CN105455798A - 基于Android手机端的连续血压测量系统和校准测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于Android手机端的连续血压测量系统和校准测量方法，其中的基于Android手机端的连续血压测量系统，包括红外脉搏传感器、心电传感器、袖带式血压计、电源模块和Android手机端，所述电源模块给所述红外脉搏传感器、心电传感器供电，所述Android手机端用于接收所述红外脉搏传感器、所述心电传感器和所述袖带式血压计传来的信号。本发明是基于Android手机端开发的便携式连续血压测量装置，解决了现有血压计不连续、不舒适的问题，可以通过手机端实时、动态地监测人体血压，结合参数校准的测量方法，大大减小了个体化差异带来的误差，提高了血压测量精度。

Description

基于Android手机端的连续血压测量系统和校准测量方法

技术领域

本发明涉及血压连续测量技术领域，具体设计一种基于Android手机端的连续血压测量系统和校准测量方法，被测者可以直接通过手机端实时、动态地监测人体血压值。

背景技术

血压，是反映人体健康状况的一项非常重要的指标。现有的血压测量方法有有创测量和无创测量两种，有创测量就是将压力传感器直接插入大动脉检测血压信号，这种测量方法虽然准确，但是会给患者带来身体上的疼痛，可能引起感染，而且程序设置复杂、耗时，设备昂贵。无创测量则是通过间接地测量血管容积的变化、动脉管壁的搏动或者脉搏波的特征参数，直接得到血压值，这种测量方法不仅简单方便，而且不会对人体造成伤害。

无创测量又可以分为间歇式测量法和连续式测量，间歇式测量法有听诊法和示波法，连续式测量方法有动脉张力测定法、容积补偿法、容积描记法、超声法和脉搏波测量法。柯氏音法和示波法要使用袖带进行测量，用户舒适度差，而且不能实现连续测量；动脉张力法和容积补偿法虽然可以实现连续测量，但设备复杂，对传感器定位要求高，不适合长时间连续血压测量。脉搏波测量方法，是利用脉搏波参数与血压之间的正相关关系，从而间接获得人体血压值。解决了间接测量中只能给出具体血压值的问题，提供详细的血压波形，从而更好地了解用户的身体参数，也克服了动脉张力、容积补偿设备复杂，舒适度不高的弊端，适合对用户的长时间血压检测，并且获得的波形参数还可以用来预防心律失常、心脏瓣膜功能异常、中风的发生。此外，与其他几种方法相比，脉搏波测量法对传感器的定位要求较低，只需要将灵敏度高的传感器粘贴在皮肤表层捕获脉搏波的波形即可，是一种比较理想的无创连续血压测量方法，也是未来血压测量的趋势。

基于脉搏波传导时间的无创连续血压测量技术，原理主要是利用脉搏波传导时间与血压值存在的正相关关系。然而，现有的脉搏波传导时间的血压测量装置都是基于单片机和DSP开发的，这种方法对于数据的处理速度较慢，加上一些硬件电路的设计，系统整体过大，不不便于用户携带。另外。由于单片机和DSP的存储容量有限，能够储存的血压值的个数有限，不利于对用户长期、整体上进行身体状况的分析。而手机是现代人必备的电子设备之一，将大量数据的分析和处理移植到Android手机端，不仅加快了测量过程，使得血压的测量更加实时可靠，而且将整个连续血压测量系统便携化，用户只需佩戴两个传感器，在有wifi的情况下就可以进行血压的实时监测。此外，用软件对信号进行滤波比硬件滤波更准确可靠，智能手机本身存储容量也很大，能存储大量的血压值，有利于日后对用户病情进行更深入的分析。

此外，现有的连续测量技术在拟合脉搏波传导时间和血压值的线性关系时，忽略了个体化差异对血压测量的影响，从而造成了测量误差，这里每次新的用户测量之前都进行若干次实验，进行参数的校准，根据不同用户，拟合不同的脉搏波传导时间和血压值之间的线性关系，进一步提高了测量精度。

发明内容

本发明就是针对现有技术中存在的上述问题而做出的。其目的是提供一个能在Android手机端实现连续血压测量的便携式设备，利用wifi模块传输信号，并且在智能手机端进行算法优化，从而提高血压连续测量的精度。

本发明公开了一种基于Android手机端的连续血压测量系统，包括红外脉搏传感器、心电传感器、袖带式血压计、电源模块和Android手机端，所述电源模块给所述红外脉搏传感器、心电传感器供电，所述Android手机端分别接收所述红外脉搏传感器、所述心电传感器和所述袖带式血压计发出的信号。

本发明还公开了一种基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，包括以下步骤：基于Android手机端的连续血压测量系统，其特征在于，包括红外脉搏传感器、心电传感器、袖带式血压计、电源模块和Android手机端，所述电源模块给所述红外脉搏传感器、心电传感器供电，所述Android手机端接收所述红外脉搏传感器、所述心电传感器和所述袖带式血压计传来的信号。

本发明还包括一种基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，包括以下步骤：

步骤1.Android手机端发出“开始校准”命令时，红外脉搏传感器和心电传感器同时开始采集指尖脉搏信号和心电信号30s，同时袖带式血压计开始工作，测得当前收缩压BP和舒张压DP；

步骤2.指尖脉搏信号和心电信号传送到Android手机端；

步骤3.Android手机端对接收到的信号进行分析和处理，得到脉搏波特征系数k和脉搏波传导时间PTT；

步骤4重复步骤1～3，共计10次，将得到的脉搏波传导时间PTT和血压计测得的收缩压BP、舒张压DP一一对应，利用一元线性回归模型对脉搏波传导时间PTT和收缩压、舒张压分别进行线性拟合。

进一步地，所述步骤3Android手机端对接收到的信号进行分析和处理，得到的脉搏波特征系数k与脉搏波传导时间PTT，中到与被测者的脉搏波特征系数k的方法具体为：

k＝(Pm-Pd)/(Ps-Pd)

其中，Pm表示脉搏波平均值，Ps表示指尖脉搏波的波峰值，Pd表示指尖脉搏波的波谷值。

进一步地，所述步骤3Android手机端对接收到的信号进行分析和处理，得到的脉搏波特征系数k与脉搏波传导时间PTT，中得到脉搏波传导时间PTT的方法具体为：将同一个心动周期中脉搏波峰值的时间点减去心电信号R波峰值点时间点得到的时间差的绝对值；

在检测每一个心动周期内的指尖脉搏的峰值点和心电信号的R波顶点时，加入漏检和多检的检测算法，提高检测精度；

漏检的检测机制为：第i个峰值点间隔为D(i)＝W(i+1)-W(i),其中W(i)表示第i个峰值点的时间点，i为常数，Mean表示D(i)的平均值，当检测到的D(i)≥1.5Mean，则认为W(i)和W(i+1)之间还存在一个峰值点被漏检，于是检测W(i)到W(i+1)的最大值；

多检的监测机制为：当监测到的D(i)≤0.5Mean,则认为W(i)和W(i+1)之间存在一个错误的峰值点，将W(i)和W(i+1)之间较小的一个剔除。

进一步地，所述步骤4重复步骤1～3，共计10次，将得到的脉搏波传导时间PTT和血压计测得的收缩压BP、舒张压DP一一对应，利用一元线性回归模型对脉搏波传导时间PTT和收缩压、舒张压分别进行线性拟合，其中：

脉搏波传导时间PTT是指定的N个心动周期的所有脉搏波传导时间的平均值PTT_a，所述平均值通过如下公式获得：

PTT_a＝(PTT_m+PTT_m+1+…+PTT_m+N-2+PTT_m+N-1)/N，其中N取10，m取20。

进一步地，所述步骤4重复步骤1～3，共计10次，将得到的脉搏波传导时间PTT和血压计测得的收缩压BP、舒张压DP一一对应，利用一元线性回归模型对脉搏波传导时间PTT和收缩压、舒张压分别进行线性拟合，具体为：

按照下述公式对脉搏波传导时间PTT和收缩压Ps、舒张压Pd分别进行线性拟合：

Ps＝a*PTT+b；(1)

Pd＝Ps*eTd/F(k,PTT)；(2)

其中F(k,PTT)＝m*k*PTT+n，是脉搏波传导时间和脉搏波特征系数的线性拟合曲线；Td为一个心跳舒张期；a,b,m,n可以通过线性拟合得到。

将对应10组BP、PTT带入第一个公式(1)，线性拟合后即可获得脉搏波传导时间与收缩压的线性关系；解析出第20-30个心动周期的脉搏波波形，分别求得每一个脉搏波的Pm、Pd、Pd和Td后可以求出对应的脉搏波系数k，将10个心动周期的平均脉搏波系数ka和BP、SP带入式(2)，线性拟合后即可获得脉搏波传导时间与舒张压的线性关系。

本发明花包括一种基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，包括以下步骤：

步骤1)接收红外脉搏传感器和心电传感器采集的指尖脉搏信号和心电信号，计算得到得到一个心动周期下心电信号的R波到脉搏波峰值点的传递时间；

步骤2)将步骤1)得到的一个心动周期下心电信号的R波到脉搏波峰值点的传递时间代入预先存储的脉搏波传导时间PTT与收缩压Ps的线性关系，计算得到当前心动周期下人体的收缩压值，代入脉搏波传导时间PTT与舒张压Pd的线性关系则可以计算得到得到当前心动周期下人体的舒张压值；

步骤3)返回步骤2)得到的当前心动周期下人体的收缩压值和人体舒张压值。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实施方案进行详细说明。通过这些说明，本发明的上述目的、优点及特征将变得更加清晰。在以下的附图中：

图1是本发明的基于Android手机端血压连续测量装置的示意图；

图2是传感器佩戴在被测者身体位置的示意图；

图3是本发明实施方案中利用心电信号和指尖脉搏信号确定脉搏波传导时间PTT的示意图；

图4是本发明实施方案中利用指尖脉搏信号确定脉搏波的特征值的示意图；

图5是具体实现新用户使用之前进行参数校准的一次试验的流程图；

图6是用户进行参数校准后，正常进行血压连续监测的流程图；

具体实施方案

以下将参考图1至图6对根据本发明实施方案所述的方法进行具体说明。

首先参考图1对基于Android手机端血压连续测量装置的示意图进行简要说明。在图1所示的本发明的实施方案中，由红外脉搏传感器、心电传感器、传统袖带式血压计、两个wifi模块、电源模块和Android手机端组成。红外脉搏传感器用于采集人体的指尖脉搏，心电传感器用于采集人体的心电信号，传统袖带式血压计，在新用户使用时，用于校准血压值与脉搏波传导时间的线性关系的参数，两个wifi模块，用于将采集到的指尖脉搏信号、心电信号这两路信号实时同步传输到手机端，电源模块，用于给红外脉搏传感器、心电传感器和wifi模块供电，Android手机端用于接收两路wifi传来的指尖脉搏信号和心电信号，并对这两路信号进行处理和分析，最终得到用户的收缩压和舒张压，并在手机端显示。

图2用于说明传感器佩戴在被测者身体位置。如图2所示，位置201代表被测者左手无名指的指尖位置，佩戴红外脉搏传感器，用于测量人体的指尖脉搏信号；位置202代表被测者右手手臂位置，用于在参数校准过程中，佩戴传统袖带式血压计，测量人体血压值；位置203、204、205分别代表被测者佩戴三个电极贴片的位置，用于测量人体心电信号。

图3是本发明实施方案中利用心电信号和指尖脉搏信号确定脉搏波传导时间PTT的示意图；在图3所示的本发明的实施方案中，脉搏波传导时间是在一个心动周期中的心电信号的R波顶点301与指尖脉搏波形的峰值点302的时间间隔来确定的。

图4是本发明实施方案中利用指尖脉搏信号确定脉搏波的一些特征值，其中P401位指尖脉搏信号的波峰值Ps，P402位指尖脉搏信号的波谷值Pd，根据图3所示的指尖脉搏信号获得脉搏波波峰值和脉搏波波谷值后，即可求得脉搏波平均值Pm，从而可以求得脉搏波的特征系数k，进一步的，结合脉搏波特征系数k和心跳舒张周期Td，可以在校准过程中，获得脉搏波舒张压与脉搏波收缩压和脉搏波传导时间的线性参数m和n，从而求得它们之间的线性关系。

图5是本发明测量系统在新用户使用之前进行的参数校准的流程图。由于脉搏波传导时间与血压之间的线性关系存在个体化差异，所以每个用户使用之前需要先进行参数校准。首先，被测者佩戴好心电传感器、红外脉搏传感器和袖带式血压计，被测者在Android手机端按下“开始校准”的按钮，系统进入校准模式，此时心电传感器和红外脉搏传感器同时开始采集信号，并通过wifi模块分别传送到手机端，同时袖带式血压计开始测量当前的人体收缩压和舒张压；接着Android接开始分析处理两路wifi传来的信号，首先要对两路信号进行滤波处理，处理完成后分别检测出心电信号的R顶点和指尖脉搏信号的峰值点，由于避免刚开始测量时可能存在干扰，只检测第20-30个心动周期的峰值点。为了优化算法，要对检测出的峰值点进行漏检和多检处理，最后得到10个心动周期的脉搏波传导时间。为了进一步提高检测精度，这10个心动周期下求得的脉搏波传导时间PTT都要与给定的阈值PTT_min和PTT_man进行比较，在阈值范围之内，则认为是测量正确的脉搏波传导时间，否则，则将其踢出，最终求所有脉搏波传导时间的平均值作为平均脉搏波传导时间PTT_a。测量30s后，手机端会给心电传感器和红外脉搏传感器发送停止采集命令，此时袖带式血压计也测量完毕，通过自带的蓝牙模块将测得的收缩压和舒张压的值传给Android手机端，这样就可以得到一组脉搏波传导时间PTT_a和收缩压、舒张压的值，将其一一对应并保存。接着，用户按上述步骤进行10组重复试验，每次试验间隔时间为3min，将这10组数利用一元线性回归模型分别拟合，则可以得到该用户脉搏波传导时间和收缩压、舒张压之间的线性关系。

图6是本发明测量系统在用户参数校准后进行连续血压测量的流程图。首先，被测者佩戴好心电传感器和红外脉搏传感器，在Android手机端按下“开始测量”的按钮，系统进入测量模式，此时心电传感器和红外脉搏传感器同时开始采集信号，并通过wifi模块分别传送到手机端，Android接开始分析处理两路wifi传来的信号，首先要对两路信号进行滤波处理，处理完成后对每个心动周期检测出心电信号的R顶点和指尖脉搏信号的峰值点，求得该心动周期下R波到脉搏波峰值点的传递时间，同样需要将其给定的阈值进行比较，如果不在阈值范围之内，则表明这个心动周期下的血压测量失效，手机端显示“无效”。否则，则将所求的传导时间带入之前拟合的线性关系，分别求得每个心动周期下的收缩压和舒张压的值，并在手机端显示并保存，实现血压的连续监测，直到被测者在手机端按下“停止测量”按钮，手机端通过wifi模块发送停止命令给心电传感器和红外脉搏传感器，停止传感器的采集工作。

以上内容是结合一种实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种基于Android手机端的连续血压测量系统，其特征在于，包括红外脉搏传感器、心电传感器、袖带式血压计、电源模块和Android手机端，所述电源模块给所述红外脉搏传感器、所述心电传感器供电，所述Android手机端接收所述红外脉搏传感器、所述心电传感器和所述袖带式血压计传来的信号。

2.一种基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)Android手机端发出“开始校准”命令时，红外脉搏传感器和心电传感器同时开始采集指尖脉搏信号和心电信号30s，同时袖带式血压计开始工作，测得当前收缩压BP和舒张压DP；

步骤2)指尖脉搏信号和心电信号传送到Android手机端；

步骤3)Android手机端对接收到的信号进行分析和处理，得到脉搏波特征系数k和脉搏波传导时间PTT；

步骤4)重复步骤1～3，共计10次，将得到的脉搏波传导时间PTT和血压计测得的收缩压BP、舒张压DP一一对应，利用一元线性回归模型对脉搏波传导时间PTT和收缩压、舒张压分别进行线性拟合。

3.根据权利要求2所述的基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，其特征在于，所述步骤3)Android手机端对接收到的信号进行分析和处理，得到的脉搏波特征系数k与脉搏波传导时间PTT，中到与被测者的脉搏波特征系数k的方法具体为：

k＝(Pm-Pd)/(Ps-Pd)

其中，Pm表示脉搏波平均值，Ps表示指尖脉搏波的波峰值，Pd表示指尖脉搏波的波谷值。

4.根据权利要求2所述的基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，其特征在于，所述步骤3)Android手机端对接收到的信号进行分析和处理，得到的脉搏波特征系数k与脉搏波传导时间PTT，中得到脉搏波传导时间PTT的方法具体为：将同一个心动周期中脉搏波峰值的时间点减去心电信号R波峰值点时间点得到的时间差；

在检测每一个心动周期内的指尖脉搏的峰值点和心电信号的R波顶点时，加入漏检和多检的检测算法，提高检测精度；

漏检的检测机制为：第i个峰值点间隔为D(i)＝W(i+1)-W(i),其中W(i)表示第i个峰值点的时间点，i为常数，Mean表示D(i)的平均值，当检测到的D(i)≥1.5Mean，则认为W(i)和W(i+1)之间还存在一个峰值点被漏检，于是检测W(i)到W(i+1)的最大值；

多检的监测机制为：当监测到的D(i)≤0.5Mean,则认为W(i)和W(i+1)之间存在一个错误的峰值点，将W(i)和W(i+1)之间较小的一个剔除。

5.根据权利要求2所述的基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，其特征在于，所述步骤4)重复步骤1～3，共计10次，将得到的脉搏波传导时间PTT和血压计测得的收缩压BP、舒张压DP一一对应，利用一元线性回归模型对脉搏波传导时间PTT和收缩压、舒张压分别进行线性拟合，其中：

脉搏波传导时间PTT是指定的N个心动周期的所有脉搏波传导时间的平均值PTT_a，所述平均值通过如下公式获得：

PTT_a＝(PTT_m+PTT_m+1+…+PTT_m+N-2+PTT_m+N-1)/N，其中N取10，m取20。

6.根据权利要求2所述的基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，其特征在于，所述步骤4)重复步骤1～3，共计10次，将得到的脉搏波传导时间PTT和血压计测得的收缩压BP、舒张压DP一一对应，利用一元线性回归模型对脉搏波传导时间PTT和收缩压、舒张压分别进行线性拟合，具体为：

按照下述公式对脉搏波传导时间PTT和收缩压Ps、舒张压Pd分别进行线性拟合：

Ps＝a*PTT+b；(1)

Pd＝Ps*eTd/F(k,PTT)；(2)

其中F(k,PTT)＝m*k*PTT+n，是脉搏波传导时间和脉搏波特征系数的线性拟合曲线；Td为一个心跳舒张期；a,b,m,n可以通过线性拟合得到。

将对应10组BP、PTT带入第一个公式(1)，线性拟合后即可获得脉搏波传导时间与收缩压的线性关系；解析出第20-30个心动周期的脉搏波波形，分别求得每一个脉搏波的Pm、Pd、Pd和Td后可以求出对应的脉搏波系数k，将10个心动周期的平均脉搏波系数ka和BP、SP带入式(2)，线性拟合后即可获得脉搏波传导时间与舒张压的线性关系。

7.一种基于Android手机端的连续血压测量系统校准测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)接收红外脉搏传感器和心电传感器采集的指尖脉搏信号和心电信号，计算得到一个心动周期下心电信号的R波到脉搏波峰值点的传递时间；

步骤2)将步骤1)得到的一个心动周期下心电信号的R波到脉搏波峰值点的传递时间代入预先存储的脉搏波传导时间PTT与收缩压Ps的线性关系，计算得到当前心动周期下人体的收缩压值，代入脉搏波传导时间PTT与舒张压Pd的线性关系计算得到当前心动周期下人体的舒张压值；

步骤3)返回步骤2)得到的当前心动周期下人体的收缩压值和人体舒张压值。