CN101703392B - 基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统，包括脉搏、血压采集系统和计算机分析系统，脉搏、血压采集系统包括血压计袖带、脉搏夹、脉搏传感器和脉搏采集盒，计算机分析系统包括计算机系统、分析软件、打印机、电源。通过使用本系统，用户能得到反映心血管健康状况的指标值、具体的心血管健康状况和与具体的心血管健康状况相应的干预措施。本系统在采集脉搏波相关数据时，用脉搏夹固定脉搏传感器，且脉搏夹的松紧由控制芯片根据脉搏信号的强弱调节，使得采集数据更加快速、准确；在采集血压相关数据时，能实现自动均匀充气，在充气阶段进行采集，加快了采集数据的速度；且脉搏、血压采集系统是由专用的电源系统供电，保障了用户安全。

Description

基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统

技术领域

本发明涉及传感器技术和生物医学工程学，特别涉及一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统。

背景技术

20世纪80年代中期，前苏联学者N.布赫曼首先提出，人体除了健康状态(第一状态)和疾病状态(第二状态)外，还存在一种非健康非疾病的中间状态，称为“第三状态”，即我们经常提及的“亚健康状态”。临床实验证明：人体内部各个生理系统之间(如循环系统、呼吸系统等)是相互耦合的，而反映人身体健康最重要，相对最全面的是心血管系统。随着人们生活水平的提高，心血管疾病对人类生命和健康的危害程度日益加大，心血管疾病是造成人类致残和过早死亡的主要原因之一。心血管疾病的基础病理是动脉粥样硬化，该类病的发展可历经多年，通常在出现症状时已进入后期，很可能无法治愈。并且本病种类繁多，病因复杂。其中有些疾病，如动脉粥样硬化和冠心病，高血压病和心力衰竭等与营养因素关系密切，合理的膳食已成为防治这些疾病的重要措施之一。所以尽早发现该类病，并且通过加强生活方式的干预措施和适宜的药物治疗能够减小心血管疾病对人类生命和健康的危害程度。因此，对心血管的某些参数进行监测从而评估心血管的健康状况显得格外重要。心脏射血后，血管腔内压力以压力波的方式顺着动脉壁向外周传播，并在阻力小动脉部位产生反向折返波，反向折返波与向外周传递的压力波产生重合，形成实际观察到的压力波，即脉搏波，脉搏波呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。因此通过采集脉搏波进而分析心血管系统的功能，能从一个方面客观反映人体的健康情况。

申请号为200410014353.3的中国专利公开了一种带血压测量的心血管功能检测装置和方法，通过该检测装置和方法能得到用户的血压和脉搏波波形，通过分析也能得到一些关于心血管状况的参数，但该专利中血压的测量是在放气阶段进行的，不够快速，脉搏传感器固定在袖套装置上，由于有外加气体压力的影响，脉搏信号不是很稳定，且该专利中是通过USB电源接口电路将信号监测盒连接在计算机上，通过计算机的USB接口向信号检测盒的各个部分供电，其中就有气泵部分，气泵部分给血压计袖带充气，与人体直接相连，如果计算机的地线接的不是很合理，信号检测盒的电压可能会使人体受到伤害。

发明内容

本发明的目的是：针对上述内容提出来的通过采集包括血压和脉搏波在内的相关数据进而分析人体的心血管健康状况，能从一个方面客观反映人体的健康状况，并针对现有的心血管检测装置中血压测量不够快速，脉搏信号采集不够准确以及现有的心血管检测装置使用USB电源接口给向与人体直接相连的血压计袖带充气的气泵部分供电，用户的人身安全不能得到完全保障的问题，本发明专利提出了一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统，包括脉搏、血压采集系统和计算机分析系统，其特征在于：包括集成组装于脉搏采集盒内的血压计与脉搏采集单元，血压计与脉搏采集单元共用控制芯片与直流稳压电源，控制芯片外接计算机系统；所述的脉搏采集单元包括有脉搏信号调理电路、脉搏传感器、脉博夹，所述的脉搏夹结构为：包括二个铰接的夹钳，一个夹钳的前端夹合面内设置脉搏传感器，二个夹钳的后端之间连接有弹簧，在自然状态下，弹簧伸展使二个夹钳前端的夹合面对合，脉搏传感器的信号经过脉搏信号调理电路处理后输入控制芯片；

所述的血压计包括有血压计袖带、分支器、气调节装置、气泵、电磁阀，气泵、电磁阀分别外接各自的驱动电路，各驱动电路均接入控制芯片，通过控制芯片控制电磁阀与气泵的动作；

所述的分支器具有气室和输气口，输气口按其作用分为一个进气口和三个出气口；气压传感器与其中一个出气口相连通，用于测量分支器内气流气压，所述的气压传感器的的信号输出接入到气压信号调理电路，气压信号调理电路与控制芯片连接；

所述的气泵的出气口通过管道接到气调节装置的入气口，气调节装置的出气口与分支器的进气口联通，分支器的其中一个出气口通过橡胶软管与血压计袖带连接；

所述的电磁阀通过压力橡胶管与分支器的其中一个出气口联通；

直流稳压电源为控制芯片、各驱动电路、气压信号调理电路、脉搏信号调理电路提供电源；

所述的气调节装置的结构为：包括有壳体，壳体上口覆盖有弹性膜，壳体上口外壁上旋合有压环，压环内边沿将弹性膜固定，弹性膜中央通过螺钉固定安装有质量块，所述的螺钉、质量块和弹性膜组成共振机构；所述的压环壳体中间有隔板将壳体分隔成共振腔与缓冲腔，共振腔上有入气口，缓冲腔上有出气口，隔板上有开孔，使得共振腔与缓冲腔联通，所述的缓冲腔内填充有纤维。

所述的脉搏传感器固定在弹性可调、宽度相当的脉搏夹内侧，所述的脉搏夹能将脉搏传感器固定在桡动脉处，脉搏夹的松紧由控制芯片根据脉搏信号的强弱调节；

控制芯片控制气泵向血压计袖带充气，控制电磁阀放气。

气压传感器、脉搏传感器采集包括桡动脉的脉搏波和血压在内的数据，通过气压、脉搏信号调理电路处理后传递到控制芯片上。

光电耦合器的主要功能是将控制芯片上的数据耦合到现场总线上。

所述的气调节装置的入气口与气泵相连，所述的出气口与分支器相连，气体经入气口进入到共振腔内，再经缓冲腔到出气口，弹性膜、质量块、螺钉的共振频率与进入共振腔的气体的脉动频率相同；

所述的直流稳压电源是独立的电源系统，由变压器、直流稳压电路组成，用有隔离作用的盒子封装后放在脉搏采集盒中，给控制芯片、各驱动电路、气压信号调理电路、脉搏信号调理电路分别独立供电；

脉搏、血压采集系统首先采集包括桡动脉的脉搏波和血压在内的相关数据，再对数据进行简单的处理，并将处理后的数据传输给所述的计算机系统，由计算机系统对脉搏、血压采集系统传输过来的数据进行分析。

计算机系统中安装有分析软件，外接打印机、电源；所述的分析软件通过一个指标体系对现场总线传送过来的数据进行分析，得到指标体系中的各指标值、具体的心血管健康状况和与具体的心血管健康状况相对应的干预措施，分析软件能够根据在不同的时间分析得到的每个指标值绘制健康曲线；各指标值、具体的心血管健康状况和与具体的心血管健康状况相对应的干预措施都在所述的计算机系统的显示器上实时显示，能形成报告，用户能够保存报告并能用所述的打印机打印报告；

所述的分析软件包含的指标体系包括10个性能指标，有收缩压、舒张压、中心压、脉压、反射波增益指数、脉率、射血时间、左心负荷、心肌灌注量和心内膜下心肌活力率；

本发明的有益效果

(1)本发明提出的一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统中，用脉搏夹固定脉搏传感器在腕部，能快速准确地将脉搏传感器固定在脉搏最强处，而且该夹子还能由控制芯片根据脉搏信号的强弱调节其松紧，脉搏信号强，脉搏夹变松，脉搏信号弱，夹子变紧，使得采集到的脉搏波数据比较容易分析，提高了数据分析的准确性，而且脉搏夹变松变紧都能很快速的完成，提高了整个测评系统的测评速度。

(2)本发明中，控制芯片控制气泵向血压计袖带充气，在充气支路中包含一个气调节装置，气泵充气时，气体首先通过其调节装置的入气口进入到气调节装置的共振腔中，气调节装置中的质量块和弹性膜组成共振机构，共振频率与进入共振腔的气体的脉动频率相同，可以吸收气体中的脉动成分，被吸收脉动成分的气体再经过气调节装置的缓冲腔到出气口，缓冲腔中的纤维可以缓冲气流的速度，在共振腔和缓冲腔的共同作用下，使气体匀速地经出气口到分支器，再到血压计袖带，由于气体匀速到达血压计袖带，在不失准确性的前提下，可以在充气阶段采集血压的相关数据，提高了血压相关数据采集的速度。

(3)本发明采用专用的直流稳压电源系统给脉搏、血压采集系统中需要供电的部分分别进行独立供电，与用计算机的USB接口向信号检测盒的各个部分供电相比，不会由于计算机分析系统中计算机接地线不合理等因素而危害用户的人身安全；且整个电源系统用有隔离作用的盒子封装后放在脉搏采集盒中，减小了很多不必要的因素对脉搏、血压采集系统采集到的数据的干扰，提高了整个了心血管机能测评系统的准确性。

(4)本发明提出的一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统中，分析软件能够根据在不同的时间分析得到的每个指标值绘制健康曲线，则用户可以通过绘制包括采取干预措施前后结果的健康曲线，观察到干预措施对每个指标值的影响，进而评价干预措施的效果，为下次采取更好的干预措施做准备。

附图说明

图1为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的主要的结构框图。

图2为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的脉搏、血压采集系统的结构框图。

图3为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统气调节装置结构图。

图4为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统分支器结构图。

图5为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的连接示意图。

图6为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的主要的结构框图。一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统，主要包括有脉搏、血压采集系统1和计算机分析系统3。脉搏、血压采集系统1由血压计袖带4、脉搏夹6、脉搏传感器7和脉搏采集盒5组成；计算机分析系统3主要包括计算机系统、分析软件2、打印机10、电源11，计算机系统包括有计算机主机13，显示器12，鼠标9，键盘8等；计算机主机13，显示器12，打印机10都由电源11供电；显示器12，打印机10，鼠标9，键盘8与计算机主机13实行电连接；脉搏采集系统1通过现场总线与计算机分析系统3实行电连接。

图2为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的脉搏、血压采集系统的结构框图。脉搏、血压采集系统1由血压计袖带4、脉搏夹6、脉搏传感器7、脉搏采集盒5组成；脉搏采集盒5由包括控制芯片5.14、分支器5.1、气调节装置5.10、气泵5.9、电磁阀5.11、气压传感器5.2、驱动电路5.8和5.12、脉搏与气压信号调理电路5.3和5.13、光电耦合器5.4和电源系统5.7在内的部分组成，电源系统5.7由直流稳压电路5.5和变压器5.6组成，用有隔离作用的盒子封装后放在脉搏采集盒5中。血压计袖带4、气调节装置5.10、电磁阀5.11和气压传感器5.2通过压力橡胶管与分支器5.1实行机械连接，脉搏传感器7经脉搏夹6与脉搏采集盒中的脉搏信号调理电路5.3实行电连接，气调节装置5.10与气泵5.9通过压力橡胶管相连，气泵5.9、电磁阀5.11通过驱动电路5.8和5.12与控制芯片5.14实行电连接，气压传感器5.2通过气压信号调理电路5.13与的控制芯片5.14实行电连接，脉搏传感器7经脉搏夹6通过脉搏信号调理电路5.3与控制芯片5.14实行电连接，控制芯片5.14通过光电耦合器5.4，现场总线与计算机分析系统3实行电连接，电源系统5.7给脉搏采集盒5中气泵5.9、驱动电路5.8支路，电磁阀5.11、驱动电路5.12支路，气压传感器5.2、气压信号调理电路5.13支路，脉搏传感器7、脉搏夹6、脉搏信号调理电路5.3支路，控制芯片5.14，光电耦合器5.4、现场总线支路分别独立供电。

脉搏、血压采集系统1采集血压相关的数据时，控制芯片5.14控制气泵5.9根据用户个人的血压情况自动向血压计袖带4均匀充气到一定的值，控制芯片5.14控制气压传感器5.2采集血压相关数据，控制电磁阀5.10快速放气，气压传感器5.2采集到的数据经过气压信号调理电路5.13放大、滤波、A/D转换后传递到控制芯片5.14上，光电耦合器5.4将控制芯片5.14上的数据耦合到现场总线上，现场总线将数据传输到计算机分析系统3的计算机主机13中；

脉搏、血压采集系统1采集脉搏波相关的数据时，控制芯片5.14控制脉搏传感器7采集脉搏波相关数据，脉搏传感器7采集到的数据经过信号调理电路5.3处理后传递到控制芯片5.14上，同理，脉搏信号调理电路5.3包括放大电路、滤波电路、A/D转换电路等，光电耦合器5.4将控制芯片5.14上的数据耦合到现场总线上，现场总线将数据传输到计算机分析系统3的计算机主机13中；

图3为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统气调节装置结构图。气调节装置5.10由螺钉5.101、质量块5.102、弹性膜5.103、入气口5.104、出气口5.105、纤维5.106、外壳5.107、缓冲腔5.108和共振腔5.109组成，入气口5.104与气泵5.9相连，出气口5.105与分支器5.1相连，气体经入气口5.104进入到共振腔5.109内，再经缓冲腔5.108到出气口5.105，共振腔5.109的上方是弹性膜5.103，弹性膜5.103之上是质量块5.102，螺钉5.101将弹性膜5.103和质量块5.102固定在一起，螺钉5.101、质量块5.102和弹性膜5.103组成共振机构，共振频率与进入共振腔5.109的气体的脉动频率相同，纤维5.106被放在缓冲腔5.108中；

图4为分支器结构，分支器5.1具有气室5.1.1和输气口，输气口按其作用分为进气口5.1.2和出气口5.1.3、5.1.4、5.1.5；气压传感器5.2与其中一个出气口5.1.5相连通，用于测量分支器5.1内气流气压，所述的气压传感器5.2的的信号输出接入到气压信号调理电路5.13，气压信号调理电路5.13与控制芯片5.14连接；

所述的气泵5.9的出气口通过管道接到气调节装置5.10的入气口5.104，气调节装置5.10的出气口5.105与分支器5.1的进气口5.1.2联通，分支器5.1的其中一个出气口5.1.4通过橡胶软管与血压计袖带连接；

所述的电磁阀通过压力橡胶管与分支器的其中一个出气口5.1.3联通；

图5为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的连接示意图。血压计袖带4，脉搏夹6、脉搏传感器7都和脉搏采集盒5连接，显示器12，打印机10，脉搏采集盒5都和计算机主机13连接，脉搏采集盒5，显示器12，打印机10，计算机主机13都和电源11连接。

图6为一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统的工作流程图。脉搏、血压采集系统1首先采集包括桡动脉的脉搏波和血压在内的数据，再对数据进行简单的处理，并将处理后的数据传输给计算机分析系统3，由计算机分析系统3对脉搏、血压采集系统1传输过来的数据进行分析；

系统简要的工作流程是：连接需要连接的部分-＞检查系统的安全问题-＞安装专用的软件-＞启动专用的软件-＞输入用户相关信息-＞测量血压相关参数-＞测量心血管相关参数-＞得到参数值和心血管健康状况报告-＞结束，关闭系统。

计算机分析系统3中的分析软件2通过一个指标体系对脉搏、血压采集系统1传输过来的数据进行分析。这个指标体系包括10个性能指标：收缩压，舒张压，中心压，脉压，反射波增益指数，脉率，射血时间，左心负荷，心肌灌注量和心内膜下心肌活力率。分析软件2可以通过分析脉搏、血压采集系统1采集到的数据能得到专门指标体系中的各项指标值和用户具体的心血管健康状况，还能针对用户具体的心血管健康状况给出干预措施，这些信息都在计算机系统的显示器11上实时显示，可形成报告，并能由打印机9打印，分析软件2还能够根据不同的时间分析得到的每个指标值绘制健康曲线。

具体实施方式：

当对用户进行心血管机能状况测评时，首先将各个需要连接的部分连接好，需要接电的部分接上电，检查系统的安全问题，例如是否漏电等。启动专用的分析软件2，测量血压相关信息，固定血压计袖带4在腕部，输入用户相关信息(年龄、身高、体重等)，按测量血压按钮，血压计袖带4自动均匀充气，在充气的过程中分析软件2对数据进行监测，根据用户血压情况充气到一定的值后，快速放气，通过分析软件2分析脉搏、血压采集系统1传输过来的数据得到收缩压，舒张压，脉压的值，并在显示器12上显示。解开血压计袖带4，测量桡动脉脉搏波相关信息，用脉搏夹6将脉搏传感器7固定在腕部桡动脉脉动最强处，按测量心功能按钮，开始检测，在显示器上可以显示脉搏波波形，分析软件监测脉搏波数据，到一定时间，脉搏波波形比较稳定，通过分析软件2分析脉搏、血压采集系统1传输过来的数据得到中心压，反射波增益指数，脉率，射血时间，左心负荷，心肌灌注量，心内膜活力率的值，同时分析软件2对各项指标值进行综合判断给出得到用户具体的心血管健康状况，并能根据用户具体的心血管健康状况给出相应的干预措施。各项指标值、用户具体的心血管健康状况和干预措施都在显示器12上显示，可形成报告，用户可以选择保存需要的信息，并可以通过打印机10将需要打印的信息打印。分析软件还能够根据在不同的时间分析得到的每个指标值绘制健康曲线，则用户可以通过绘制包括采取干预措施前后结果的健康曲线，观察到干预措施对每个指标值的影响，进而评价干预措施的效果，为下次采取更好的干预措施做准备。

Claims (1)

1.一种基于桡动脉脉搏波的心血管机能测评系统，包括脉搏、血压采集系统和计算机分析系统，其特征在于：包括集成组装于脉搏采集盒内的血压计与脉搏采集单元，血压计与脉搏采集单元共用控制芯片与直流稳压电源，控制芯片外接计算机系统；所述的脉搏采集单元包括有脉搏信号调理电路、脉搏传感器、脉搏夹，所述的脉搏夹结构为：包括二个铰接的夹钳，一个夹钳的前端夹合面内设置脉搏传感器，二个夹钳的后端之间连接有弹簧，在自然状态下，弹簧伸展使二个夹钳前端的夹合面对合，脉搏传感器的信号经过脉搏信号调理电路处理后输入控制芯片；

所述的血压计包括有血压计袖带、分支器、气调节装置、气泵、电磁阀，气泵、电磁阀分别外接各自的驱动电路，各驱动电路均接入控制芯片，通过控制芯片控制电磁阀与气泵的动作；

所述的分支器具有气室和输气口，输气口按其作用分为一个进气口和三个出气口；气压传感器与其中一个出气口相连通，用于测量分支器内气流气压，所述的气压传感器的信号输出接入到气压信号调理电路，气压信号调理电路与控制芯片连接；

所述的气泵的出气口通过管道接到气调节装置的入气口，气调节装置的出气口与分支器的进气口联通，分支器的其中一个出气口通过橡胶软管与血压计袖带连接；

所述的电磁阀通过压力橡胶管与分支器的其中一个出气口联通；

直流稳压电源为控制芯片、各驱动电路、气压信号调理电路、脉搏信号调理电路提供电源；

所述的气调节装置的结构为：包括有壳体，壳体上口覆盖有弹性膜，壳体上口外壁上旋合有压环，压环内边沿将弹性膜固定，弹性膜中央通过螺钉固定安装有质量块，所述的螺钉、质量块和弹性膜组成共振机构；所述的压环壳体中间有隔板将壳体分隔成共振腔与缓冲腔，共振腔上有入气口，缓冲腔上有出气口，隔板上有开孔，使得共振腔与缓冲腔联通，所述的缓冲腔内填充有纤维；所述弹性膜、质量块、螺钉的共振频率与进入共振腔的气体的脉动频率相同。

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