CN105852839B - 一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法及装置，所述方法利用生物电阻抗技术，通过采集受试者手臂桡动脉的电阻抗信号，并进行模数转换后，得到电阻抗数字信号。从所述电阻抗数字信号中提取心率和心率变异性特征。本发明具有简单易行、廉价和操作简便等特点，能够快速准确地采集并分析心率数据，实现对受试者的测量。

Description

一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法及装置

技术领域

本发明涉及医疗监测技术领域，更具体地，涉及一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法及装置。

背景技术

目前临床的心率及相关特征的测量和提取的主要方法为测量ECG电信号、PPG光电信号以及脉搏压力信号等。传统心电测量方法需要被测者处于静息状态，而光电及其他测量方法作为间接的近似测量方法易受外部光源等环境干扰，因而无法快速、准确地采集并分析心率相关数据。

生物电阻抗测量技术是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。具有无创、无害、廉价、操作简单和功能信息丰富等特点，具有广泛的应用前景。将生物电阻抗测量技术应用于心率信号检测具有可行性和应用前景。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是克服上述现有技术所述的无法快速、准确地采集并分析心率相关数据的缺陷，提供一种能够快速、准确地采集并分析心率相关数据的基于生物电阻抗技术的心率测量方法。

本发明的进一步目的是提供一种能够快速、准确地采集并分析心率相关数据的基于生物电阻抗技术的心率测量装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法，所述方法包括以下步骤：

S1：采集受试者上肢桡动脉的生物电阻抗信号；

S2：对所采集的生物电阻抗信号进行模数转换，得到电阻抗数字信号；

S3：根据所得到的电阻抗数字信号，提取心率的参考特征值；

S4：根据提取的心率的参考特征值，对自主神经功能进行评估。

在一种优选的方案中，步骤S1具体为：

S11：在受试者左臂或右臂下端桡动脉处，自手腕部1~2cm起向上依次安装四个氯化银电极A1、A2、A3、A4；其中：A1、A4为激励电极，A2、A3为测量电极，测量电极A2、A3的安装间隔为1~4cm；

S12：激励电极A1、A4向受试者输入激励电流，测量电极A2、A3采集电压值；

S13：根据激励电流与测量电极采集到的电压差值，使用欧姆定律计算得到生物电阻抗信号。

在一种优选的方案中，A4为激励电极的正极，其固定在近心端；A1为激励电极的负极，其固定在远心端。

在一种优选的方案中，步骤S3具体为：

S31：使用数字带通滤波器对采集的电阻抗数字信号进行滤波；

S32：对滤波后的电阻抗数字信号提取峰值，计算得到电阻抗数字信号波峰的个数N，将波形波峰的个数N作为第一参考特征值；

S33：对滤波后的电阻抗数字信号提取峰值时间序列{Xi，i=1,2,…N}，根据峰值时间序列Xi提取阻抗变异性序列XXi={X2-X1,X3-X2,…,XN-XN-1}，将阻抗变异性序列XXi作为第二参考特征值；

S34：根据阻抗变异性序列XXi，提取相邻时间间隔大于50ms的个数n，计算n占总峰值个数N的百分比PNN50：

PNN50=(n/N)*100%

把阻抗变异性序列XXi中相邻时间间隔大于50ms所占的百分比PNN50，作为第三参考特征值。

在一种优选的方案中，步骤S4具体为：根据提取的第一参考特征值、第二参考特征值、第三参考特征值进行自主神经功能评估。由于测得的阻抗变异性序列与同期心率变异性序列有较高相关性，因此由阻抗变异性序列提取相关时频参数，可一定精度上代替心率变异性进行自主神经功能评估等分析。

一种基于生物电阻抗技术的心率测量装置，所述心率测量装置包括：

数据采集模块：用于采集受试者左臂或右臂桡动脉的生物电阻抗信号；

模数转换模块：与数据采集模块电连接，用于对所述生物电阻抗信号进行模数转换，得到电阻抗数字信号；

信号处理模块：与模数转换模块电连接，用于根据电阻抗数字信号，提取心率的参考特征值；

电源模块：与上述的各个功能模电连接，用于对上述各个功能模块进行供电。

在一种优选的方案中，所述心率测量装置还包括激励电极、测量电极、开关模块和恒流源模块；

激励电极和测量电极设置于受试者手臂的桡动脉处；

开关模块分别与电源模块、恒流源模块、激励电极、测量电极和数据采集模块电连接，开关模块用于控制激励电极的激励电流以及接收测量电极的电压信号，同时将接收的电压信号传输给数据采集模块；

恒流源模块分别与电源模块、开关模块和数据采集模块电连接，恒流源模块通过激励模块为测量电极提供激励电流。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供的一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法及装置，所述方法利用生物电阻抗技术，通过采集受试者手臂桡动脉的电阻抗信号，并进行模数转换后，得到电阻抗数字信号。从所述电阻抗数字信号中提取心率和心率变异性特征。该方法具有简单易行、廉价和操作简便等特点，能够快速准确地采集并分析心率数据，实现对受试者的测量。

附图说明

图1是基于生物电阻抗技术的心率测量方法的流程图。

图2是实施例1中的步骤S1的具体方法流程图。

图3是激励电极及测量电极的佩戴示意图。

图4是实施例1的部分电阻抗数字信号的波形。

图5是实施例1的一组阻抗变异性与心率变异性的波形相关性对比图。

图6是实施例2基于生物电阻抗技术的心率测量装置的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1：采集受试者左臂桡动脉的生物电阻抗信号；如图2-3所示，步骤S1具体为：

S11：在受试者左臂下端桡动脉处，自手腕部1~2cm起向上依次安装四个氯化银电极A1、A2、A3、A4，其中：A1、A4为激励电极，A1到A4的安装间隔为8~10cm，A4为激励电极的正极，其固定在近心端，A1为激励电极的负极，其固定在远心端；A2、A3为测量电极， A2到A3的安装间隔为2~4cm；

S12：激励电极A1、A4向受试者输入激励电流，测量电极A2、A3采集电压值；

S13：根据激励电流与测量电极采集到的电压差值，使用欧姆定律计算得到生物电阻抗信号。

S2：对所采集的生物电阻抗信号进行模数转换，得到电阻抗数字信号；

S3：如图4-5所示，根据所得到的电阻抗数字信号，提取心率的参考特征值；步骤S3具体为：

S31：使用数字带通滤波器对采集的电阻抗数字信号进行滤波；

S32：对滤波后的电阻抗数字信号提取峰值，计算得到电阻抗数字信号波峰的个数N，将波形波峰的个数N作为第一参考特征值；

S33：对滤波后的电阻抗数字信号提取峰值时间序列{Xi，i=1,2,…N}，根据峰值时间序列Xi提取阻抗变异性序列XXi={X2-X1,X3-X2,…,XN-XN-1}，将阻抗变异性序列XXi作为第二参考特征值；

S34：根据阻抗变异性序列XXi，提取相邻时间间隔大于50ms的个数n，计算n占总峰值个数N的百分比PNN50：

PNN50=(n/N)*100%

把阻抗变异性序列XXi中相邻时间间隔大于50ms所占的百分比PNN50，作为第三参考特征值。

S4：根据提取的心率的参考特征值，对自主神经功能进行评估。步骤S4具体为：根据提取的第一参考特征值、第二参考特征值、第三参考特征值进行自主神经功能评估。由于测得的阻抗变异性序列与同期心率变异性序列有较高相关性，因此由阻抗变异性序列提取相关时频参数，可一定精度上代替心率变异性进行自主神经功能评估等分析。

本发明提供的一种基于生物电阻抗技术的心率测量方法及装置，所述方法利用生物电阻抗技术，通过采集受试者手臂桡动脉的电阻抗信号，并进行模数转换后，得到电阻抗数字信号。从所述电阻抗数字信号中提取心率和心率变异性特征。该方法具有简单易行、廉价和操作简便等特点，能够快速准确地采集并分析心率数据，实现对受试者的测量。

实施例2

如图6所示，一种基于生物电阻抗技术的心率测量装置，所述心率测量装置包括：

数据采集模块：用于采集受试者左臂或右臂桡动脉的生物电阻抗信号；

模数转换模块：与数据采集模块电连接，用于对所述生物电阻抗信号进行模数转换，得到电阻抗数字信号；

信号处理模块：与模数转换模块电连接，用于根据电阻抗数字信号，提取心率的参考特征值；

电源模块：与上述的各个功能模电连接，用于对上述各个功能模块进行供电。

本实施例中，所述心率测量装置还包括激励电极、测量电极、开关模块和恒流源模块；

激励电极和测量电极设置于受试者手臂的桡动脉处；

开关模块分别与电源模块、恒流源模块、激励电极、测量电极和数据采集模块电连接，开关模块用于控制激励电极的激励电流以及接收测量电极的电压信号，同时将接收的电压信号传输给数据采集模块；

恒流源模块分别与电源模块、开关模块和数据采集模块电连接，恒流源模块通过激励模块为测量电极提供激励电流。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于生物电阻抗技术的心率测量装置，其特征在于，所述心率测量装置包括：

数据采集模块：用于采集受试者左臂或右臂桡动脉的生物电阻抗信号；

模数转换模块：与数据采集模块电连接，用于对所述生物电阻抗信号进行模数转换，得到电阻抗数字信号；

信号处理模块：与模数转换模块电连接，用于根据电阻抗数字信号，提取心率的参考特征值；提取心率的参考特征值的步骤包括：

S31：使用数字带通滤波器对采集的电阻抗数字信号进行滤波；

S32：对滤波后的电阻抗数字信号提取峰值，计算得到电阻抗数字信号波峰的个数N，将波形波峰的个数N作为第一参考特征值；

S33：对滤波后的电阻抗数字信号提取峰值时间序列{Xi，i=1,2,…N}，根据峰值时间序列Xi提取阻抗变异性序列XXi={X2-X1,X3-X2,…,XN-XN-1}，将阻抗变异性序列XXi作为第二参考特征值；

S34：根据阻抗变异性序列XXi，提取相邻时间间隔大于50ms的个数n，计算n占总峰值个数N的百分比PNN50：

PNN50=(n/N)*100%

把阻抗变异性序列XXi中相邻时间间隔大于50ms所占的百分比PNN50，作为第三参考特征值；

电源模块：与上述的各个功能模块电连接，用于对上述各个功能模块进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于生物电阻抗技术的心率测量装置，其特征在于，所述心率测量装置还包括激励电极、测量电极、开关模块和恒流源模块；

激励电极和测量电极设置于受试者手臂的桡动脉处；

开关模块分别与电源模块、恒流源模块、激励电极、测量电极和数据采集模块电连接，开关模块用于控制激励电极的激励电流以及接收测量电极的电压信号，同时将接收的电压信号传输给数据采集模块；

恒流源模块分别与电源模块、开关模块和数据采集模块电连接，恒流源模块通过激励模块为测量电极提供激励电流。