CN103381092B - 一种获取无创血压测量中干扰信号的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为医学信号处理领域中的获取无创血压测量中干扰信号的方法及装置。本发明对袖带中的压力测量信号和被测手臂加速度测量信号进行采集，预设置加速度测量信号与预算干扰信号对应关系，再根据该预设置对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号；并根据预算干扰信号在振荡波信号中找出真实干扰信号；本发明通过利用加速度传感器从振荡波信号中找出的真实干扰信号值，以便于在数据处理的后期，消除该真实干扰信号对测量结果的影响，该方法有效避免了由于干扰导致的测量不出结果或测量偏差的情况。
Description
技术领域
本发明属于生物医学信号处理领域，具体的说是一种获取无创血压测量中干扰信号的方法及装置。
背景技术
血压是人体重要的生命参数，目前，振荡法是监护仪中普遍采用的无创血压自动测量的方法。振荡法又称示波法，通过建立收缩压、平均压、舒展压与袖带压力脉搏波的关系来测量血压。
具体操作如下，首先把袖带捆在手臂上，对袖带充气到一定压力，直至压力高于收缩压，然后开始放气；在放气过程中，袖带内静压逐渐降低，压力传感器能实时检测到所测袖带内的压力及波动，当袖带内静压接近收缩压时，压力脉搏波幅度增大，等于平均压时，动脉壁处于去负荷的状态，压力脉搏波幅度达到最大值；在压力小于舒张压后，动脉管腔已充分扩张，些时压力脉搏波幅维持在较低水平。根据压力脉搏波幅度的压力曲线可以计算出收缩压、平均压和舒张压。
这种方法是向袖带中充气达到以一定压力压迫血管的目的，通过压力传感器检测袖带内气体的振荡波。这些振荡波起源于动脉血管壁的振动。这种振荡波及其对应的袖带压力与动脉壁收缩压、舒张压、平均压均有一定的函数关系。通过将振荡波放大、滤波后，将包络线检出，再用一定的判据判断包络线与收缩压、舒张压的相对应关系，然后计算出收缩压、平均压和舒张压结果。
当在测量过程中，尤其是在检测振荡波的过程中，如果存在外界干扰，例如：转运过程中的颠簸、使用者屈肘、手臂运动导致的对袖带的挤压等干扰，会使袖带内产生除振荡波以外的其他干扰波形，这些干扰波形通过袖带内气体的平滑，在时域的波形特性和频域的频率分布都与正常的振荡波难于区分。
现有技术对这些干扰波形与正常振荡波形通常采用数字信号处理常用的滤波，特征点识别等方法，当外界干扰与正常脉搏振荡波的频率和幅度相当时，外界干扰与正常脉搏振荡波会叠加在一起，通过滤波和特征点识别的方法都无法将干扰去除，这样带着干扰的振荡波会用于血压计算，使整个测量结果产生巨大误差；通常采集到的压力测量信号中的压力测量信号和脉搏波振荡信号分离开，通过两种波形频率不同的特点进行滤波处理，一般把频率0.4Hz以下的信号认为是压力测量信号，把频率在0.4Hz以上的信号认为是脉搏振荡波信号，由于干扰信号通常频率都大于0.4Hz，因此干扰信号通常都混杂在脉搏振荡波中。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明现提供一种获取无创血压测量中干扰信号的方法，用于得到无创血压测量过程中产生的干扰信号，便于在后续的步骤中去除。
对袖带中的压力测量信号和被测手臂加速度测量信号进行采集；当压力测量信号和加速度测量信号同时产生时，对该同时产生的压力测量信号和加速度测量信号进行关联；
对采集到的压力测量信号进行分离与处理，得到振荡波信号；
预设置加速度测量信号与预算干扰信号对应关系，再根据该预设置对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号；
根据所述的预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
进一步的，所述对采集到的压力测量信号进行分离与处理，得到振荡波信号包括：对压力测量信号进行滤波处理，根据预设的压力测量信号频率值，分离出脉搏波振荡信号与压力测量信号。
进一步的，所述对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号包括：对干扰信号相位进行延迟以及对干扰信号幅度放大或者缩小处理，对比压力测量信号和加速度测量信号，计算两者的相位延迟，和幅度比，将两个值固化到程序中，每次将获得的加速度测量信号进行相应的相位延时，乘以预设的幅度系数，完成对干扰信号相位和幅度的调整。
再进一步的，所述对采集到的压力测量信号进行分离与处理，得到振荡波信号，还包括：对振荡波信号进行幅度相位调整。
又一步的，对干扰信号相位进行延迟以及对干扰信号幅度放大或者缩小处理后还包括：对干扰信号进行放大和滤波以及对干扰信号进行模数转换。
一种应用所述方法的获取无创血压测量中干扰信号的装置，其特征在于，主要包括:
压力传感器，用于从袖带中采集压力测量信号；
压力测量信号预处理单元，与所述的压力传感器相连接，用于对采集到的压力测量信号按照频率不同进行分离，且对压力测量信号进行处理，得到振荡波信号；
加速度传感器，用于采集被测量手臂的加速度测量信号；
干扰信号预处理单元，与所述加速度传感器相连接，用于对加速度传感器所发送的加速度测量信号进行相位和幅度的调整，得到预算干扰信号；
标识预算干扰信号单元，与所述压力测量信号预处理单元和干扰信号预处理单元相连接，根据所述得到预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
再进一步的，所述获取无创血压测量抗干扰装置还包括，振荡波信号相位延时处理单元，与所述标识预算干扰信号单元相连接，通过振荡波信号相位延时处理单元对脉搏振荡波信号进行相位延时处理，使得脉搏振荡波信号与干扰信号时间同步。
再进一步的，所述压力测量信号预处理单元包括：压力测量信号分离单元，所述压力测量信号分离单元用于按照预设的频率阈值，将压力测量信号分离为压力信号和振荡波信号。
又一步的，所述压力传感器连接有压力测量信号调理电路，所述压力测量信号调理电路用于对压力测量信号进行调理，用于进行放大和滤波的工作；
所述加速度传感器连接有干扰信号调理电路，所述干扰信号调理电路用于对加速度传感器获得的加速度测量信号进行放大和滤波。
所述获取无创血压测量抗干扰装置还包括：模数转换单元、干扰去除单元、振荡波数量判断单元以及结果输出单元；
所述模数转换单元与所述压力测量信号调理电路与所述干扰信号调理电路连接，所述模数转换单元用于对滤波处理后的压力测量信号，放大和滤波后的加速度测量信号进行模数转换；
所述干扰去除单元与所述振荡波信号相位延时处理单元相连接，所述干扰去除单元用于在振荡波信号中减去真实干扰信号，并获得真实振荡波信号；
所述振荡波数量判断单元与所述干扰去除单元连接，用于判断已获得的真实振荡波信号是否可以计算出结果；
所述结果输出单元与所述振荡波数量判断单元相连接，所述结果输出单元用于通过所述的真实振荡波信号和所述的压力信号计算出振荡波的收缩压、舒张压和平均压结果。
本发明对袖带中的压力测量信号和被测手臂加速度测量信号进行采集，根据预设置的加速度测量信号与干扰信号的对应关系，对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号；并根据预算干扰信号在振荡波信号中找出真实干扰信号；本发明通过利用加速度传感器从振荡波信号中找出的真实干扰信号值，以便于在数据处理的后期，消除该真实干扰信号对测量结果的影响，该方法有效避免了由于干扰导致的测量不出结果或测量偏差的情况。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施方式及附图作详细描述。
图1是本发明一种获取无创血压测量中干扰信号的装置的实施例逻辑结构图。
图2是本发明一种获取无创血压测量中干扰信号的装置的另一实施例逻辑结构图。
图3是本发明一种获取无创血压测量中干扰信号的方法实施例的工作流程图。
图4是本发明一种获取无创血压测量中干扰信号的方法另一实施例的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种应用所述方法的获取无创血压测量中干扰信号的装置，如附图1，其中，主要包括:
压力传感器101，用于从袖带中采集压力测量信号；
压力测量信号预处理单元1061，与所述的压力传感器101相连接，用于对采集到的压力测量信号按照频率不同进行分离，且对压力测量信号进行处理，得到振荡波信号；
加速度传感器104，用于采集被测量手臂的加速度测量信号，表征干扰信号；
所述干扰信号预处理单元1062，与所述加速度传感器104相连接，为进行相位和幅度的调整处理，对相位的延迟以及幅度放大或者缩小处理，对比压力测量信号和加速度测量信号，计算两者的相位延迟T，和幅度比K，将两个值固化到程序中，每次将获得的加速度测量信号进行相应的相位延时T，乘以幅度系数K，得到预算干扰信号；
标识预算干扰信号单元1067，与所述压力测量信号预处理单元和干扰信号预处理单元相连接，根据所述得到预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
一种应用所述方法的获取无创血压测量中干扰信号的装置，如附图2所示，压力传感器101，用于从袖带中采集压力测量信号；
压力测量信号预处理单元1061，与所述的压力传感器101相连接，用于对采集到的压力测量信号和振荡波信号按照频率不同进行分离，且对压力测量信号进行处理，得到振荡波信号；
加速度传感器104，用于采集被测量手臂的加速度测量信号，且表征干扰信号；
所述干扰信号预处理单元1062，与所述加速度传感器104相连接，为进行相位和幅度的调整处理，对相位的延迟以及幅度放大或者缩小处理，对比压力测量信号和加速度测量信号，计算两者的相位延迟T，和幅度比K，将两个值固化到程序中，每次将获得的加速度测量信号进行相应的相位延时T，乘以幅度系数K，得到预算干扰信号；
标识预算干扰信号单元1067，与所述压力测量信号预处理单元和干扰信号预处理单元相连接，根据所述得到预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
本具体实施方式中，所述获取无创血压测量抗干扰装置还包括，振荡波信号相位延时处理单元1066，与所述标识预算干扰信号单元1067相连接，通过振荡波信号相位延时处理单元对脉搏振荡波信号做相位的延时处理，以保证与干扰信号时间同步。
本具体实施方式中，所述压力测量信号预处理单元1061包括：压力测量信号分离单元1068，所述压力测量信号分离单元用于按照预设的频率阈值，将压力测量信号分离为压力信号和振荡波信号，通常0.4Hz以下为压力信号，而0.4Hz-5Hz为振荡波信号。
本具体实施方式中，所述压力传感器101连接有压力测量信号调理电路102，所述压力测量信号调理电路102用于对压力测量信号进行调理，主要进行放大和滤波等工作。
本具体实施方式中，所述加速度传感器104连接有干扰信号调理电路105，用于对加速度传感器104获得的加速度测量信号进行放大和滤波；
所述获取无创血压测量抗干扰装置还包括：模数转换单元103、干扰去除单元1063、振荡波数量判断单元1064以及结果输出单元1065；
所述模数转换单元103与所述压力测量信号调理电路102与所述干扰信号调理电路105连接，所述模数转换单元103用于对滤波处理后的压力测量信号，放大和滤波后的加速度测量信号进行模数转换；
所述干扰去除单元1063与所述振荡波信号相位延时处理单元1066相连接，所述干扰去除单元1063用于在振荡波信号中减去真实干扰信号，并获得真实振荡波信号；
所述振荡波数量判断单元1064与所述干扰去除单元1063连接，用于判断已获得的真实振荡波信号是否可以计算出结果；
所述结果输出单元与1065所述振荡波数量判断单元1064相连接，所述结果输出单元1065用于通过所述的真实振荡波信号和所述的压力信号计算出振荡波的收缩压、舒张压和平均压结果。
本具体实施例中，所述结果计算单元1065，一种获取无创血压测量中干扰信号的方法，如图3所示：
200．启动；
201．采集压力测量信号
利用压力传感器对袖带中的压力测量信号进行采集；
205．采集加速度测量信号
在采集压力测量信号的同时，利用加速度传感器对袖带中的加速度测量信号进行采集；
212．关联加速度测量信号
当压力测量信号和加速度测量信号同时产生时，对该同时产生的压力测量信号和加速度测量信号进行关联；
204．分离与处理压力测量信号
对采集到的压力测量信号进行分离与处理，得到振荡波信号；
206．换算与处理加速度测量信号
预设置加速度测量信号与预算干扰信号对应关系，再根据该预设置对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号；
213．标识出与预算干扰信号相匹配的部分
根据所述的预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
一种获取无创血压测量中干扰信号的方法，如图4所示，
200．启动；
201．采集压力测量信号
利用压力传感器对袖带中的压力测量信号进行采集；利用压力传感器对袖带中的压力测量信号进行采集；并记录该压力测量信号产生时间的时间点214；
205．采集加速度测量信号
在采集压力测量信号的同时，利用加速度传感器对袖带中的加速度测量信号进行采集；并记录该加速度测量信号产生时间的时间点216；
212．关联加速度测量信号
当压力测量信号和加速度测量信号同时产生时，对该同时产生的压力测量信号和加速度测量信号进行关联；
204．分离与处理压力测量信号
对采集到的压力测量信号进行分离与处理，得到振荡波信号；
2041．分离出压力测量信号与脉搏波振荡信号
本具体实施例中，所述对采集到的压力测量信号进行分离与处理204，得到振荡波信号包括：对压力测量信号进行滤波处理，根据预设的压力测量信号频率值，分离出压力测量信号与脉搏波振荡信号2041。
2042．振荡波信号的幅度相位调整
本具体实施例中，所述对采集到的压力测量信号进行分离与处理204，得到振荡波信号，还包括：对振荡波信号进行幅度相位调整2042, 获得相位延时处理后的脉搏波振荡信号并通过加速度传感器获得由于运动或颠簸等外来干扰所产生的加速度测量信号，所述加速度测量信号用于表征干扰信号。
203．脉搏波振荡信号的模数转换
本具体实施例中，所述分离与处理压力测量信号204还包括：脉搏波振荡信号的模数转换203，将为模拟信号的脉搏波振荡信号转换为数字信号。
206．换算与处理加速度测量信号
预设置加速度测量信号与预算干扰信号对应关系，再根据该预设置对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号；
2061．相位延迟以及幅度放大或者缩小处理
本具体实施例中，所述对加速度测量信号进行换算与处理206，包括：对相位的延迟以及幅度放大或者缩小处理2061，调整的方法可以通过实验方法获得：在没有脉搏波的情况下，人为加入干扰，获得加速度信号，对比袖带端测得的信号和加速度传感器。计算两者的相位延迟T，和幅度比K，将两个值固化到程序中，每次将获得的加速度测量信号进行相应的相位延时T，乘以幅度系数K，完成信号预处理。
2062．调整干扰信号的相位和幅度；
本具体实施例中，所述换算与处理加速度测量信号206中，包括：调整干扰信号的相位和幅度2062。
207．放大和滤波干扰信号；
本具体实施例中，所述换算与处理加速度测量信号206中，还包括：放大和滤波干扰信号207。
208．对干扰信号进行模数转换，所述的干扰信号进行模数转换208为将模拟信号的干扰信号转换为数字信号。
213．标识出与预算干扰信号相匹配的部分
根据所述的预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
本具体实施例中，按照现有技术检测压力测量信号的同时还通过新增一个加速度传感器来检测干扰信号。将压力传感器检测到的血压振荡信号减去干扰波形，从而获得比较接近真实的振荡波信号，也可以根据获得的干扰波形，采用自适应滤波的方式，统计干扰波形的统计特征，从而将干扰信号滤除，这样有效避免了由于干扰导致的测量不出结果，或者测量不准的情况。要求该加速度传感器与检测振荡波的压力传感器检测通道完全独立，这样能够保证加速度传感器检测到的波形不受血压振荡波信号的影响，完全取决于外界的干扰。
本具体实施例中，所述加速传感器可以放在袖带上用于检测手臂运动带来的干扰。也可以放在无创血压设备中用于检测车辆或者是转运床颠簸带来的振荡干扰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围的内。
Claims (10)
1.一种获取无创血压测量中干扰信号的方法，其特征在于，包括：步骤1.首先，对袖带中的压力测量信号和被测手臂加速度测量信号进行采集，当压力测量信号和加速度测量信号同时产生时，对该同时产生的压力测量信号和加速度测量信号进行关联；步骤2.接着，对采集到的压力测量信号进行分离与处理，得到振荡波信号；步骤3.预设置加速度测量信号与预算干扰信号对应关系，再根据该预设置对加速度测量信号进行换算与处理，得到预算干扰信号；步骤4.最后，根据所述的预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
2.如权利要求1所述的获取无创血压测量中干扰信号的方法，其特征在于，所述步骤2包括：对压力测量信号进行滤波处理，根据预设的压力测量信号频率值，分离出振荡波信号与压力信号。
3.如权利要求2所述的获取无创血压测量中干扰信号的方法，其特征在于，所述步骤3包括：对预算干扰信号相位进行延迟以及对预算干扰信号幅度放大或者缩小处理，对比压力测量信号和加速度测量信号，计算两者的相位延迟，和幅度比，将两个值固化到程序中，每次将获得的加速度测量信号进行相应的相位延时，乘以预设的幅度系数，完成对预算干扰信号相位和幅度的调整。
4.如权利要求3所述的获取无创血压测量中干扰信号的方法，其特征在于，所述步骤2，还包括：对振荡波信号进行幅度相位调整。
5.如权利要求4所述的获取无创血压测量中干扰信号的方法，其特征在于，对预算干扰信号相位进行延迟以及对预算干扰信号幅度放大或者缩小处理后还包括：对预算干扰信号进行放大和滤波以及对预算干扰信号进行模数转换的步骤。
6.一种应用权利要求1所述方法的获取无创血压测量中干扰信号的装置，其特征在于，主要包括:压力传感器，用于从袖带中采集压力测量信号；压力测量信号预处理单元，与所述的压力传感器相连接，用于对采集到的压力测量信号按照频率不同进行分离，且对压力测量信号进行处理，得到振荡波信号；加速度传感器，用于采集被测量手臂的加速度测量信号；干扰信号预处理单元，与所述加速度传感器相连接，用于对加速度传感器所发送的加速度测量信号进行相位和幅度的调整，得到预算干扰信号；标识预算干扰信号单元，与所述压力测量信号预处理单元和干扰信号预处理单元相连接，根据所述预算干扰信号，在与其相关联压力测量信号中的振荡波信号中标识出与该预算干扰信号相匹配的部分，作为真实干扰信号。
7.如权利要求6所述的获取无创血压测量中干扰信号的装置，其特征在于，所述获取无创血压测量抗干扰装置还包括，振荡波信号相位延时处理单元，与所述标识预算干扰信号单元相连接，通过振荡波信号相位延时处理单元对振荡波信号进行相位延时处理，使得振荡波信号与预算干扰信号时间同步。
8.如权利要求7所述的获取无创血压测量中干扰信号的装置，其特征在于，所述压力测量信号预处理单元包括：压力测量信号分离单元，所述压力测量信号分离单元用于按照预设的频率阈值，将压力测量信号分离为压力信号和振荡波信号。
9.如权利要求8所述的获取无创血压测量中干扰信号的装置，其特征在于，所述压力传感器连接有压力测量信号调理电路，所述压力测量信号调理电路用于对压力测量信号进行调理、放大和滤波；所述加速度传感器连接有干扰信号调理电路，所述干扰信号调理电路用于对加速度传感器获得的加速度测量信号进行放大和滤波。
10.如权利要求9所述的获取无创血压测量中干扰信号的装置，其特征在于，还包括：模数转换单元、干扰去除单元、振荡波数量判断单元以及结果输出单元；
所述模数转换单元与所述压力测量信号调理电路与所述干扰信号调理电路连接，所述模数转换单元用于对滤波处理后的压力测量信号，放大和滤波后的加速度测量信号进行模数转换；
所述干扰去除单元与所述振荡波信号相位延时处理单元相连接，所述干扰去除单元用于在振荡波信号中减去真实干扰信号，并获得真实振荡波信号；
所述振荡波数量判断单元与所述干扰去除单元连接，用于判断已获得的真实振荡波信号是否可以计算出结果；
所述结果输出单元与所述振荡波数量判断单元相连接，所述结果输出单元用于通过所述的真实振荡波信号和所述的压力信号计算出振荡波的收缩压、舒张压和平均压结果。
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