CN111449637B - 一种动静脉内瘘血管的评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动静脉内瘘血管的评价系统及方法，涉及神经网络领域。包括：可穿戴式声纹采集端，穿戴于病患的造瘘部位；声纹云平台，连接可穿戴式声纹采集端，其包括：血管参数映射数据库，保存若干训练数据集合和神经网络模型；分析单元，将声纹信息输入神经网络模型以获得相应的血管参数；比较单元，用于将血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较，输出血管参数及相应的健康提示或告警信息；移动端，获取并显示血管参数、健康信息和告警信息。具有以下有益效果：通过神经网络模型完成病人动静脉内瘘血管的血管参数健康状态的实时评价，提高动静脉内瘘血管病人的生存概率。

Description

一种动静脉内瘘血管的评价系统及方法

技术领域

本发明涉及神经网络领域，尤其涉及一种动静脉内瘘血管的评价系统及方法。

背景技术

动脉和静脉之间的通道被称为动静脉内瘘，动静脉内瘘手术是将自己的动脉和邻近的浅表静脉在皮下切开缝合到一起，使动脉血可以直接流入静脉。动静脉内瘘是维持血液透析患者的生命线，维护好动静脉内瘘的良好功能就可以提高尿毒症患者血液透析治疗的质量，延长患者的生存时间。

因此，临床需要一种简易的可穿戴式的动静脉内瘘的适时评价技术，为医生提供关于动静脉内瘘血管功能的准确评价，从而能及时准确地处理和预防各种动静脉内瘘的并发症。

本发明为了解决上述问题，发明了一种动静脉内瘘血管的评价系统，对声纹传感器采集的动静脉内瘘血管的血管参数进行高效和实时监测，并通过神经网络模型完成病人动静脉内瘘血管的血管参数健康状态的实时评价，提高动静脉内瘘血管病人的生存概率。病人端或者医生端连接本发明一种动静脉内瘘血管的评价系统，医生或者病人可以通过移动端实时查看或接受评价报告，方便又实用。

发明内容

本发明为了解决上述问题，现提出一种动静脉内瘘血管的评价系统，包括：

可穿戴式声纹采集端，穿戴于病患的造瘘部位，用于实时采集所述造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息并输出；

声纹云平台，连接所述可穿戴式声纹采集端，所述声纹云平台包括：

血管参数映射数据库，用于保存若干训练数据集合，每个所述训练数据集合包括所述声纹信息与所述声纹信息相映射的血管参数，并保存有根据各所述训练数据集合训练得到的神经网络模型；

分析单元，连接所述血管参数映射数据库，用于将所述声纹信息输入所述神经网络模型以获得相应的所述血管参数；

比较单元，连接所述分析单元，用于将所述血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较，并在所述血管参数小于所述血管参数阈值时输出所述血管参数及相应的健康提示，以及在所述血管参数不小于所述血管参数阈值时输出所述血管参数及相应的告警信息；

移动端，连接所述声纹云平台，用于获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供相关人员进行查看。

优选的，所述声纹云平台还包括一更新单元，分别连接所述血管参数映射数据库和所述分析单元，用于将所述声纹信息和所述神经网络模型分析得到的所述血管参数作为所述训练数据集合存入所述血管参数映射数据库中，以对所述血管参数映射数据库进行更新。

优选的，所述可穿戴式声纹采集端与所述声纹云平台通过NB-iot或4G网络建立通信连接。

优选的，所述声纹云平台和所述移动端通过移动运营商网络建立通信连接。

优选的，所述可穿戴式声纹采集端包括：

可穿戴式声纹传感器，用于实时采集所述造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息；

声纹底层电路，连接所述可穿戴式声纹传感器，用于对所述声纹信息进行调理后输出。

优选的，所述调理包括对所述声纹信息进行阻抗匹配，和/或信号放大，和/或噪声抑制。

优选的，所述可穿戴式声纹传感器包括：

弹性臂带，用于穿戴贴合于病患的造瘘部位；

环绕滑动带，环绕并紧密贴合设置在所述弹性臂带的外围；

声纹传感器，设置在所述环绕滑动带上；

预应力拉紧带，所述预应力拉紧带分别连接所述环绕滑动带和所述声纹传感器，用于将所述环绕滑动带拉紧贴合到弹性臂带上，且所述声纹传感器能够实时检测到所述预应力拉紧带的拉力变化，并将所述拉力变化转换成所述声纹信息。

优选的，所述声纹传感器为PVDF压电膜，所述PVDF压电膜的两侧分别设有一正电极和一负电极，且所述正电极和和所述负电极分别向外引出形成一引出正电极，和一引出负电极。

优选的，所述移动端包括：

医生端，用于获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供医生进行查看；

和/或病患端，用于获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供病患进行查看。

一种动静脉内瘘血管的评价方法，应用于动静脉内瘘血管的评价系统，包括：

步骤S1，实时采集所述造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息并输出；

步骤S2，将所述声纹信息输入所述神经网络模型以获得相应的所述血管参数；

步骤S3，将所述血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较，

若所述血管参数小于所述血管参数阈值，则输出所述血管参数及相应的健康提示；

若所述血管参数不小于所述血管参数阈值，则输出所述血管参数及相应的告警信息。

步骤S4，获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供相关人员进行查看。

具有以下有益效果：

本发明对声纹传感器采集的动静脉内瘘血管的声纹信息进行高效和实时监测，并通过神经网络模型完成病人动静脉内瘘血管的血管参数健康状态的实时评价，提高动静脉内瘘血管病人的生存概率，同时医生或者病人可以通过移动端远程连接本发明一种动静脉内瘘血管的评价系统，实时查看或接受血管参数的评价报告，方便又实用。

附图说明

图1为本发明较佳的实施例中，一种动静脉内瘘血管的评价系统的结构示意图；

图2为本发明较佳的实施例中，完整的脉搏波形图；

图3为本发明较佳的实施例中，正常的脉搏波形图；

图4为本发明较佳的实施例中，主动脉瓣狭窄的波形图；

图5为本发明较佳的实施例中，主动脉瓣闭锁不全的波形图；

图6为本发明较佳的实施例中，动脉硬化的波形图；

图7为本发明较佳的实施例中，可穿戴式声纹传感器的结构示意图；

图8为本发明较佳的实施例中，一种动静脉内瘘血管的评价方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明为了解决上述问题，现提出一种动静脉内瘘血管的评价系统，包括：

可穿戴式声纹采集端1，穿戴于病患的造瘘部位，用于实时采集造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息并输出；

声纹云平台2，连接可穿戴式声纹采集端1，声纹云平台2包括：

血管参数映射数据库21，用于保存若干训练数据集合，每个训练数据集合包括声纹信息与声纹信息相映射的血管参数，并保存有根据各训练数据集合训练得到的神经网络模型；

分析单元22，连接血管参数映射数据库21，用于将声纹信息输入神经网络模型以获得相应的血管参数；

比较单元23，连接分析单元22，用于将血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较，并在血管参数小于血管参数阈值时输出血管参数及相应的健康提示，以及在血管参数不小于血管参数阈值时输出血管参数及相应的告警信息；

移动端3，连接声纹云平台3，用于获取并显示血管参数、健康信息和告警信息，以供相关人员进行查看。

具体地，本实施例中，本发明对可穿戴式声纹传感器采集的动静脉内瘘血管的声纹信息进行高效和实时监测，并通过神经网络模型完成病人动静脉内瘘血管的血管参数健康状态的实时评价，提高动静脉内瘘血管病人的生存概率，同时医生或者病人可以通过移动端远程连接本发明一种动静脉内瘘血管的评价系统，实时查看或接受评价报告，方便又实用。

目前，针对脉象的提取主要包括：压阻式脉搏传感器，但压阻式脉搏传感器结构较为简单，虽然动态范围宽，但其受环境温度等影响较大，精度高的压阻式传感器制作工艺复杂，造价较高；压磁式脉搏传感器，压磁式脉搏传感器结构简单，牢固可靠、抗干扰性能强，但其精度一般，不适合对微弱脉搏的提取；光电式脉搏传感器，光电式脉搏传感器结构也较简单，且非接触测量，可重复性好，但其主要通过人体透光度进行检测，因而多用于手指，不符合中医的原始诊断方式；传声器，由于脉搏跳动能产生声信号，故传声器亦可作为脉搏传感器，其结构简单，但不易于人体皮肤耦合，能量损失较为严重；超声多普勒，超声多普勒多用于测量血流流速，血管壁等状况，可用于脉搏测量，然而其设备价格昂贵，且是非接触式测量，实用性不强；压电式脉搏传感器结构简单，精度和灵敏度较高，且是无源器件，无功耗，性能较为优越。本发明通过声纹传感器对病患进行声纹信息的采集，优选的，可穿戴式声纹传感器中的声纹传感器为压电声纹传感器，更为优选的，为PVDF压电膜，PVDF压电膜近些年来应用越发广泛，其特点是质量轻，频带宽，压电常数大，柔韧性好，灵敏度高，与人体阻抗接近，因此常用于医学领域，作为医用传感器用于人体生命信号的监测。本文基于PVDF压电膜优良特性，选取其作为脉象采集的传感器。

PVDF压电膜作为传感器使用是利用它的正压电效应，即压电材料在一定方向上受到外力作用时，材料内部会产生极化现象，在其两个相对表面上产生极性相反、大小相等的电荷；当外力消失后，它又恢复到原始不带电的状态的现象；压电效应产生的电荷量可以通过压电方程求出。PVDF压电膜的制备过程中，需要对PVDF材料进行极化处理，极化过程中通常采取高温处理，并施加电场，待其自然冷却，从而保证压电聚合物中分子偶极矩方向的一致性，使得PVDF压电膜的输出电荷和灵敏度更高。

极化后的PVDF压电材料的压电矩阵为：

其中，d_ij为压电应变常数矩阵。

当只考虑电学边界条件下，且外界电场为零，此时的压电方程可表示为：

其中，D为电位移(C/m2)，T为应力(N/m2)。

在极化方向上受力时，其受力状况相当于是二维的，此时PVDF压电传感器的输出电荷可以表示为：

Q＝(d₃₁S₁+d₃₂S₂)E_PVDFA

其中，d_ij为压电应变常数；S_i为应变(i＝1、2)；为PVDF压电膜的弹性模量；A为PVDF传感器覆盖面积。

随着心脏的间歇性收缩和舒张，血液压力、血流速度和血流量的脉动以及血管壁的变形和振动在血管系统中的传播，统称为脉搏波或脉搏波在血管中的传播。因此，脉搏波能够较好反应血液在血管中的流动状况及心血管系统的器质性特征，具有较强的个体差异性，通过声纹传感器可以采集到用脉搏波表征的动静脉内瘘血管初级声纹信息，从而实现监测病患的信息。完整的脉搏波形包括主波、潮波、重搏波峰、重搏波谷和主波升支和重搏降支等几个重要的特征点，如图2所示，其中A为主波波峰、B为潮波波峰、C为重搏波峰、D为重搏波谷、OA为主波升支和DO'为重搏降支。通过曲线的变化能够反映人体生理病理变化，对典型心血管疾病的预测和诊断具有参考意义。典型疾病的脉搏波形图如图3至图6所示，图中表示不同脉搏波波形图对应的心血管疾病，其中图3为正常的脉搏波波形图、图4为主动脉瓣狭窄的波形图、图5为主动脉瓣闭锁不全的波形图、图6为动脉硬化的波形图，通过波形图可以得出患者的心血管疾病。

首先将可穿戴式声纹采集端1穿戴于病患的造瘘部位，造瘘部位一般为患者肢体上，用于实时采集造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息并输出，将病患的血管参数以声纹信息的形式输出；声纹云平台2，连接可穿戴式声纹采集端1，远程接收可穿戴式声纹采集端1采集的声纹信息，声纹云平台2包括：血管参数映射数据库21，在本发明里有两个作用，其一用于保存若干训练数据集合，每个训练数据集合包括声纹信息与声纹信息相映射的血管参数，将声纹信息和血管参数进行一对一匹配，并用于神经网络模型的训练素材，其二，用来保存根据各训练数据集合训练得到的神经网络模型，建立神经网络模型用于后期实时采集的声纹信息进行判断；分析单元22，连接血管参数映射数据库21，用于将声纹信息输入神经网络模型以获得相应的血管参数，通过可穿戴式声纹采集端1对病人采集的声纹信息传输到声纹云平台2，分析单元22对采集的该声纹信息输入到之前建立的神经网络模型进行分析；比较单元23，连接分析单元22，用于将血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较，并在血管参数小于血管参数阈值时输出血管参数及相应的健康提示，以及在血管参数不小于血管参数阈值时输出血管参数及相应的告警信息；移动端3，通过网络连接声纹云平台3，用于远程获取并显示血管参数、健康信息和告警信息，以供相关人员进行查看，使用者可以随时随地对血管参数、健康信息和告警信息进行查看和了解。

本发明较佳的实施例中，声纹云平台2还包括一更新单元24，分别连接血管参数映射数据库21和分析单元22，用于将声纹信息和神经网络模型分析得到的血管参数作为训练数据集合存入血管参数映射数据库中，以对血管参数映射数据库进行更新。

具体地，本实施例中，通过设置更新单元24，可以将声纹信息与血管参数相对应形成训练数据集合，以对血管参数映射数据库进行更新，提高神经网络的判断能力。

本发明较佳的实施例中，可穿戴式声纹采集端1与声纹云平台2通过NB-iot或4G网络建立通信连接。

本发明较佳的实施例中，声纹云平台2和移动端3通过移动运营商网络建立通信连接。

本发明较佳的实施例中，可穿戴式声纹采集端1包括：

可穿戴式声纹传感器11，用于实时采集造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息；

声纹底层电路12，连接可穿戴式声纹传感器11，用于对所述声纹信息进行调理后输出。

具体地，本实施例中，声纹底层电路12主要有信号放大和调理电路，无线传输电路组成，信号放大和调理电路对动静脉内瘘血管的声纹信息进行放大和调理获得相对应的更容易识别的声纹信息，无线传输电路将该调理后的声纹信息发送到声纹云平台2，优选的，无线传输电路通过NB-iot或4G模式进行信息传输。

本发明较佳的实施例中，所述调理包括对所述声纹信息进行阻抗匹配，和/或信号放大，和/或噪声抑制。

本发明较佳的实施例中，如图7所示，可穿戴式声纹传感器包括：

弹性臂带13，用于穿戴贴合于病患的造瘘部位；

环绕滑动带14，环绕并紧密贴合设置在弹性臂带13的外围；

声纹传感器16，设置在环绕滑动带14上；

预应力拉紧带15，所述预应力拉紧带15分别连接所述环绕滑动带14和所述声纹传感器16，用于将所述环绕滑动带14拉紧贴合到弹性臂带13上，且所述声纹传感器16能够实时检测到所述预应力拉紧带15的拉力变化，并将所述拉力变化转换成所述声纹信息。

具体地，本实施例中，通过弹性臂带13束缚在病患的待检测部位，然后将环绕滑动带14设置在弹性臂带13上，预应力拉紧带15将所述环绕滑动带14拉紧贴合到弹性臂带13上，此时声纹传感器16能够实时检测到所述预应力拉紧带15的拉力变化，并将所述拉力变化转换成所述声纹信息。优选的，弹性臂带13由弹性材料制成，穿戴于造瘘部位，使得将传感器本体稳定地固定于待检测的位置，在确保与手臂保持外形的一致的前提下，确保穿戴的舒适性，环绕滑动带14设置于弹性臂带13之上，且与弹性臂带13紧密接触，其与弹性臂带13之间摩擦力非常小，且质量非常小，能自动且迅速适应弹性臂带13的形状变化，提升声纹传感器16的采集准确度。

本发明较佳的实施例中，所述声纹传感器16为PVDF压电膜，所述PVDF压电膜的两侧分别设有一正电极和一负电极，且所述正电极和和所述负电极分别向外引出形成一引出正电极161，和一引出负电极162。

本发明较佳的实施例中，移动端3包括：

医生端31，用于获取并显示血管参数、健康信息和告警信息，以供医生进行查看；

和/或病患端32，用于获取并显示血管参数、健康信息和告警信息，以供病患进行查看。

一种动静脉内瘘血管的评价方法，应用于动静脉内瘘血管的评价系统，如图8所示，包括：

步骤S1，评价系统实时采集造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息并输出；

步骤S2，评价系统将声纹信息输入神经网络模型以获得相应的血管参数；

步骤S3，评价系统将血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较：

若血管参数小于血管参数阈值，则输出血管参数及相应的健康提示；

若血管参数不小于血管参数阈值，则输出血管参数及相应的告警信息；

步骤S4，评价系统获取并显示血管参数、健康信息和告警信息，以供相关人员进行查看。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种动静脉内瘘血管的评价系统，其特征在于，包括：

可穿戴式声纹采集端，穿戴于病患的造瘘部位，用于实时采集所述造瘘部位的动静脉内瘘血管的声纹信息并输出；

所述可穿戴式声纹采集端包括：可穿戴式声纹传感器，用于采集所述造瘘部位的动静脉内瘘血管的振动信号；声纹底层电路，连接所述可穿戴式声纹传感器，用于对所述振动信号进行处理获得所述声纹信息；所述可穿戴式声纹传感器包括：弹性臂带，用于穿戴贴合于病患的造瘘部位；环绕滑动带，环绕并紧密贴合设置在所述弹性臂带上；PVDF压电膜，设置在所述环绕滑动带上，所述PVDF压电膜上设置有一正极和一负极；预应力拉紧带，所述预应力拉紧带分别连接所述环绕滑动带和所述PVDF压电膜，用于将所述环绕滑动带拉紧贴合到弹性臂带上；所述可穿戴式声纹传感器能够实时检测到所述预应力拉紧带的拉力变化，并将所述拉力变化转换成所述声纹信息；

声纹云平台，连接所述可穿戴式声纹采集端，所述声纹云平台包括：

血管参数映射数据库，用于保存若干训练数据集合，每个所述训练数据集合包括所述声纹信息与所述声纹信息相映射的血管参数，并保存有根据各所述训练数据集合训练得到的神经网络模型；

分析单元，连接所述血管参数映射数据库，用于将所述声纹信息输入所述神经网络模型以获得相应的所述血管参数；

比较单元，连接所述分析单元，用于将所述血管参数与预先设置的血管参数阈值进行比较，并在所述血管参数小于所述血管参数阈值时输出所述血管参数及相应的健康信息，以及在所述血管参数不小于所述血管参数阈值时输出所述血管参数及相应的告警信息；

所述声纹云平台还包括一更新单元，分别连接所述血管参数映射数据库和所述分析单元，用于将所述声纹信息和所述神经网络模型分析得到的所述血管参数作为所述训练数据集合存入所述血管参数映射数据库中，以对所述血管参数映射数据库进行更新；

移动端，连接所述声纹云平台，用于获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供相关人员进行查看。

2.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血管的评价系统，其特征在于，所述可穿戴式声纹采集端与所述声纹云平台通过NB-iot或4G网络建立通信连接。

3.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血管的评价系统，其特征在于，所述声纹云平台和所述移动端通过移动运营商网络建立通信连接。

4.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血管的评价系统，其特征在于，所述可穿戴式声纹传感器为可穿戴式压电薄膜声纹传感器。

5.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血管的评价系统，其特征在于，所述移动端包括：

医生端，用于获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供医生进行查看；

和/或病患端，用于获取并显示所述血管参数、所述健康信息和所述告警信息，以供病患进行查看。