CN103099611B - 用于血压计测量的干扰抑制系统及其干扰抑制方法 - Google Patents
用于血压计测量的干扰抑制系统及其干扰抑制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及的是一种用于血压计测量中处理人体生理参数信息时的干扰抑制系统及其干扰抑制方法，尤其是一种针对血压计测量过程中被测试者姿势干扰和运动干扰的抑制系统。包括三轴加速度计、血压计压力波获取模块、姿势信号提取模块、运动信号提取模块和压力波修正模块。干扰抑制方法为1）估算被测对象的小臂长度和肘关节与心脏高度差；2）采集加速度传感器信号；3）存储加速度传感器信号；4）对原始加速度传感器信号进行去噪处理；5）从经过步骤（4）得到的加速度信号中提取出姿势信号和运动信号；6）通过压力波获取模块获取并存储压力波信号；7）对经过步骤（6）得到的压力波信号进行运动干扰和姿势干扰的修正。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种用于血压计测量中处理人体生理参数信息时的干扰抑制系统及其干扰抑制方法，尤其是一种针对血压计测量过程中被测试者姿势干扰和运动干扰的抑制系统。
背景技术
通常所说的血压指动脉血压，目前，血压的测量可以通过直接法和间接法两种方法实现。直接法是有创测量方法，通过将导管插入血管内由压力传感器获得血压值；间接法是无创测量方法，通过对相关信号进行分析处理得到血压值。
目前已有的无创测量血压计采用基于压力波的血压计，该种血压计要求被测量对象在血压测量过程中保持静止的坐立姿势，且需要将血压计保持在心脏同一水平高度上。以上要求存在如下缺点：一是缺乏医学知识的普通用户难以精确地确定心脏所处的水平高度；二是当没有合适高度及硬度的支撑物时，用户难以将手腕长时间保持静止姿势。当血压计在测量过程中没有与心脏保持同一高度时，由于血压计传感器部位的血管与心脏存在一个高度差，使得传感器获得的压力波与心脏同一高度处的实际血管压力存在一个压力差；而当被测量对象在测量过程中手臂发生晃动时，相当于对血压计的传感器处附加了一个作用力，该作用力会导致采集到的压力波发生畸变。目前的血压计并没有对以上两种干扰进行抑制的过程，因而上述缺点将造成测量得到的压力波波形发生畸变，从而影响最终测量血压值的准确性。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种用于血压计测量的干扰抑制系统及其干扰抑制方法，利用加速度计对测量中的压力波进行修正，实现了血压计测量过程中的抗干扰抑制，弥补了传统血压计易受运动及姿势干扰的不足，提高了血压计血压测量的准确性。
加速度传感器有多种实现方式，主要可分为压电式、电容式及热感应式三种，无论哪种实现方式，当运动物体出现变速运动而产生加速度时，只要在其量程范围内，加速度计都能输出正比于该加速度的电压值（模拟输出或者数字化信号）。由于物体受到重力的影响，因此当物体静止时，加速度传感器对应的三个轴输出值为重力加速度在各个轴上的分量。
虽然仅凭三轴加速度计无法定位其在三维空间内的位置，但是由于本发明方法中，三轴加速度计被绑定在了血压计内，使得在加速度计近似匀速运动或静止时，能够估计出其相对于手臂的姿态，并通过低通滤波器提取出重力加速度值在各个轴上的近似分量。当加速度计的某一个轴与手臂尺骨平行放置时，由于可以将小臂视为一个刚体，根据该轴的输出值即能计算出小臂与肘关节所处水平面之间的夹角，进而利用小臂长度计算出血压计与肘关节所在平面的高度差。当用户将肘关节自然静止地垂放于腰间时，利用人体身高值便能估算出血压计与心脏水平面的高度差，从而对压力波进行修正。
将原始加速度信号减去重力加速度在各个轴上近似分量，便可以得到手臂运动产生的合加速度在各个轴上的近似分量。利用这个运动合加速度就可以对压力波进行二次修正。
用于血压计测量的干扰抑制系统及其干扰抑制方法是采取以下技术方案实现的：
用于血压计测量的干扰抑制系统包括三轴加速度计、血压计压力波获取模块、姿势信号提取模块、运动信号提取模块和压力波修正模块；所述三轴加速度计固定安装在血压计内部，三轴加速度计具有三轴加速度计模块；血压计压力波获取模块获取血压计采集得到的原始压力波，三轴加速度计模块获取并存储通过三轴加速度计采集得到的加速度信号，三轴加速度计模块将上述加速度信号传入姿势信号提取模块和运动信号提取模块；姿势信号提取模块利用得到的加速度信号和人体身高信息估算出姿势信号，并将该姿势信号传入压力波修正模块中，对血压计压力波获取模块传入的压力波信号做姿势修正；运动信号提取模块利用得到的加速度信号和三轴加速度计传入的姿势信号估算出运动信号，并将该运动信号传入压力波修正模块中对压力波信号做运动修正。
所述三轴加速度计采用基于MEMS工艺的集成加速度传感器芯片。
用于血压计测量的干扰抑制系统的干扰抑制方法，包括以下步骤：
1）估算被测对象的小臂长度和肘关节与心脏高度差；
2）采集加速度传感器信号；
3）存储加速度传感器信号；
4）对步骤（3）中的原始加速度传感器信号进行去噪处理；
5）从经过步骤（4）得到的加速度信号中提取出姿势信号和运动信号；
6）通过压力波获取模块获取并存储压力波信号；
7）对经过步骤（6）得到的压力波信号进行运动干扰和姿势干扰的修正。
对压力波修正完毕后，可以用任意算法计算出血压值。
在所述步骤（3）中通过采用数字滤波器，将原始加速度信号中的干扰成分，即工频信号和高频干扰信号进行滤除。
所述步骤（1）中具体包括以下步骤：
1-1）获取被测对象的身高H；
1-2）利用身高估算出小臂长度fLength，其中fLength = H/7。
所有信号都是通过A/D采样进行数字化的，下面所述的n表示采样点的先后顺序，就是说是第几个采样点。
所述步骤（5）中具体包括以下步骤：
5-1）将步骤（4）得到的结果，记作Raw（n），通过一个低通滤波器进行滤波，滤波后的信号记作Low（n）；所述低通滤波器系数通常为[2/27，7/27，2/3，2/9，1/9]；
5-2）用信号Raw（n）减去步骤（5-1）中得到的滤波后信号Low（n），所得的结果记为High（n），即High（n） = Raw（n）- Low（n）；
5-3）利用步骤（5-1）中获得的信号Low（n）估算出姿势信号Posture（n），Posture（n）= fLength * sinα；其中α= arcsin（Low（n）.x – x0），其中Low（n）.x表示Low（n）中平行于尺骨方向的某一轴，x0为加速度传感器中该轴在0g时的输出值；g表示重力加速度，取值9.8，x0为加速度传感器中该轴在0g时的输出值；
5-4）利用步骤（5-2）中获得的信号High（n）估算出运动信号Motion（n）， 。
所述X、Y、Z表示重力加速度在空间x，y，z三个轴上的分量。
所述步骤（6）中具体包括以下步骤：
6-1）使用步骤（5）中取得的姿势信号Posture（n）对压力波信号进行姿势干扰修正，设修正因子为m1，则Pressure（n）= Origin（n）+ m1*Posture（n），其中m1的大小可以通过仪器模拟的方式拟合出来，Pressure（n）为姿势修正后压力波信号，Origin（n）为修正前压力波信号。
6-2）使用步骤（5）中取得的运动信号Motion（n）对压力波信号进行运动干扰修正，设修正因子为m2，则Result（n）= Pressure（n）+ m2*Motion（n），其中m2的大小通过仪器模拟的方式拟合出来，Pressure（n）为步骤（6-1）中姿势修正后压力波信号，Result（n）为运动修正后的压力波信号。
本发明在血压测量中引入了加速度传感器，组合压力波信号和加速度传感器信号，能够有效地抑制自动血压测量过程中由于被测量者不正确的测量姿势及手臂晃动带来的测量干扰，提高了血压测量的准确性以及鲁棒性，为大众的血压测量提供了更准确的依据。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明用于血压计测量的干扰抑制系统的工作原理框图；
图2是本发明用于血压计测量的干扰抑制系统中三轴加速度计与人体相对位置示意图；
图3是本发明涉及血压计测量时要求受试者肘关节摆放的位置示意图；
图4是本发明涉及血压计测量时加速度传感器与肘关节所处平面的夹角示意图。
图中：1、血压计压力波获取模块，2、三轴加速度计，3、姿势信号提取模块，4、运动信号提取模块，5、压力波修正模块，6、肘关节，7、三轴加速度计与肘关节的夹角α。
具体实施方式
参照附图1~4，用于血压计测量的干扰抑制系统包括三轴加速度计2、血压计压力波获取模块1、姿势信号提取模块3、运动信号提取模块4和压力波修正模块5；所述三轴加速度计2固定安装在血压计内部，三轴加速度计2具有三轴加速度计模块；血压计压力波获取模块3获取血压计采集得到的原始压力波，三轴加速度计模块获取并存储通过三轴加速度计2采集得到的加速度信号，三轴加速度计模块将上述加速度信号传入姿势信号提取模块3和运动信号提取模块4；姿势信号提取模块3利用得到的加速度信号和人体身高信息估算出姿势信号，并将该姿势信号传入压力波修正模块5中，对血压计压力波获取模块3传入的压力波信号做姿势修正；运动信号提取模块4利用得到的加速度信号和三轴加速度计2传入的姿势信号估算出运动信号，并将该运动信号传入压力波修正模块5中对压力波信号做运动修正。
所述三轴加速度计2采用基于MEMS工艺的集成加速度传感器芯片。
用于血压计测量的干扰抑制系统的干扰抑制方法，包括以下步骤：
1）估算被测对象的小臂长度和肘关节与心脏高度差；
2）采集加速度传感器信号；
3）存储加速度传感器信号；
4）对步骤（3）中的原始加速度传感器信号进行去噪处理；
5）从经过步骤（4）得到的加速度信号中提取出姿势信号和运动信号；
6）通过压力波获取模块5获取并存储压力波信号；
7）对经过步骤（6）得到的压力波信号进行运动干扰和姿势干扰的修正。
对压力波修正完毕后，可以用任意算法计算出血压值。
在所述步骤（3）中通过采用数字滤波器，将原始加速度信号中的干扰成分，即工频信号和高频干扰信号进行滤除。
所述步骤（1）中具体包括以下步骤：
1-1）获取被测对象的身高H；
1-2）利用身高估算出小臂长度fLength，其中fLength = H/7。
所有信号都是通过A/D采样进行数字化的，下面所述的n表示采样点的先后顺序，就是说是第几个采样点。
所述步骤（5）中具体包括以下步骤：
5-1）将步骤（4）得到的结果，记作Raw（n），通过一个低通滤波器进行滤波，滤波后的信号记作Low（n）；所述低通滤波器系数通常为[2/27，7/27，2/3，2/9，1/9]；使用低通滤波器的作用是提取出重力加速度对加速度信号的贡献值；
5-2）用信号Raw（n）减去步骤（5-1）中得到的滤波后信号Low（n），所得的结果记为High（n），即High（n） = Raw（n）- Low（n）；
由于加速度信号实质上是重力加速度和手臂运动加速度的合加速度在各个轴上的投影，因此原始信号减去重力加速度对结果的贡献后，就得到了手臂运动对加速度信号的贡献值High（n）；
5-3）利用步骤（5-1）中获得的信号Low（n）估算出姿势信号Posture（n），Posture（n）= fLength * sinα；其中α= arcsin（Low（n）.x – x0），其中Low（n）.x表示Low（n）中平行于尺骨方向的某一轴，x0为加速度传感器中该轴在0g时的输出值；g表示重力加速度，取值9.8，x0为加速度传感器中该轴在0g时的输出值；
5-4）利用步骤（5-2）中获得的信号High（n）估算出运动信号Motion（n），。
所述X、Y、Z表示重力加速度在空间x，y，z三个轴上的分量。
所述步骤（6）中具体包括以下步骤：
6-1）使用步骤（5）中取得的姿势信号Posture（n）对压力波信号进行姿势干扰修正，设修正因子为m1，则
Pressure（n）= Origin（n）+ m1*Posture（n），其中m1的大小可以通过仪器模拟的方式拟合出来，Pressure（n）为姿势修正后压力波信号，Origin（n）为修正前压力波信号。
6-2）使用步骤（5）中取得的运动信号Motion（n）对压力波信号进行运动干扰修正，设修正因子为m2，则
Result（n）= Pressure（n）+ m2*Motion（n），其中m2的大小通过仪器模拟的方式拟合出来，Pressure（n）为步骤（6-1）中姿势修正后压力波信号，Result（n）为运动修正后的压力波信号。
参照图2~4，本实施例中，三轴加速度计2的X轴与手臂尺骨方向平行，+X方向指向手掌，-X方向指向肘关节6，测试开始前，受试者需要将肘关节6自然静止垂放与腰间。
加速度计X轴的方向与尺骨方向平行，因此仅需知道Low（n）的X轴分量即可求出加速度计与肘关节的夹角α，其中Low（n）.X表示Low（n）的X轴分量，x0为加速度传感器X轴在0g时的输出值；α为正表明传感器位于肘关节的上方水平面，α为负说明传感器位于肘关节的下方水平面。Posture信号表明了血压计与心脏水平高度差随时间变化的信息。Posture（n）为负，表明采样点n处血压计位于心脏水平面以下，反之Posture（n）为正，则表明采样点n处血压计位于心脏水平面以上。
使用Posture（n）信号对压力波信号进行姿势干扰修正，设修正因子为m1，则Pressure（n）= Origin（n）+ m1*Posture（n），其中m1的大小可以通过仪器模拟的方式拟合出来，Pressure（n）为姿势修正后压力波信号，Origin（n）为修正前压力波信号。
使用Motion（n）信号对压力波信号进行运动干扰修正，设修正因子为m2，则Result（n）= Pressure（n）+ m2*Motion（n），其中m2的大小可以通过仪器模拟的方式拟合出来，Pressure（n）为步骤（g）中姿势修正后压力波信号，Result（n）为运动修正后的压力波信号。
对压力波修正完毕后，可以用任意算法计算出血压值。
Claims (5)
1.一种用于血压计测量的干扰抑制系统，其特征在于：包括三轴加速度计、血压计压力波获取模块、姿势信号提取模块、运动信号提取模块和压力波修正模块；所述三轴加速度计固定安装在血压计内部，三轴加速度计具有三轴加速度计模块；血压计压力波获取模块获取血压计采集得到的原始压力波，三轴加速度计模块获取并存储通过三轴加速度计采集得到的加速度信号，三轴加速度计模块将上述加速度信号传入姿势信号提取模块和运动信号提取模块；姿势信号提取模块利用得到的加速度信号和人体身高信息估算出姿势信号，并将该姿势信号传入压力波修正模块中，对血压计压力波获取模块传入的压力波信号做姿势修正；运动信号提取模块利用得到的加速度信号和三轴加速度计传入的姿势信号估算出运动信号，并将该运动信号传入压力波修正模块中对压力波信号做运动修正。
2.根据权利要求1所述的用于血压计测量的干扰抑制系统，其特征在于：所述三轴加速度计采用基于MEMS工艺的集成加速度传感器芯片。
3.权利要求1所述的用于血压计测量的干扰抑制系统的干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）估算被测对象的小臂长度和肘关节与心脏高度差；
2）采集加速度传感器信号；
3）存储加速度传感器信号；
4）对步骤（3）中的原始加速度传感器信号进行去噪处理；
5）从经过步骤（4）得到的加速度信号中提取出姿势信号和运动信号；
6）通过压力波获取模块获取并存储压力波信号；
7）对经过步骤（6）得到的压力波信号进行运动干扰和姿势干扰的修正；
所述步骤（1）中具体包括以下步骤：
1-1）获取被测对象的身高H；
1-2）利用身高估算出小臂长度fLength，其中fLength = H/7；
所述步骤（5）中具体包括以下步骤：
5-1）将所述步骤（4）得到的结果，记作Raw（n），通过一个低通滤波器进行滤波，滤波后的信号记作Low（n）；
5-2）用信号Raw（n）减去步骤（5-1）中得到的滤波后信号Low（n），所得的结果记为High（n），即High（n） = Raw（n）- Low（n）；
5-3）利用步骤（5-1）中获得的信号Low（n）估算出姿势信号Posture（n），Posture（n）= fLength * sinα；其中α= arcsin（Low（n）.x – x0），其中Low（n）.x表示Low（n）中平行于尺骨方向的某一轴，x0为加速度传感器中该轴在0g时的输出值；g表示重力加速度，取值9.8，x0为加速度传感器中该轴在0g时的输出值；
5-4）利用步骤（5-2）中获得的信号High（n）估算出运动信号Motion（n）， ；
所述X、Y、Z表示重力加速度在空间x，y，z三个轴上的分量；
所述步骤（6）中具体包括以下步骤：
6-1）使用所述步骤（5）中取得的姿势信号Posture（n）对压力波信号进行姿势干扰修正，设修正因子为m1，则Pressure（n）= Origin（n）+ m1*Posture（n），其中m1的大小通过仪器模拟的方式拟合得到，Pressure（n）为姿势修正后压力波信号，Origin（n）为修正前压力波信号；
6-2）使用步骤（5）中取得的运动信号Motion（n）对压力波信号进行运动干扰修正，设修正因子为m2，则Result（n）= Pressure（n）+ m2*Motion（n），其中m2的大小通过仪器模拟的方式拟合得到，Pressure（n）为步骤（6-1）中姿势修正后压力波信号，Result（n）为运动修正后的压力波信号；
所述的n表示采样点的先后顺序，即第n个采样点；α为三轴加速度计与肘关节的夹角；fLength为小臂长度。
4.根据权利要求3所述的用于血压计测量的干扰抑制系统的干扰抑制方法，其特征在于：在所述步骤（3）中通过采用数字滤波器，将原始加速度信号中的干扰成分，即工频信号和高频干扰信号进行滤除。
5.根据权利要求3所述的用于血压计测量的干扰抑制系统的干扰抑制方法，其特征在于：所述低通滤波器系数为[2/27，7/27，2/3，2/9，1/9]。
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