CN105266784A - 一种基于示波法测量血压的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于示波法测量血压的方法和装置，以获得精确的血压测量结果。所述方法包括：对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线；根据最大振幅法和所述脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压。相比于现有技术提供的血压测量方法容易受主观因素和客观环境的影响，本发明提供的血压测量方法更加科学，并且不易受主观因素和客观环境的影响，获得的测量结果更加准确和客观。

Description

一种基于示波法测量血压的方法和装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于示波法测量血压的方法和装置。

背景技术

体循环动脉血压简称血压。血压是血液在血管内流动时，作用于血管壁的压力，它是推动血液在血管内流动的动力。心室收缩，血液从心室流入动脉，此时血液对动脉的压力最高，称为收缩压。心室舒张，动脉血管弹性回缩，血液仍慢慢继续向前流动，但血压下降，此时的压力称为舒张压。

随着现代医疗器械制造水平的不断提高，对血压的测量方法也越来越多。在血压测量中，医护人员一般采用无创间接测量。现有的一种成熟和传统的血压测量方法是听诊法，该方法主要是通过柯氏声来判别收缩压与舒展压。然而，受医生的情绪、听力和环境噪声等一系列因素的影响，容易引入主观误差，难以获得精确的测量结果。

发明内容

本发明提供一种基于示波法测量血压的方法和装置，以获得精确的血压测量结果。

本发明实施例提供一种基于示波法测量血压的方法，所述方法包括：

对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；

以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，所述x_i表示采样时刻，所述y_i表示所述脉搏波振荡曲线在采样时刻x_i处的脉搏波幅度，所述下标i取整数集合{0，1，2，…，m}中的任意一个数；

根据所述脉搏波幅度包络线和最大振幅法，计算得到收缩压和舒张压。

本发明另一实施例提供一种基于示波法测量血压的装置，所述装置包括：

采样模块，用于对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；

拟合模块，用于以所述采样模块采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，所述x_i表示采样时刻，所述y_i表示所述脉搏波振荡曲线在采样时刻x_i处的脉搏波幅度，所述下标i取整数集合{0，1，2，…，m}中的任意一个数；

血压计算模块，用于根据所述脉搏波幅度包络线和最大振幅法，计算得到收缩压和舒张压。

从上述本发明实施例可知，进行包络线拟合所采用的原始数据是来自于对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，收缩压和舒张压的计算是根据最大振幅法和所述拟合所得脉搏波幅度包络线，由于这些原始数据通过仪器设备和/或计算机程序处理，结果比较客观。因此，相比于现有技术提供的血压测量方法容易受主观因素和客观环境的影响，本发明提供的血压测量方法更加科学，并且不易受主观因素和客观环境的影响，获得的测量结果更加准确和客观。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于示波法测量血压的方法的基本流程示意图；

图2是本发明实施例提供的脉搏波振荡曲线图；

图3是本发明实施例提供的各次多项式拟合出的脉搏波幅度包络线；

图4是本发明实施例提供的基于示波法测量血压的装置逻辑结构示意图；

图5是本发明另一实施例提供的基于示波法测量血压的装置逻辑结构示意图；

图6-a是本发明另一实施例提供的基于示波法测量血压的装置逻辑结构示意图；

图6-b是本发明另一实施例提供的基于示波法测量血压的装置逻辑结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于示波法测量血压的方法，所述方法包括：对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，所述x_i表示采样时刻，所述y_i表示所述脉搏波振荡曲线在采样时刻x_i处的脉搏波幅度，所述下标i取整数集合{0，1，2，…，m}中的任意一个数；根据最大振幅法和所述脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压。本发明实施例还提供相应的基于示波法测量血压的装置。以下分别进行详细说明。

请参阅附图1，是本发明实施例提供的基于示波法测量血压的方法的基本流程，主要包括步骤S101至步骤S103，详细说明如下：

S101，对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样。

在本发明实施例中，脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至压力传感器时由压力传感器处理后得到，如附图2所示。附图2中，横轴表示时刻，纵轴表示相应时刻的气袖压力大小，每一个凸起的尖刺部分表示每个脉搏波的波峰。为了血压测量的简易快速，在本发明实施例中，所述的气袖压力是气袖在加压过程中获得的压力。

作为本发明一个实施例，对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样可以包括如下步骤S1011至步骤S1013：

S1011，采用阈值法判断脉搏波振荡曲线中的脉搏波。

具体地，可以给定一个预设阈值，幅度小于该阈值的，判断为不是脉搏波，否则，判断为脉搏波。

S1012，通过滤波排除脉搏波振荡曲线中的突变点，确定脉搏波的波峰位置。

S1013，在波峰位置对脉搏波的波峰进行采样。

S102，以采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线。

需要说明的是，由给定的数据组(x_i，y_i)拟合出脉搏波幅度包络线，有多种拟合方法。根据泰勒公式可知，所有初等函数都可以表达成多项式的形式，因此，在本发明实施例中，可以采用多项式拟合的方法由给定的数据组(x_i，y_i)拟合。例如，可以以采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线可以是：采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，采用法方程的方式对四次多项式进行拟合，得到脉搏波幅度包络线。使用法方程的优势是可以进行动态数据拟合，从而节省了大量的数据存储空间。通过多项式拟合法拟合脉搏波幅度包络线具体如下：

假设采样得到的一组峰值(x_i，y_i)是给定的数据组，ω_i(i＝0，1，...，m)为各点即(x_i，y_i)的权系数(通常，ω_i>0)，要求在函数类

中，求取一个函数

满足

${\left|\right|\mathrm{\δ}\left|\right|}_2^2={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^m{\mathrm{\ω}}_i{[S^{*}\left(x_i\right)-y_i]}^2=\underset{S\∈\mathrm{\φ}}{\min }{\mathrm{\ω}}_i{[S\left(x_i\right)-y_i]}^2,---\left(2.3\right)$

其中，为函数类φ中的任意函数。

则称在条件(2.3)下求取函数S^*(x)的方法为数据拟合的最小二乘法，并称S^*(x)为最小二乘解，S(x)为拟合函数。

本方法中利用了法方程组的解法来求最小二乘法的解，其中法方程组的解法和最小二乘法的解法的关系如下：

假设求最小二乘解S^*(x)的关键是求待定参数

由(2.3)式知，ψ(a₀,a₁,...,a_n)将在某点处取得极小值。

由函数取极值的必要条件

其中，k＝0，1，...，n

得

其中，k＝0，1，...，n

即

在上述式(2.4)中，k＝0，1，...，n

令

其中，r＝0，1，...，n，并定义内积：

于是，将方程组(2.4)记为

称为函数系在离散点x₀,x₁,...,x_m上的法方程组，表示为矩阵的形式，即，

因为是函数类φ的基，故线性无关，法方程组(2.8)的系数行列式为由基函数组成的Gram行列式，应不为零，故法方程组(2.8)的解存在且唯一，且可以证明满足条件(2.3)。

上述给出了由多项式拟合曲线的原理，从上述拟合脉搏波幅度包络线的原理可知：在多项式中，其基函数为其中，i＝0，1，...，n)，而在脉搏波幅度包络线拟合过程中，每一个峰值系数的重要性是相等的，故可将数据(x_i，y_i)的权系数ω_i(i＝0，1，...，m)设置为m个1。

由多项式拟合脉搏波幅度包络线的拟合的过程如下，包括步骤S1021至步骤S1024：

S1021、通过阈值法判断出一个脉搏波的波峰，通过滤波方法排除一些突变点；

S1022、根据式(2.5)求取内积将求取的内积作为(2.8)中等号左边第一个矩阵第j行第k列(j，k大于等于0且小于等于被拟合多项式的最高次数)的元素，根据式(2.6)求取内积将求取的内积作为(2.8)中等号右边矩阵第j行第k列(j，k大于等于0且小于等于被拟合多项式的最高次数)的元素；

S1023、判断是否已达到停止血压测量的条件，例如，若血压测量时间大于180秒、在采样时所取得的脉搏波的峰值小于最大脉搏峰值Um的0.6或者没有检测到脉搏波3秒以上，则停止测量，否则重复执行步骤S1021至步骤S1023；

S1024、通过高斯消元法对法方程组(2.8)进行矩阵求解，得到被拟合多项式的系数即待定参数从而得到拟合函数S(x)即峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组拟合出的脉搏波幅度包络线。

在本发明实施例中，以采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，从二次多项式开始，逐次增加多项式次数，直至五次多项式，各次多项式拟合出的脉搏波幅度包络线如附图3所示，各次多项式拟合的误差结果和时间效率如下表1所示

拟合函数	R2(残差)	(最优)时间效率
			二次多项式拟合	0.8659442217	O(6*n)
三次多项式拟合	0.8671473746	O(10*n)
			四次多项式拟合	0.9892581608	O(14*n)

表1

从上述表1可知，在各次多项式拟合中，四次多项式的拟合效果最显著(残差最大)，而在求解矩阵的内积时，因为多项式的基函数中 因此，由(2.8)式可知其矩阵表达式为

因此，在程序中可以采用动态规划的方法求高次方，如此，可以得到时间复杂度为O((4*m-2)*n)，其中，m为拟合函数的最高次数，n为数据个数。

S103，根据最大振幅法和步骤S102拟合得到的脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压。

在得到的脉搏波幅度包络线后，计算收缩压和舒张压的方法包括如下步骤S1031至S1033：

S1031，从脉搏波幅度包络线中获取最大幅度Um。

S1032，以最大幅度Um所在的点为脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在脉搏波幅度包络线的上升段测定脉搏波幅度，将测定结果与Um之比大于或等于Ks时对应的脉搏波幅度确定为收缩压，即若测定结果为Us，则Us≥Um*Ks，其中，Ks范围在[0.45，0.57]；

S1033，以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的下降段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比小于或等于Kd时对应的脉搏波幅度确定为舒张压，即若测定结果为Ud，则Ud≤Um*Kd，其中，Kd范围在[0.69，0.89]。

从上述本发明实施例提供的基于示波法测量血压的方法可知，进行包络线拟合所采用的原始数据是来自于对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，收缩压和舒张压的计算是根据最大振幅法和所述拟合所得脉搏波幅度包络线，由于这些原始数据通过仪器设备和/或计算机程序处理，结果比较客观。因此，相比于现有技术提供的血压测量方法容易受主观因素和客观环境的影响，本发明提供的血压测量方法更加科学，并且不易受主观因素和客观环境的影响，获得的测量结果更加准确和客观。

以下对用于执行上述基于示波法测量血压的方法的本发明实施例的基于示波法测量血压的装置进行说明，其基本逻辑结构参考图4。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图4示例的基于示波法测量血压的装置主要包括采样模块401、拟合模块402和血压计算模块403，各模块详细说明如下：

采样模块401，用于对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；

拟合模块402，用于以所述采样模块402采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，所述x_i表示采样时刻，所述y_i表示所述脉搏波振荡曲线在采样时刻x_i处的脉搏波幅度，所述下标i取整数集合{0，1，2，…，m}中的任意一个数；

血压计算模块403，用于根据最大振幅法和所述脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压。

需要说明的是，以上附图4示例的基于示波法测量血压的装置的实施方式中，各功能模块的划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述基于示波法测量血压的装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。而且，实际应用中，本实施例中的相应的功能模块可以是由相应的硬件实现，也可以由相应的硬件执行相应的软件完成，例如，前述的采样模块，可以是具有执行前述对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样的硬件，例如采样器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备；再如前述的拟合模块，可以是以所述采样模块(或采样器)采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线功能的硬件，例如拟合器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备(本说明书提供的各个实施例都可应用上述描述原则)。

在上述附图4示例的基于示波法测量血压的装置中，气袖压力为气袖在加压过程中获得的压力。相应于气袖压力为气袖在加压过程中获得的压力，附图4示例的采样模块401可以包括判断单元501、确定单元502和峰值采样单元503，如附图5所示本发明另一实施例提供的基于示波法测量血压的装置，其中：

判断单元501，用于采用阈值法判断所述脉搏波振荡曲线中的脉搏波；

确定单元502，用于通过滤波排除所述脉搏波振荡曲线中的突变点，确定所述脉搏波的波峰位置；

峰值采样单元503，用于在所述波峰位置对所述脉搏波的波峰进行采样。

附图4示例的拟合模块402具体用于以采样模块401采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，采用法方程的方式对四次多项式进行拟合，得到所述脉搏波幅度包络线。

附图4或附图5示例的血压计算模块403可以包括最大幅度获取单元601、收缩压确定单元602和舒张压确定单元603，如附图6-a或附图6-b所示所示本发明另一实施例提供的基于示波法测量血压的装置，其中：

最大幅度获取单元601，用于从所述脉搏波幅度包络线中获取最大幅度Um；

收缩压确定单元602，用于以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的上升段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比大于或等于Ks时对应的脉搏波幅度确定为收缩压，所述Ks范围在[0.45，0.57]；

舒张压确定单元603，用于以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的下降段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比小于或等于Kd时对应的脉搏波幅度确定为舒张压，所述Kd范围在[0.69，0.89]。

需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的基于示波法测量血压的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于示波法测量血压的方法，其特征在于，所述方法包括：

对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；

以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，所述x_i表示采样时刻，所述y_i表示所述脉搏波振荡曲线在采样时刻x_i处的脉搏波幅度，所述下标i取整数集合{0，1，2，…，m}中的任意一个数；

根据最大振幅法和所述脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气袖压力为气袖在加压过程中获得的压力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，包括：

采用阈值法判断所述脉搏波振荡曲线中的脉搏波；

通过滤波排除所述脉搏波振荡曲线中的突变点，确定所述脉搏波的波峰位置；

在所述波峰位置对所述脉搏波的波峰进行采样。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，具体为：

以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，采用法方程的方式对四次多项式进行拟合，得到所述脉搏波幅度包络线。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，所述根据最大振幅法和所述脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压，包括：

从所述脉搏波幅度包络线中获取最大幅度Um；

以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的上升段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比大于或等于Ks时对应的脉搏波幅度确定为收缩压，所述Ks范围在[0.45，0.57]；

以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的下降段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比小于或等于Kd时对应的脉搏波幅度确定为舒张压，所述Kd范围在[0.69，0.89]。

6.一种基于示波法测量血压的装置，其特征在于，所述装置包括：

采样模块，用于对压力传感器输出的脉搏波振荡曲线中的脉搏波波峰进行采样，所述脉搏波振荡曲线为气袖压力传递至所述压力传感器时由所述压力传感器处理后得到；

拟合模块，用于以所述采样模块采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，通过多项式拟合法拟合出脉搏波幅度包络线，所述x_i表示采样时刻，所述y_i表示所述脉搏波振荡曲线在采样时刻x_i处的脉搏波幅度，所述下标i取整数集合{0，1，2，…，m}中的任意一个数；

血压计算模块，用于根据最大振幅法和所述脉搏波幅度包络线，计算得到收缩压和舒张压。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气袖压力为气袖在加压过程中获得的压力。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采样模块包括：

判断单元，用于采用阈值法判断所述脉搏波振荡曲线中的脉搏波；

确定单元，用于通过滤波排除所述脉搏波振荡曲线中的突变点，确定所述脉搏波的波峰位置；

峰值采样单元，用于在所述波峰位置对所述脉搏波的波峰进行采样。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述拟合模块具体用于以所述采样得到的一组峰值(x_i，y_i)作为给定的数据组，采用法方程的方式对四次多项式进行拟合，得到所述脉搏波幅度包络线。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的装置，所述血压计算模块包括：

最大幅度获取单元，用于从所述脉搏波幅度包络线中获取最大幅度Um；

收缩压确定单元，用于以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的上升段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比大于或等于Ks时对应的脉搏波幅度确定为收缩压，所述Ks范围在[0.45，0.57]；

舒张压确定单元，用于以所述最大幅度Um所在的点为所述脉搏波幅度包络线的上升段和下降段的分界点，在所述脉搏波幅度包络线的下降段测定脉搏波幅度，将测定结果与所述Um之比小于或等于Kd时对应的脉搏波幅度确定为舒张压，所述Kd范围在[0.69，0.89]。