【doc】脑血流导纳图特征定性分析脑血管老化状态的研究

【doc】脑血流导纳图特征定性分析脑血管老化状态的研究 脑血流导纳图特征定性分析脑血管老化状 态的研究 108 ‘ 中国临床康复第9卷第5期2005.02.07出版 — Ch — in — e — s — e —— J —— o — u — r — m —— H ——— of——— C —— li — n —— ic — a —— l —— R — e — h —— a — b — i — l — i — t — a — t — io —— n — , —— F —— e — b — r — u — a —— r — y—— 7 —— 2 —— 0 — 0 —— 5 —— ! — /o —— l — . — 9 —— N —— o —— . — 5 ? 基础研究? 脑血流导纳图特征定性分析脑血管老化状态的研究? 周萍,夏翻,童隆正,马宇晶 周萍,夏捌,童隆正,马宇晶,首都医科大学生物医学工程学院计 算机教研室,北京市100054 周萍?,女,1966年生,河北省承德市人,汉族,1993年吉林大学毕 业.硕士,副教授,主要从事人工神经网络,生物信号分析的研究. eduhelg?@163.tom 电话:+86.10.63051474 中图分类号:R743文献标识码:A文章编 号:1671—5926(2005)05—0108—02 收稿日期:2004—12—15修回日期:2005—01—10(04/SN/YW) Agingstateofcerebralvesselsanalyzedwiththebrainadmit_ tancediagrammethodZhouPingXiaHang,TongLong?zheng,Ma Yu—iing ZhouP)ngXiaHangTongLong?zhengMaYu—iing,Departmentof ComputerScience,BiomedicalEngineeringCollege,CapitalUniversityof MedicalSciences,Beijing100054,China ZhouPing-k,Female,HanNationality,Bornin1966inChengdeCity, HebeiProvince,China,GraduatedfromJilinUniversityin1993,Master, Associateprofessor.Researchdirection:artificialneuralnetworkandbio— logicalsignalanalysis.eduhelp@163.com 10-63051474 Telephone:+86— Received:2oo4—12—15Accepted:2004—01—10 Abstract A耵:Toanalyzethestateofcerebralvesselsdetectedwithbrainadmittance diagrammethodthroughwaveletpacket. METHODS:TheexperimentwasperformedinUnionHospita1.Haidian HospitalandXuanwuHospitalfromApril2002toMay2003.Thearte~ electricaladmittancemodelwasestablished.Thewaveletpacktechnology wasusedtodisposetheadmittancediagramdataofthepatientsthatbelonged tothedifferentagestage.Thecharacteristicsofflexibilityandlubricitywere compared. RESULTS:Atierthewaveletpackwasused.itwasshownthattheolderthe patientwas,thelessflexibilityandlubrlcitywere. C0NCLUS10N:Bythemeansofwaveletpackanalyses.thebrainadmit. tancediagramcandetecttheagingofcerebralvesselsandtheoccurrenceof lesion. ZhouPXioHTongLZMaYJAgingstateofcerebralvesselsanalyzedwiththe brainadmiMancediagrammethod.ZhongguoLirwhuangKangfu2005;9c5l :108—9 cChinal 周萍,夏-堋,童隆正,马宇晶脑血流导纳图特征定性分析脑血管老化状态的研 究…中国临床康复,2005.9c5):108—91wwWzglckfcaml 摘要 目的:探讨借助小波分析手段,通过脑血流导纳图来有效检测脑血管状 态. 方法:实验于2002—04/2003—05在协和医院,海淀医院和宣武医院进 行,并建立血管导纳模型,利用小波包分解技术,对不同年龄段脑梗死 患者的导纳图进行处理,将表征血管弹性及血管壁光滑程度的两组特 征量进行对照. 结果:经小波包变换后的数据,可以看出随年龄的增大血管弹性减少, 光滑度降低. 结论:借助小波分析手段,脑血流图可以定性检测脑血管老化或是否发 生病变. 主词:脑梗塞;血流动力学;算法 0引言 目前脑血管疾病的诊断及防治是医学研究的一个重要方 面,中国临床诊断脑梗死的常用方法是用经颅多普勒超声仪 (TCD)对脑动脉血管血流速度进行检测1I,最先进的检测技术 是正电子发射断层(PET)检测【2_. 中国深圳市辉大高科技发展有限公司新近开发的ENG系 列导纳式双侧脑血流图自动检测仪,其工作原理是基于测量头 部表面前额及乳突之间的导纳变化,以此反映脑血管的功能状 态. 1对象和方法 设计:以诊断为依据的病例一对照研究. 单位:资料收集地点协和医院,海淀医院和宣武医院. 对象:2002—04/2003—05因啮梗死经CT检测确诊,住院 接受治疗的患者中知情并同意接受脑部导纳检测的病例,选取 27,37,47,57,67,77,85岁各l例,病程4,7d;排除:非初 次恼梗死病例.作为对照,也采集一位本单位27岁健康男性(对 实验知情同意)的导纳数据. 设计,实施,评估者:设计者:第一作者;资料收集者:第二, 四作者,李王月,”急性脑血管病导纳观察”(中华医学会导纳技术 全国推广中心课题协作项目)项目组;评估者,第三作者,采样单 盲法.都经过正规. 方法:仪器:使用设备是深圳市辉大高科技发展有限公司生 产的ENG系列导纳式双侧脑血流图自动检测仪. 小波分解原理:小波变换是近十几年来新兴的信号分析技 术,它具有传统分析手段不具备的优点.小波包分解树T的逻 辑结构如图1所示. 一一一,,,,一一,一一,一一一一一一一一一一,一一一一一一,一,一 ISSNl67l一5926CN2l—l470/R comkj’23385083@innrom周萍,等脑血流导纳图特征定性分析陋重量1状盔印 一 X一6)一(X一5一X一))一((X一3一X一2)一(X一l—XJ)】 物理含义:对于采样频率固定的离散信号三层haar小波 分解信号sss,分别代表以下物理含义:sSo信号经相邻 四点平滑滤波后得到的信号szo变化的速度;SSo信号经相邻 两点平滑滤波后得到的信号s..变化的加速度;SS.信号变化 的加速度的变化速度. 说明:由于滤波器中k取值不同以及采样频率不同,使得上 述分解信号不是严格物理定义下的速度和加速度,分解出来的 代表速度的信号sss,都与实际物理定义符号相反,代表 加速度的信号sss,却与实际物理定义符号相同,平滑滤 波也是按比例放大,而不是两点求平均】. 血管房室模型:对于图2a所示的一段光滑血管,可以用一 室模型来表述一段血管内血流的动态过程,如图2b所示, :厂———] ]厂 , a:一段光滑血管b:光滑血管的房室模型 图2光滑血管及其一室模型 I代表血液流人速度,O代表血液流出速度,A代表血管内 血量.利用物质平衡原理,可以得到其模型方程如下: =,一0 设血管长度为L,血管横截面积S=A/L,导纳为电阻的倒 数,因此导纳Y与s成正比,与L成反比,由于L通常可当做常 数’因此导纳撼即警(A) 对于内有阻塞物的血管可用简化为二室模型或多室模型 来描述,见图3. 二=[一t—罡母.一]n厂’I:l”l:::I a:一段部分阻塞的血管b:图a对应的房室模型 图3内含一处阻塞物的血管及其二室模型 = l一? =口一0 111 YY1Y2,, y=*= 电导纳图(简称导纳图)是在电阻抗图的基础上发展起来 的,其技术原理是用测定体表两点之间的导纳变化来反映体内 物质或功能方面的情况. 对应脑血流图上升阶段,由A式可知,若血管弹性越小, = J一0达到最大值所用的时间越短;若血管中不平滑,由 B式可知,则对应的导纳Y的曲线也会出现波动;而这两种特 征均可以由小波变换后的结果准确捕捉到. 109 主要观察指标:利用导纳式双侧脑血流图自动检测仪记录 的数据,对其中代表血管扩张时段的数据(I相数据)进行小波分 解变换,观察能够反映血管扩张速度的S3.波形及反映血管内部 平滑程度的s波形,探讨随年龄的增长而产生的变化趋势. 2结果 图4是上述8例男性右脑导纳原始数据以及经过三层小波 包变换后的sss,数据,Nol为27岁健康男性,其余均为患 者,No2为27岁,依次向上,No7为77岁,No8为85岁. No.1 No.2一 N0.3一 No.4 一 No.5一 No.6一 No,7一 No.8 图4原数据及小波包分解后的数据 Rdy为仪器测得的右脑导纳一相数据,S,.表征血流速度, 反映血管的弹性,弹性越大则达到最大值时间越长,随年龄的增 大达到最大值的时间缩短,由于小波变换符号与实际相反,从图 中显示的是负值;S,,表征血流加速度,反映血管壁的平滑程度, 血管壁光滑其拐点较少,随年龄的增大其曲线越来越不平滑;以 上两点都是符合生理意义的.S,表征血流加速度变化的速度, 其内部所含的信息有待进一步研究. 3讨论 Latka等指出,生理信号,例如脑血流时间序列,是由生物 自身复杂的自调节系统生成的,因此具有较大范围的可接受 值.因此对分析方法进行探索是必要的,例如:Zhang等研究 人类脑血流动力学的自调节传递函数,Keunen等应用混沌动 力学,Rossittti等使用分形方法,West等使用多分形等不同 方法对脑血流进行分析,作者目前采用的小波变换方法作为一 种分析方法的可行性探讨是有着积极意义的. 结论:作者得到结论,借助小波分析手段,ENG系列导纳式 双侧脑血流图自动检测仪测是可以定性反映脑血管老化情况, 但是其检测程度及效果有待于将全部采集的数据进行进一步统 计分析. 4参考文献 l张雄伟,牛俊英,张红丽,等.经颅多普勒评估偏头痛发作间歇期患者 的脑 血流状况【J】中国临床康复.2004,8(19):3802—3 2杨吉刚.马云川PET在脑疾病诊治和脑科学研究中的应用【J】.中 国临床 康复.2004,8(4):699—70l 3周萍,夏.羽,童隆正.小波包分析在脑血流动力学研究中的应用【J】. 中国 临床康复,2004,8(1):72—3 4LatakM,Glauhic-LatakM,htakD,ecalFractalridiinmigr8ine.Chaos SolitOlt$Fractals2004;20:l65—70 5ZhangR,ZucssittiS.StephensenHTemporalheterogeneityofthebloodflo wvelocitvalthe middlecerebralarteryinthenormalhumancharacterizedbfractalanalysi$.A c, PhysiolScand1994:151:191—8 8WestBJ,htakM,Glaubic.LatakM,e,a1.Multifractalityofeerebralblood flow.PhysicA2003:318:453—60