CN103622683B - 用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置，属于医疗器械技术领域，包括身高体重仪、血压监护仪、X射线骨密度仪、用于测量血氧饱和度的血氧仪、用于测量人体所在环境的温度和湿度的温湿度变送器、用于对测量得到的信号进行放大处理的信号调理模块、用于对放大处理后的信号进行采集并进行模数转换的AD转换器、用于根据AD转换器传来的数据进行下一时刻人体血压预测的单片机和用于显示单片机输出的人体血压预测值的计算机。通过测量影响血压的关键因素并进行信号处理，完成对下一时刻的人体血压的预测，预测得到的人体血压可以作为进一步研究和预测使用降钙素后高血压发生风险的一项参数依据。

Description

用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置。

背景技术

随着社会经济的发展、生活方式的改变，高血压的发病率逐年增高。目前，中国老年高血压患者已超过8000万，数量居世界各国首位；我国18岁以上成年人高血压患病率已经达到18.8％，并且患病率及血压水平成逐年增长趋势，中老年人群中使用降钙素之后易出现血压增高或降低趋势。现阶段主要靠手工频繁测试得到血压的结果，无法预测使用降钙素之后高血压发生危险程度，而且测量结果的准确率和波动较大。因此开发出一种以实际测量和相关理论为依据的血压预测装置十分必要。

服用降钙素是高血压发生的一个诱因，血压作为高血压疾病发生的关键生理参数，目前的现有技术中，大多只是通过血压的测量仪器来直接测量人体的实时血压，这对进一步地进行高血压发生风险的预测来说比较困难，无法提供降钙素使用后高血压发生风险预测的中间信息或生理参数。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置。

本发明的技术方案是：

一种用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置，包括身高体重仪、血压监护仪、X射线骨密度仪、用于测量血氧饱和度的血氧仪、用于测量人体所在环境的温度和湿度的温湿度变送器、用于对测量得到的信号进行放大处理的信号调理模块、用于对放大处理后的信号进行采集并进行模数转换的AD转换器、用于根据AD转换器传来的数据进行下一时刻人体血压预测的单片机和用于显示单片机输出的人体血压预测值的计算机；

所述信号调理模块包括第一信号调理模块、第二信号调理模块、第三信号调理模块、第四信号调理模块和第五信号调理模块；

所述身高体重仪的输出端连接第一信号调理模块的输入端，血压监护仪的输出端连接第二信号调理模块的输入端，X射线骨密度仪的输出端连接第三信号调理模块的输入端，血氧仪的输出端连接第四信号调理模块的输入端，温湿度变送器的输出端连接第五信号调理模块的输入端，各个信号调理模块的输出端分别连接AD转换器的输入端，AD转换器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接计算机。

所述信号调理模块采用滤波电路。

所述单片机中嵌入设置若干模块，包括数据采集模块、向量空间构建模块、目标函数模块和预测结果输出模块；

所述数据采集模块用于采集经AD转换器进行模数转换后的人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度，并将采集到的数据传输至向量空间构建模块；

所述向量空间构建模块用于根据数据采集模块采集到的数据构建多维向量空间，将人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度数据以坐标形式表征为该多维向量空间的各顶点；

所述目标函数模块用于对构建的多维向量空间的坐标值最大的顶点进行反射运算、收缩运算和扩张运算，得到最优的向量空间，进而建立预测下一时刻血压的目标函数；

所述预测结果输出模块用于根据建立的预测下一时刻血压的目标函数对下一个时刻的血压进行预测并输出人体血压预测值。

有益效果：

通过测量影响血压的关键因素即人体身高、体重、血压、血氧饱和度、所在环境的温度和湿度，并进行信号处理，完成对下一时刻的人体血压的预测，本发明预测得到的人体血压可以作为进一步研究和预测使用降钙素后高血压发生风险的一项参数依据，需要说明的是，本发明的直接目的并不是获得诊断结果或健康状况，而只是从受检者身体获取作为中间结果的信息或生理参数，即预测人体血压值。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的滤波电路原理图；

图3为本发明具体实施方式的AD转换器与单片机的连接原理图；

图4为本发明具体实施方式的预测血压曲线与实际血压曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置，应用于降钙素使用人群，该装置包括身高体重仪、血压监护仪、X射线骨密度仪、用于测量血氧饱和度的血氧仪、用于测量人体所在环境的温度和湿度的温湿度变送器、用于对测量得到的信号进行放大处理的信号调理模块、用于对放大处理后的信号进行采集并进行模数转换的AD转换器、用于根据AD转换器传来的数据进行下一时刻人体血压预测的单片机和用于显示单片机输出的人体血压预测值的计算机。

身高体重仪选用的型号为EP-ST，用于测量身高体重，血压监护仪选用TM-2430动态血压监护仪，用于测量降钙素使用后的人体血压，X射线骨密度仪选用的型号为MV-DB2000，用于测量降钙素使用后的人体骨密度，血氧仪选用型号为JERRY-II+的彩屏掌式血氧仪，用于测量降钙素使用后的人体血氧饱和度，温湿度传送器选用的型号为LB863SB-X，用于测量环境温湿度。

为获得更加准确的低通信号，加入信号调理模块，信号调理模块包括第一信号调理模块、第二信号调理模块、第三信号调理模块、第四信号调理模块和第五信号调理模块；各个信号调理模块采用以LM305为主要核心芯片组成的滤波电路，电路如图2所示，其中在LM305的2脚和4脚之间接入一个由0.005uF电容C1，能有效的滤去高通信号，增加信号的准确性。LM305的4脚接地，8脚接5V工作电源，2脚接信号输入端，1脚接信号输出端。

单片机选用为8051系列数字信号处理器，时钟频率是6MHz，接口电源为5V；AD转换器采用ADC0809数据采集芯片，为8通道16位数据采集芯片，主要进行采样和模数转换，由±5V工作电源供电，由于ADC0809芯片内部没有时钟脉冲源.如图3所示，本实施方式选用单片机8051提供的地址锁存控制输入信号ALK经D触发器二分频后.作为ADC0809的时钟输入。单片机8051的ALK端以1／6的时钟振荡频率固定地输出正脉冲。因ADC0809的时钟频率有一定的范围10—1280kHz.取单片机的时钟频率为6MHz。ALK端输出的频率为1MHz，再经二分频后为500kHz，符合ADC0809对时钟的要求。

身高体重仪的输出端连接第一信号调理模块的输入端，血压监护仪的输出端连接第二信号调理模块的输入端，X射线骨密度仪的输出端连接第三信号调理模块的输入端，血氧仪的输出端连接第四信号调理模块的输入端，温湿度变送器的输出端连接第五信号调理模块的输入端，各个信号调理模块的输出端分别连接AD转换器ADC0809的输入端IN-0到IN-4，AD转换器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接计算机，计算机的USB接口经过PL2303转换成RS232与单片机的TXD、RXD相连。对信号进行同步采样、保持、A／D转换成数字信号，送入单片机进行预测，把预测结果送入计算机，使医护人员加以参考。

单片机中嵌入设置若干模块，包括数据采集模块、向量空间构建模块、目标函数模块和预测结果输出模块；

数据采集模块用于采集经AD转换器进行模数转换后的人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度，并将采集到的数据传输至向量空间构建模块；

向量空间构建模块用于根据数据采集模块采集到的数据构建多维向量空间，将人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度数据以坐标形式表征为该多维向量空间的各顶点；

目标函数模块用于对构建的多维向量空间的坐标值最大的顶点进行反射运算、收缩运算和扩张运算，得到最优的向量空间，进而建立预测下一时刻血压的目标函数；

预测结果输出模块用于根据建立的预测下一时刻血压的目标函数对下一个时刻的血压进行预测并输出人体血压预测值。

上述单片机内嵌入设置的各模块的工作过程如下：

步骤1：采集经AD转换器进行模数转换后的人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度；

本实施方式中，测量得到的人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度样本数据见表1；

表1采集样本数据

身高	178cm
		体重	70kg
骨密度	0.5
		血压	120kpa
血氧饱和度	96％
		降钙素剂量	100U／次
降钙素使用频次	每天2次
		温度	22℃
湿度	50％rh

样本数据表示为x_t=(x_t1，x_t2，x_t3，...，x_t9)；其中x_t1、x_t2、x_t3、x_t4、x_t5、x_t6、x_t7、x_t8、x_t9分别表示t时刻身高、体重、骨密度、血压、温度、湿度、降钙素剂量、降钙素使用频次、血氧饱和度。

步骤2：根据采集到的数据利用非线性单纯体法(NSM)构建多维向量空间，该向量将人体身高、体重、骨密度、血压、血氧饱和度、环境的温度和湿度数据以坐标形式表征为该多维向量空间的各顶点；

步骤2.1：根据身高体重、骨密度、血压、血氧饱和度和所在环境的温湿度，构建n维相空间，n=9；

P₁，P₂，...P₁₀是9维相空间的10个顶点，该空间的顶点表示如下：

步骤2.2：构建9维相空间中的10个顶点的目标函数，分别为y₁，y₂，...y₁₀，各顶点的目标函数值的最大值y_h=max(y_j+1)，各顶点的目标函数值的最小值为y_l=min(y_j)，j=1，2，...，10；

步骤2.3：计算n维相空间中除目标函数值的最大值对应的顶点之外的所有顶点的重心

$\stackrel{\‾}{P}=\underset{j\≠h}{\mathrm{\Σ}}{P}_j/9$

步骤3：对构建的多维向量空间的坐标值最大的顶点进行反射运算、收缩运算和扩张运算，得到最优的多维向量空间；

步骤3.1：对n维相空间中顶点目标函数最大值进行反射运算，得到新顶点；

$P*=(1+\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{P}-\mathrm{\α}{P}_h$

式中，P*为反射运算产生的新顶点；α为反射系数，0<α<1，α越大，反射越远，反之则越近，为使初始粒子广泛分布于可行空间内，取α=0.9；通过反射运算，实现了最大值顶点向重心相反方向的运动；

步骤3.2：对反射运算得到的新顶点的目标函数值进行判断：如果目标函数值y^*满足y_l≤y^*≤y_h，则用P*代替P_h，进行步骤3.6；如果新顶点的目标函数值y^*<y_l，则对新顶点进行扩张运算；进行步骤3.3；如果新顶点的目标函数值y^*>y_h，则对新顶点进行收缩运算；进行步骤3.4；

步骤3.3：对反射运算得到的新顶点进行扩张运算，得到新顶点：

$P**=(1-\mathrm{\&gamma;})\stackrel{\&OverBar;}{P}+\mathrm{\&gamma;}{P}^{*}$

式中，γ为扩张系数，γ>1，P**为扩张运算产生的新顶点；

步骤3.4：对扩张运算产生的新顶点的目标函数值进行判断：如果P**的目标函数值y^**>y_l，则用P**代替P_h，进行步骤3.6；如果y^**<y_l，表明扩张失败，则用P*代替P_h，进行步骤3.5；扩张系数不能过大，取γ=1.2；

步骤3.5：对扩张运算产生的新顶点进行收缩运算：

$P**=(1-\mathrm{\&beta;})\stackrel{\&OverBar;}{P}+\mathrm{\&beta;}{P}_h$

式中，β为收缩系数，0<β<1；如果P**的目标函数值y^**<y_h，则用P**代替P_h，进行步骤3.6；如果y^**>y_h，表明收缩失败，则用P*代替P_h，为使初始顶点分布更加均匀，即取收缩系数β=0.5，进行步骤3.6；

步骤3.6：确定新的重心。即除了最大值顶点之外所有原来的顶点和产生的新顶点的重心；

${\stackrel{\&OverBar;}{P}}^{\&prime;}=\underset{i\&NotEqual;h}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_i/n+1$

步骤3.7：判定是否成立，ε为常数：如果成立，执行步骤3.8；否则用代替返回步骤3.1；

步骤3.8：根据新的重心及当前所有顶点，得到最优的向量空间；

步骤3.9：建立当前时刻的血压值与前一时刻血压值之差的误差约束函数k(x′_t)，进而建立预测下一时刻血压的目标函数Y，该目标函数为最优的向量空间的重心的坐标x′_t对应的顶点函数值与误差约束函数之和；

Y=f(x_t′)+k(x′_t)

k(x′_t)=(x_t，4-x_t-1，4)

其中，x_t-1，4表示前一时刻的血压值；

步骤4：根据预测下一时刻血压的目标函数对下一个时刻的血压进行预测并输出人体血压预测值。

本实施方式预测得到的下一时刻血压值与下一时刻实际血压的对比曲线如图4所示，预测误差在±8％以内。

Claims (3)

1.一种用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置，其特征在于：包括身高体重仪、血压监护仪、X射线骨密度仪、用于测量血氧饱和度的血氧仪、用于测量人体所在环境的温度和湿度的温湿度变送器、用于对测量得到的信号进行放大处理的信号调理模块、用于对放大处理后的信号进行采集并进行模数转换的AD转换器、用于根据AD转换器传来的数据进行下一时刻人体血压预测的单片机和用于显示单片机输出的人体血压预测值的计算机；

单片机中嵌入设置有用于采集降钙素剂量和降钙素使用频次的数据采集模块；

所述信号调理模块包括第一信号调理模块、第二信号调理模块、第三信号调理模块、第四信号调理模块和第五信号调理模块；

所述身高体重仪的输出端连接第一信号调理模块的输入端，血压监护仪的输出端连接第二信号调理模块的输入端，X射线骨密度仪的输出端连接第三信号调理模块的输入端，血氧仪的输出端连接第四信号调理模块的输入端，温湿度变送器的输出端连接第五信号调理模块的输入端，各个信号调理模块的输出端分别连接AD转换器的输入端，AD转换器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接计算机。

2.根据权利要求1所述的用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置，其特征在于：所述信号调理模块采用信号放大电路。

3.根据权利要求1所述的用于预测降钙素使用后高血压发生风险的血压预测装置，其特征在于：所述单片机中还嵌入设置若干模块，包括向量空间构建模块、目标函数模块和预测结果输出模块；

数据采集模块用于采集经AD转换器进行模数转换后的人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度，并将采集到的数据传输至向量空间构建模块；

向量空间构建模块用于根据数据采集模块采集到的数据构建多维向量空间，将人体身高、体重、血压、骨密度、血氧饱和度、环境的温度和湿度数据、降钙素剂量、降钙素使用频次以坐标形式表征为该多维向量空间的各顶点；

目标函数模块用于对构建的多维向量空间的坐标值最大的顶点进行反射运算、收缩运算和扩张运算，得到最优的向量空间，进而建立预测下一时刻血压的目标函数；

预测结果输出模块用于根据建立的预测下一时刻血压的目标函数对下一个时刻的血压进行预测并输出人体血压预测值。