施前的電阻抗信號(hào)Z0(t)進(jìn)行分析，可得FMD實(shí)施前的3個(gè)特征參數(shù)：fc0，Ec0，Ac0，對(duì)FMD實(shí)施后的電阻抗信號(hào)ZF(t)進(jìn)行類似分析，可得FMD實(shí)施后的另外3個(gè)特征參數(shù)：fcF，EcF，AcF，進(jìn)一步，計(jì)算特征頻率、絕對(duì)能量、平均幅值在FMD實(shí)施前后的相對(duì)變化百分比，分別表示為

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于以上所述的原理和方法，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能的電阻抗信號(hào)檢測(cè)與分析裝置，見(jiàn)圖2。該裝置包括檢測(cè)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)兩部分（圖3），其中檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)前臂生物電阻抗信號(hào)；而分析系統(tǒng)主要基于小波分析技術(shù)分析計(jì)算各項(xiàng)生物電阻抗信號(hào)特征參數(shù)[18]。圖3(a)用于檢測(cè)前臂生物電阻抗信號(hào)的測(cè)量裝置包括前臂上雙電極、前臂下雙電極、高頻低幅恒流源發(fā)生器、交流電壓檢測(cè)電路、信號(hào)放大器、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)。該測(cè)量裝置的前臂上雙電極置于待測(cè)手臂的上部，前臂下雙電極置于待測(cè)手臂的下部見(jiàn)圖3(b)；高頻低幅恒流源發(fā)生器和一對(duì)前臂上下電極構(gòu)成電流回路；另一對(duì)前臂上下電極和交流電壓檢測(cè)電路構(gòu)成回路檢測(cè)電壓變化。高頻低幅恒流源發(fā)生器給前臂上電極和前臂下電極加一個(gè)一定頻率ω的高頻低幅的恒流電源，使前臂通過(guò)一個(gè)強(qiáng)度恒定的交流電流I，這樣在前臂長(zhǎng)度為L(zhǎng)段兩端就建立起一定的交流電壓U。交流電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到的交流電壓U經(jīng)放大器、濾波、A/D轉(zhuǎn)換將模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，并根據(jù)如下公式(12)計(jì)算電阻抗Z隨時(shí)間的變化曲線：

由公式(12)計(jì)算的電阻抗信號(hào)存入計(jì)算機(jī)。

圖2 評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能的電阻抗信號(hào)檢測(cè)與分析裝置實(shí)物圖

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

分析系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能參數(shù)計(jì)算模塊、顯示屏、硬盤(pán)等構(gòu)成。將檢測(cè)系統(tǒng)輸出的電阻抗信號(hào)作為原始數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行小波分解去噪，基于去噪后的前臂電阻抗信號(hào)，根據(jù)公式(5)～(11)分別計(jì)算描述肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能的信號(hào)特征參數(shù)，包括fc0，Ec0，Ac0，fcF，EcF，AcF，Δf，ΔE，ΔA。本系統(tǒng)的軟件部分采用C++實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)病例創(chuàng)建、電阻抗波形顯示、性能選擇（包括量程、增益、采樣率和采樣時(shí)間的選擇）、以及分析計(jì)算結(jié)果的保存和打印。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)方案

隨機(jī)選擇7名年齡22～23歲的健康大學(xué)生作為受試者，所有受試者血壓、心率正常，沒(méi)有心腦血管疾病。受試者在實(shí)驗(yàn)前了解本實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)流程以及可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，并簽署書(shū)面知情同意書(shū)。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，將檢測(cè)裝置的電極置于待測(cè)前臂的上下兩端，上下電極距離1.5 cm，用常規(guī)水銀血壓計(jì)自帶的氣袖作為肱動(dòng)脈加壓裝置。首先檢測(cè)并記錄FMD實(shí)施前靜息狀態(tài)前臂電阻抗信號(hào)Z0(t)；用血壓計(jì)自帶的氣袖給肱動(dòng)脈加壓，阻斷肱動(dòng)脈血流3分鐘后釋放，記錄釋放后的前臂電阻抗信號(hào)ZF(t)。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖4顯示的是利用本文裝置所檢測(cè)的受試者1在FMD實(shí)施前后一段前臂電阻抗信號(hào)的對(duì)比。FMD實(shí)施后前臂電阻抗信號(hào)的幅值小于FMD實(shí)施前的幅值，根據(jù)公式(1)可知，F(xiàn)MD實(shí)施后前臂動(dòng)脈管徑增大，這符合血流介導(dǎo)的肱動(dòng)脈擴(kuò)張現(xiàn)象。圖4所示的電阻抗信號(hào)進(jìn)行小波變換，得到的受試者1在FMD實(shí)施前后電阻抗信號(hào)頻譜圖的比較見(jiàn)圖5。

圖4 受試者No. 1在FMD實(shí)施前后一段前臂電阻抗信號(hào)的對(duì)比

圖5 受試者No.1在FMD實(shí)施前后電阻抗信號(hào)頻譜圖的比較

研究表明[16-17]，人體血流信號(hào)的頻譜可劃分出五個(gè)頻帶，每個(gè)頻帶代表不同的生理活動(dòng)見(jiàn)表1。觀察圖5可發(fā)現(xiàn)，頻帶II、III和IV的特征峰不夠明顯，說(shuō)明神經(jīng)活動(dòng)、肌源性活動(dòng)和呼吸活動(dòng)對(duì)應(yīng)的前臂電阻抗信號(hào)頻譜特征峰不明顯，造成這種現(xiàn)象的原因還有待于進(jìn)一步探究；而頻帶I和頻帶V的特征峰明顯，且FMD實(shí)施前后特征峰值可產(chǎn)生明顯變化，說(shuō)明內(nèi)皮活動(dòng)和心臟活動(dòng)對(duì)應(yīng)的前臂電阻抗信號(hào)頻譜特征峰明顯，且在FMD實(shí)施前后變化明顯。鑒于本文系統(tǒng)主要用于評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能，因此只對(duì)圖5中頻帶I對(duì)應(yīng)的內(nèi)皮細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)行分析。

表1 人體血流信號(hào)頻譜的頻帶劃分[16-17]

表2列出了7名受試者在FMD實(shí)施前后前電阻抗信號(hào)9個(gè)特征參量，包括FMD實(shí)施前的特征頻率fc0、絕對(duì)能量Ec0和平均幅值A(chǔ)c0，F(xiàn)MD實(shí)施后的特征頻率fcF、絕對(duì)能量EcF和平均幅值A(chǔ)cF，以及特征頻率、絕對(duì)能量和平均幅值在FMD實(shí)施前后的相對(duì)變化百分比Δf、ΔE和ΔA。從表2中可以看出，在FMD實(shí)施前后，特征頻率的相對(duì)變化絕對(duì)值在3.16%以內(nèi)；FMD實(shí)施后絕對(duì)能量和平均幅值均減小。但由于個(gè)體差異，不同的受試者性別、年齡、身高、體重不同，導(dǎo)致其身體狀況、健康程度、生理功能都不同，因此動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞活動(dòng)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)能量和平均幅值的相對(duì)減小量存在較大的差異。

5 結(jié)論與展望

正確評(píng)價(jià)動(dòng)脈內(nèi)皮功能心腦血管疾病的預(yù)警起著至關(guān)重要的作用，本文利用生物電阻抗技術(shù)測(cè)量肱動(dòng)脈FMD實(shí)施前后前臂生物電阻抗信號(hào)，并基于小波分析的方法設(shè)計(jì)出一種具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)的動(dòng)脈內(nèi)皮功能的電阻抗信號(hào)檢測(cè)分析裝置。

針對(duì)測(cè)量的前臂電阻抗信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以提取到5個(gè)頻段的特征參數(shù)，分別是內(nèi)皮細(xì)胞活動(dòng)、神經(jīng)活動(dòng)、肌原性活動(dòng)、呼吸活動(dòng)和心臟活動(dòng)，其中與肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能相關(guān)的是內(nèi)皮細(xì)胞活動(dòng)。通過(guò)對(duì)比計(jì)算FMD實(shí)施前后的特征參數(shù)變化量，發(fā)現(xiàn)FMD實(shí)施后特征頻率基本不變，絕對(duì)能量、平均幅值均發(fā)生了不同程度的減小。由于FMD實(shí)施前后前臂電阻抗信號(hào)的變化主要由前臂動(dòng)脈管徑的變化引起，因此，可以認(rèn)為前臂電阻抗信號(hào)的變化反映了前臂動(dòng)脈管徑的變化，即內(nèi)皮的功能。本文提出的前臂電阻抗信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)為定量評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能提供了一種新思路。盡管本文初步的研究結(jié)果表明，F(xiàn)MD實(shí)施前后前臂電阻抗信號(hào)的這些特征參數(shù)發(fā)生了不同程度的變化，然而，我們?nèi)孕枰獙?duì)更多的樣本進(jìn)行測(cè)量與分析，通過(guò)對(duì)比健康對(duì)照人群與有動(dòng)脈功能受損的疾病患者的前臂生物電阻抗信號(hào)，獲得健康對(duì)照人群的各個(gè)特征參數(shù)變化量和不同患者的特征參數(shù)變化量，以便建立評(píng)估規(guī)則，為進(jìn)一步臨床評(píng)估肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能提供參考。

本文提出的檢測(cè)與分析系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于家庭及社區(qū)的醫(yī)療檢測(cè)。隨著智能手機(jī)與可穿戴醫(yī)療設(shè)備的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，本文研究也為進(jìn)一步研制智能可穿戴電阻抗動(dòng)脈功能監(jiān)測(cè)儀器提供了一定的方法學(xué)基礎(chǔ)。

表2 FMD實(shí)施前后前臂電阻抗信號(hào)特征量的比較

[1]Laurent S,Boutouyrie P,Asmar R,et al.Aortic stiffness is an independent predictor of all-cause and cardiovascular mortality in hypertensive patients[J].Hypertension,2001,37(5):1236-1241.

[2]O’rourke MF,Mancia G.Arterial stiffness[J].J Hypertens,1999,17(1):1-4.

[3]Iannuzzi A,Licenziati MR,Acampora C,et al.Carotid artery stiffness in obese children with the metabolic syndrome[J].Am J Cardiol,2006,97(4):528-531.

[4]Favero G,Paganelli C,Buffoli B,et al.Endothelium and its alterations in cardiovascular diseases:life style intervention[J].Biomed Res Int,2014,2014:801896.

[5]Ramos-Casals M.The ill endothelium:how atherosclerosis begins in lupus[J].Rheumatology,2014,53(4):583-585.

[6]呂輝洋,劉璐,劉青,等.頸動(dòng)脈粥樣硬化在動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的研究新進(jìn)展[J].心血管病防治知識(shí):學(xué)術(shù)版,2015,(2):136-139.

[7]Ross R,Glomset JA.Atherosclerosis and the Arterial Smooth Muscle Cell[J].Science,1973,180(4093):1332-1339.

[8]Anderson TJ.Assessment and treatment of endothelial dysfunction in humans[J].J Am Coll Cardiol,1999,34(3):631-638.

[9]王慧群,陳愛(ài)華.血管內(nèi)皮與動(dòng)脈粥樣硬化[J].醫(yī)學(xué)綜述,2008,14(4):598-600.

[10]林艾雯,陳竹君.動(dòng)脈粥樣硬化與內(nèi)皮細(xì)胞損傷機(jī)制的研究進(jìn)展[J].嶺南心血管病雜志,2015,21(4):580-582.

[11]Anderson TJ,Uehata A,Gerhard MD,et al.Close relation of endothelial function in the human coronary and peripheral circulations[J].J Am Coll Cardiol,1995,26(5):1235-1241.

[12]葛念嶧,馮新恒,謝道銀,等.冠心病血管內(nèi)皮功能的無(wú)創(chuàng)評(píng)估[J].臨床心血管病雜志,2000,16(11):491-494.

[13]Celermajer DS,Sorensen KE,Gooch VM,et al.Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis[J].Lancet(London,England),1992,340 (8828):1111-1115.

[14]Takase B,Uehata A,Akima T,et al.Endothelium-dependent flow-mediated vasodilation in coronary and brachial arteries in suspected coronary artery disease[J].Am J Cardiol,1998,82 (12):1535-9,A7-8.

[15]董秀珍.生物電阻抗技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2004,21(6):311-317.

[16]Benedi?i? M,Bernjak A,Stefanovska A,et al.Continuous wavelet transform of laser-Doppler signals from facial microcirculation reveals vasomotion asymmetry[J].Microvasc Res,2007,74(1):45-50.

[17]Stefanovska A,Bracic M,Kvernmo HD.Wavelet analysis of oscillations in the peripheral blood circulation measured by laser Doppler technique[J].IEEE Trans Biomed Eng,1999,46(10):1230-1239.

[18]覃開(kāi)蓉,李思琦,申華,et al.一種肱動(dòng)脈內(nèi)皮功能的電阻抗檢測(cè)分析裝置及方法[P].中國(guó)專利:201610092345.3,2016-02-19. (已公開(kāi))

Detecting and Analyzing System for Brachial Artery Endothelial Function

The damage or dysfunction of arterial endothelial function is the primary performance at the early stage of atherosclerosis. Quantitative evaluation of brachial artery endothelial function is helpful to discover the cardiovascular dysfunction in time,thus provides some evidence for the early diagnosis and treatment of cardiovascular and cerebrovascular diseases. To date,brachial artery endothelial function is evaluated at clinic by measuring the brachial fow-mediated vasodilation (FMD) with a Color Doppler Ultrasonography. Although the accuracy and resolution of this method are much higher,its equipment is relatively expensive,and its operation is very complicated. In this study,a detecting and analyzing system is proposed for evaluating brachial artery endothelial function based on forearm biological electrical impedance signal. By detecting forearm biological impedance signal before and after brachial FMD,the characteristic parameters of biological electro-impedance signals,including characteristic frequency,absolute energy,average amplitude and their relative alteration rate,are calculated using wavelet analysis technology. As the changes in the forearm biological electro-impedance before and after FMD are mainly caused by the changes in the brachial arterial diameter,the detecting and analyzing system of forearm biological electro-impedance signal would provide a new idea for evaluating quantitatively brachial artery endothelial function. In comparison with existing methods at clinic,the detecting and analyzing system of forearm biological electro-impedance signal is detection-simpler,cheaper,more practical and convenient,it can not only be used in the family or community medicine,but also realize on-line detection and provide with a methodology base for further development of the intelligent and wearable electrical impedance analyzer for monitoring arterial function.

arterial endothelial function;biological impedance signal;wavelet analysis;characteristic frequency;absolute energy;average amplitude

LI Si-qi1,SHEN Hua1,2,ZHU Yong1,LIANG Shun1,QIN Kai-rong1
1.Department of Biomedical Engineering,Faculty of Electronic Information and Electrical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China;2.Department of Electronic Engineering,Dalian Neusoft University of Information,Dalian Liaoning 116023,China

TP274;R54

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.09.003

1674-1633(2016)09-0009-05

2016-08-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31370948）；遼寧省公益研究科學(xué)基金項(xiàng)目（2014001027）。

覃開(kāi)蓉，教授。

通訊作者郵箱：krqin@dlut.edu.cn