CN103385702A - 一种无创血压连续检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无创血压检测技术领域，尤其涉及一种无创血压连续检测装置及方法。所述无创血压连续检测装置包括容积脉搏波图检测模块、心电图检测模块和信号分析处理模块，所述容积脉搏波图检测模块用于获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，所述心电图检测模块用于获取人体的心电信号，所述信号分析处理模块用于根据所述心电图检测模块获取的心电信号及所述容积脉搏波图检测模块检测的交流分量获取PWV信息，根据所述交流分量及所述直流分量获取血管半径信息，并根据所述PWV信息及血管半径信息获取连续血压信息。本发明的实施去除长期无创连续血压测量中血管半径变化对血压的影响，提高长期检测的准确性，减少连续血压的校准次数。

Description

一种无创血压连续检测装置及方法

技术领域

本发明属于无创血压检测技术领域，尤其涉及一种无创血压连续检测装置及方法。

背景技术

无创连续血压测量方法能够连续测得每搏血压值且能够长时间监测血压波形变化，为疾病诊断治疗提供更为丰富的依据，因此，在临床监护和连续监测血压变化方面具有传统方法无可比拟的优势，成为今后血压测量方法的发展趋势。目前较为成熟的无创连续血压测量方法是动脉张力法和容积补偿法，产品化的无创连续血压测量仪器大多采用这2种方法设计而成。但是，动脉张力法和容积补偿法都没有摆脱气囊在血压测量过程中对人体的束缚，且设备及测量过程相对复杂，无法对被测者在运动状态下进行连续检测，测量精度也有待进一步提高。

目前，新兴的脉搏波速测定法（PWV，脉搏波速度，指的是脉搏波在动脉系统的两个既定点间的传播速度）通过利用脉搏波特征参数连续测量血压，为血压的连续测量提供了一个良好的途径；该方法依据Moens-Korteweg公式（PWV，根据Moens-Korteweg方程，PWV与弹性系数的平方根成正比，由于动脉弹性的减低，脉搏波在动脉系统的传播速度加快）=distance(距离)/PTT（Pulse Transition Time，搏波传导时间）=[Eh/(2rρ)]1/2）和Hughes方程（E=E0eαP），可以推导出脉搏波沿动脉传播速率与动脉血压之间具有一定关系；其中，P即血压，α是常数，处于0.016-0.018mmHg之间，ρ即density of blood，指血液浓度，E0指血管杨氏弹性模量，h即vesselwall thickness，指血管壁厚，r即vessel radius，指血管半径。根据上述机理，美国专利US007374542利用两个容积脉搏波图探头分别放在手指和腕部，利用所测电位信号和脉压波信号间存在的脉压波传输时间，通过两者之间的PWV获取血压值，通过所提装置获取连续血压；另一美国专利US6331162通过采用两个容积脉搏波图、一个容积脉搏波图传感器和压力传感器，以及相关检测电路获取连续血压；其中，两个容积脉搏波图传感器沿着降主动脉分别置于背后两个不同的位置。

现有的脉搏波速测定法考虑到在不是非常长的时间里，血管没有发生器质性病变，血液成份发生变化的可能性不大，将血管壁厚h及血液浓度ρ视为常数，并将血管视为一个不变管状刚体，认为血管半径r不随长度变化而变化，这在短期测量中合理，但在长期连续测量确是不合理的。因为现实的血管是类似于锥形的弹塑性管道，不仅随着长度或位置的变化而变化，也会随着压力大小以及时间而变化。人们在利用容积脉搏波图（容积脉搏波图）进行血氧研究时发现，血管中的血液可以分成DC（直流分量,DC component，将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率为零的分量）和AC（ACcomponent，交流分量）。直流分量与呼吸相关，交流分量与心电密切相关，无论直流分量或交流分量，都会使血管半径大小产生变化。综上所述，现有的脉搏波速测定法忽视了血管半径变化的因素，导致进行长期测量时需要多次校准，操作不便；而少量校准后的误差较大，无法保障长期连续测量的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种无创血压连续检测装置及方法，旨在解决现有的脉搏波速测定法忽视了血管半径变化的因素，导致进行长期测量时需要多次校准或少量校准后误差较大的技术问题。

本发明提供的技术方案为：一种无创血压连续检测装置，包括容积脉搏波图检测模块、心电图检测模块和信号分析处理模块，所述容积脉搏波图检测模块用于获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，所述心电图检测模块用于获取人体的心电信号，所述信号分析处理模块用于根据所述心电图检测模块获取的心电信号及所述容积脉搏波图检测模块检测的交流分量获取脉搏波速度信息，根据所述交流分量及所述直流分量获取血管半径信息，并根据所述脉搏波速度信息及血管半径信息获取连续血压信息。

本发明的技术方案还包括：所述容积脉搏波图检测模块还包括直流检测电路、交流检测电路和传感器，所述传感器用于获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，并分别通过所述直流检测电路与所述交流检测电路将直流分量和交流分量传送到所述信号分析处理模块。

本发明的技术方案还包括：所述传感器包括数字类或模拟类，所述传感器包括光源和光探测器，所述光源为单波长光源或多波长光源，所述光探测器包括单个、阵列形式或矩阵式。

本发明的技术方案还包括：所述传感器获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量的获取方式为：采用透射方式或反射方式；当采用透射方式时，所述传感器布置于指尖、脚趾或耳垂部位；当采用反射方式时，所述传感器布置于额头、胸部、背部、手或腿部。

本发明的技术方案还包括：所述信号分析处理模块还包括脉搏波速度分析处理单元，所述脉搏波速度分析处理单元用于根据心电图检测模块获取的心电信号识别心电图波形的Q波、R波、S波心电信号；根据容积脉搏波图检测模块检测的交流分量识别交流分量的主波波峰、主波波谷、重波波峰、重波波谷的波形信息；根据心电图的心电信号及交流分量的波形信息获取脉搏波传导时间；并获取心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离，根据脉搏波传导时间及心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离计算得出脉搏波速度信息。

本发明的技术方案还包括：所述信号分析处理模块还包括血管半径分析处理单元和连续血压分析处理单元，所述血管半径分析处理单元用于根据交流分量及直流分量计算得出血管半径信息；所述连续血压分析处理单元用于根据脉搏波速度信息及血管半径信息并结合连续血压计算公式获取连续血压信息；其中，所述连续血压计算公式为：P=C1ln(PWV)+C2ln(r)+C3。

本发明提供的另一技术方案为：一种无创血压连续检测方法，包括：

步骤a：通过容积脉搏波图获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量；

步骤b：通过心电图获取人体的心电信号；

步骤c：根据心电图获取的心电信号及容积脉搏波图检测的交流分量获取脉搏波速度信息，根据交流分量及直流分量获取血管半径信息，并根据脉搏波速度信息及血管半径信息获取连续血压信息。

本发明的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述容积脉搏波图包括传感器、直流检测电路及交流检测电路，所述传感器包括数字类或模拟类，所述传感器包括光源和光探测器，所述光源为单波长光源或多波长光源，所述光探测器包括单个、阵列形式或矩阵式；所述传感器可采用透射或反射方式获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，当采用透射方式时，所述传感器布置于指尖、脚趾或耳垂部位；当采用反射方式时，所述传感器布置于额头、胸部、背部、手或腿部。

本发明的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述根据心电图获取的心电信号及容积脉搏波图检测的交流分量获取脉搏波速度信息的获取方式为：根据心电图获取的心电信号识别心电图波形的Q波、R波、S波心电信号，根据容积脉搏波图检测的交流分量识别交流分量的主波波峰、主波波谷、重波波峰、重波波谷的波形信息，根据心电图心电信号及容积脉搏波图交流分量的波形信息获取脉搏波传导时间，并获取心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离，根据脉搏波传导时间及心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离计算得出脉搏波速度信息。

本发明的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述根据脉搏波速度信息及血管半径信息获取连续血压信息的公式为：P=C1ln(PWV)+C2ln(r)+C3。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明实施例的无创血压连续检测装置及方法在传统利用容积脉搏波图、心电图获取PWV的基础上，针对原有容积脉搏波图检测只有AC检测电路，增加了相应的DC检测电路，分别获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，并结合心电图获取的心电信号，通过心电图获取的心电信号及容积脉搏波图检测的交流分量获取PWV信息，根据交流分量及直流分量获取血管半径信息，并根据PWV信息及血管半径信息获取连续血压信息，去除长期无创连续血压测量中血管半径变化对血压的影响，可在忽略血液浓度、血管壁厚的情况下提高长期检测的准确性，减少连续血压的校准次数。

附图说明

附图1是本发明实施例的无创血压连续检测装置的结构示意图；

附图2是本发明实施例的信号分析处理模块的工作原理图；

附图3是本发明实施例的无创血压连续检测方法的流程图。

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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明实施例的无创血压连续检测装置的结构示意图。本发明实施例的无创血压连续检测装置包括容积脉搏波图（PhotoPlethysmoGraphy，PPG）检测模块、心电图（Electro Cardio Gram，ECG）检测模块和信号分析处理模块，具体地，

容积脉搏波图检测模块包括传感器、DC检测电路和AC检测电路，传感器包括光源和光探测器，用于获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，并分别通过DC检测电路与AC检测电路将直流分量和交流分量传送到信号分析处理模块；其中，传感器可以是数字类或模拟类，其光源为单波长光源或多波长光源，光探测器包括单个、阵列形式或矩阵式；传感器可采用透射或反射方式获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，当采用透射方式时，将传感器布置于指尖、脚趾或耳垂等部位；当采用反射方式时，将传感器布置于额头、胸部、背部、手或腿等身体易测量血管变化的部位。

心电图检测模块用于获取人体的心电信号，并将人体的心电信号进行数字化处理后，传送到信号分析处理模块；其中，心电图检测模块可采用多级放大电路的形式或高分辨率单极放大检测电路获取人体心电信号。

信号分析处理模块用于根据心电图检测模块获取的心电信号及容积脉搏波图检测模块检测的交流分量获取PWV信息，根据交流分量及直流分量获取血管半径信息，并根据PWV信息及血管半径信息获取连续血压信息；具体请一并参阅图2，是本发明实施例的信号分析处理模块的工作原理图。具体地，信号分析处理模块包括PWV分析处理单元、血管半径分析处理单元和连续血压分析处理单元。其中，

PWV分析处理单元用于根据心电图检测模块获取的心电信号识别心电图波形的Q波、R波、S波等心电信号；根据容积脉搏波图检测模块检测的交流分量识别交流分量的主波波峰、主波波谷、重波波峰、重波波谷等波形信息；根据心电图的心电信号及交流分量的波形信息获取脉搏波传导时间PTT（Pulse Transition Time）；并获取心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离，根据脉搏波传导时间PTT及心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离计算得出PWV信息；其中，PWV分析处理单元通过小波算法（用于图形压缩并识别的一种高效的算法，应用于各个需要对数据进行压缩识别的领域）、自适应算法（自适应过程是一个不断逼近目标的过程。它所遵循的途径以数学模型表示，称为自适应算法）或FFT算法（Fast FourierTransform，快速傅立叶变换算法）等处理方式识别心电图及容积脉搏波图波形信息。

血管半径分析处理单元用于根据交流分量及直流分量计算得出血管半径信息；

连续血压分析处理单元用于根据PWV信息及血管半径信息并结合连续血压计算公式获取连续血压信息；其中，根据Moens-Korteweg公式PWV=distance/PTT=[Eh/(2rρ)]1/2（E=E0eαP），假设血管壁厚h及血液浓度ρ为常数，即可推导得出获取连续血压信息的公式为：P=C1ln(PWV)+C2ln(r)+C3，结合血管半径分析处理单元计算的r和PWV分析处理单元计算得出的PWV，分析处理后即可得到无创连续血压信息，去除长期无创连续血压测量中血管半径变化对血压的影响，可在忽略血液浓度及血管壁厚的情况下提高长期检测的准确性，减少连续血压的校准次数。

请参阅图3，为本发明实施例的无创血压连续检测方法的流程图。本发明实施例的无创血压连续检测方法包括以下步骤：

步骤S300：通过容积脉搏波图获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，并分别通过DC检测电路与AC检测电路将直流分量和交流分量传送到信号分析处理模块；

在步骤S300中，容积脉搏波图包括传感器、DC检测电路及AC检测电路，传感器可以是数字类或模拟类，包括光源和光探测器，光源为单波长光源或多波长光源，光探测器包括单个、阵列形式或矩阵式；传感器可采用透射或反射方式获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，当采用透射方式时，将传感器布置于指尖、脚趾或耳垂等部位；当采用反射方式时，将传感器布置于额头、胸部、背部、手或腿等身体易测量血管变化的部位。

步骤S310：通过心电图获取人体的心电信号，并将人体的心电信号进行数字化处理后，传送到信号分析处理模块；

在步骤S310中，心电图可采用多级放大电路的形式或高分辨率单极放大检测电路获取人体心电信号。

步骤S320：根据心电图获取的心电信号识别心电图波形的Q波、R波、S波等心电信号，根据容积脉搏波图检测的交流分量识别交流分量的主波波峰、主波波谷、重波波峰、重波波谷等波形信息，并根据交流分量及直流分量计算得出血管半径信息；

在步骤S320中，识别心电图心电信息及容积脉搏波图波形信息的方式为：通过小波算法、自适应算法或FFT算法等处理方式。

步骤S330：根据心电图心电信号及容积脉搏波图交流分量的波形信息获取脉搏波传导时间PTT，并获取心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离，根据脉搏波传导时间PTT及心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离计算得出PWV信息；

步骤S340：根据PWV信息及血管半径信息并结合连续血压计算公式获取连续血压信息；

在步骤S340中，根据Moens-Korteweg公式PWV=distance/PTT=[Eh/(2rρ)]1/2（E=E0eαP），假设血管壁厚h及血液浓度ρ为常数，即可推导得出获取连续血压信息的公式为：P=C1ln(PWV)+C2ln(r)+C3，结合计算的r和PWV，分析处理后即可得到无创连续血压信息，去除长期无创连续血压测量中血管半径变化对血压的影响，可在忽略血液浓度及血管壁厚的情况下提高长期检测的准确性，减少连续血压的校准次数。

本发明实施例的无创血压连续检测装置及方法在传统利用容积脉搏波图、心电图获取PWV的基础上，针对原有容积脉搏波图检测只有AC检测电路，增加了相应的DC检测电路，分别获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，并结合心电图获取的心电信号，通过心电图获取的心电信号及容积脉搏波图检测的交流分量获取PWV信息，根据交流分量及直流分量获取血管半径信息，并根据PWV信息及血管半径信息获取连续血压信息，去除长期无创连续血压测量中血管半径变化对血压的影响，可在忽略血液浓度、血管壁厚的情况下提高长期检测的准确性，减少连续血压的校准次数。

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之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无创血压连续检测装置，其特征在于，包括容积脉搏波图检测模块、心电图检测模块和信号分析处理模块，所述容积脉搏波图检测模块用于获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，所述心电图检测模块用于获取人体的心电信号，所述信号分析处理模块用于根据所述心电图检测模块获取的心电信号及所述容积脉搏波图检测模块检测的交流分量获取脉搏波速度信息，根据所述交流分量及所述直流分量获取血管半径信息，并根据所述脉搏波速度信息及血管半径信息获取连续血压信息。

2.根据权利要求1所述的无创血压连续检测装置，其特征在于，所述容积脉搏波图检测模块还包括直流检测电路、交流检测电路和传感器，所述传感器用于获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，并分别通过所述直流检测电路与所述交流检测电路将直流分量和交流分量传送到所述信号分析处理模块。

3.根据权利要求2所述的无创血压连续检测装置，其特征在于，所述传感器包括数字类或模拟类，所述传感器包括光源和光探测器，所述光源为单波长光源或多波长光源，所述光探测器包括单个、阵列形式或矩阵式。

4.根据权利要求2或3所述的无创血压连续检测装置，其特征在于，所述传感器获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量的获取方式为：采用透射方式或反射方式；当采用透射方式时，所述传感器布置于指尖、脚趾或耳垂部位；当采用反射方式时，所述传感器布置于额头、胸部、背部、手或腿部。

5.根据权利要求1所述的无创血压连续检测装置，其特征在于，所述信号分析处理模块还包括脉搏波速度分析处理单元，所述脉搏波速度分析处理单元用于根据心电图检测模块获取的心电信号识别心电图波形的Q波、R波、S波心电信号；根据容积脉搏波图检测模块检测的交流分量识别交流分量的主波波峰、主波波谷、重波波峰、重波波谷的波形信息；根据心电图的心电信号及交流分量的波形信息获取脉搏波传导时间；并获取心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离，根据脉搏波传导时间及心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离计算得出脉搏波速度信息。

6.根据权利要求1或5所述的无创血压连续检测装置，其特征在于，所述信号分析处理模块还包括血管半径分析处理单元和连续血压分析处理单元，所述血管半径分析处理单元用于根据交流分量及直流分量计算得出血管半径信息；所述连续血压分析处理单元用于根据脉搏波速度信息及血管半径信息并结合连续血压计算公式获取连续血压信息；其中，所述连续血压计算公式为：P=C1ln(PWV)+C2ln(r)+C3。

7.一种无创血压连续检测方法，包括：

步骤a：通过容积脉搏波图获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量；

步骤b：通过心电图获取人体的心电信号；

步骤c：根据心电图获取的心电信号及容积脉搏波图检测的交流分量获取脉搏波速度信息，根据交流分量及直流分量获取血管半径信息，并根据脉搏波速度信息及血管半径信息获取连续血压信息。

8.根据权利要求7所述的无创血压连续检测方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述容积脉搏波图包括传感器、直流检测电路及交流检测电路，所述传感器包括数字类或模拟类，所述传感器包括光源和光探测器，所述光源为单波长光源或多波长光源，所述光探测器包括单个、阵列形式或矩阵式；所述传感器可采用透射或反射方式获取血容积脉搏波中的直流分量和交流分量，当采用透射方式时，所述传感器布置于指尖、脚趾或耳垂部位；当采用反射方式时，所述传感器布置于额头、胸部、背部、手或腿部。

9.根据权利要求7或8所述的无创血压连续检测方法，其特征在于，在所述步骤c中，所述根据心电图获取的心电信号及容积脉搏波图检测的交流分量获取脉搏波速度信息的获取方式为：根据心电图获取的心电信号识别心电图波形的Q波、R波、S波心电信号，根据容积脉搏波图检测的交流分量识别交流分量的主波波峰、主波波谷、重波波峰、重波波谷的波形信息，根据心电图心电信号及容积脉搏波图交流分量的波形信息获取脉搏波传导时间，并获取心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离，根据脉搏波传导时间及心电图监测点与容积脉搏波图监测点之间的距离计算得出脉搏波速度信息。

10.根据权利要求9所述的无创血压连续检测方法，其特征在于，在所述步骤c中，所述根据脉搏波速度信息及血管半径信息获取连续血压信息的公式为：P=C1ln(PWV)+C2ln(r)+C3。

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