CN107174225A - 一种臂带式血管生理参数监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种臂带式血管生理参数监测装置，包括下位机，所述下位机能够戴在人体的手臂上，所述下位机包括中央处理器、以及与所述中央处理器相连的脉搏波模块、心电模块、压力波模块、通信模块。本发明的有益效果是：本发明通过脉搏波和压力波可以测量出人体的各种血管生理参数，为可穿戴式血管生理监测提供了可能，为现代社会中心血管疾病的便携式监测提供了便利的条件。

Description

一种臂带式血管生理参数监测装置

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种臂带式血管生理参数监测装置。

背景技术

血管生理参数包括血管壁通透性、血管弹性、血管直径、血管阻力、血流量、血流速度、血压等。血管生理参数监测系统即是对血管的某些项指标进行监测，通常利用人体收缩压、舒张压、心电图、光电容积脉搏波等参数估计人体血管相关状况，以便于病情分析、实现精准医疗。

连续血压监测系统是一种基于人体一项或多项生理指标为依据进行相关计算的血压监测系统。通常，采集人体的心电信号或光电容积脉搏波信号。事实上，一段时间内心电信号的峰值与光电容积脉搏信号的峰值时间差与此时间内血压值具有极大相关性。目前多数无创连续血压监测系统主要采用心电信号与脉搏进行连续血压计算。

多生理参数检测仪，主机由智能手机或电脑作为人机交互平台，完成友好的人机交互体验、对于采集平台进行控制，同时完成对个人资料的管理功能。从机是一个数据采集装置，采用嵌入式处理平台作为核心器件，配合多种传感器及信号处理电路，完成对多种生理信号的采集、处理和传输。主从及采用无线通信方式进行数据传输，从而使从机与主机的连接具备了方便服用、使用简单的优点，适用于家庭保健、个人监护、社区健康体检等方面。

目前最相近的已有技术方案是基于脉搏波的生物反馈系统，检测血压和脉搏波信号,转换成数字信号后传输至上位机；心血管参数分析装置,连接血压脉搏检测仪的输出端,提取脉搏波信号的特征信息,计算出训练相关的心血管心理参数信息；训练目标管理装置,连接心血管参数分析装置的输出端和训练评价装置的输出端,进行阶段目标设定；训练评价装置,连接心血管参数分析装置的输出端,根据设定的阶段目标和实时测量分析输出的心血管生理参数,综合评估当前训练的进度状态,并自动判断输出强化信号、视音频放松强度指数设定；多媒体视频播控装置,根据设定的放松强度指数控制播放放松视音频的内容,通过人机交互接口呈现。(专利名：基于脉搏波的生物反馈系统)

现有技术的缺点及产生原因：

集成度差：现有的市面产品功能单一，由于软件算法及集成电路的限制，并没有达到多功能的高度集成化。

可携带性差：由于现有绝大多数的产品都和电脑PC端通信，所以造成了可携带性差。

携带后影响日常活动：现有的产品体积过于庞大，连接线过多，不便于日常的生活。

监测功能单一：现有的设备监测人体生理参数尚不全面，虽然有很多生理参数监护仪，但目前尚未存在连续血压的监测与血管生理参数的监测系统。

导线连接的传输方式：现有的产品多采用的是用导线连接的信号传输方式，并没有采用蓝牙，wifi等无线传输方式。

血压测量不连续，佩戴不方便：由于现有的无创血压测量采用袖带式，测量过程繁琐，不能连续测量。

运动轨迹不能及时去除：由于现有的产品并没有集成加速度传感器，所以在运动时测量产生的运动噪声并不能及时的去除。

发明内容

本发明提供了一种臂带式血管生理参数监测装置，包括下位机，所述下位机能够戴在人体的手臂上，所述下位机包括中央处理器、以及与所述中央处理器相连的脉博波模块、心电模块、压力波模块、通信模块，所述脉博波模块用于采集人体的脉搏波信号，所述心电模块用于采集人体的心电信号，所述压力波模块用于采集人体的压力波信号。

作为本发明的进一步改进，所述心电模块采用心电模拟前端，心电模拟前端将贴片电极采集的心电信号进行初步的处理，传输至中央处理器；所述脉博波模块采用光电容积脉搏波法，在中央处理器的控制下，由脉搏波模拟前端驱动发光二极管工作并采集接收二极管的光学模拟信号进行初步处理，形成脉搏波形；所述压力波模块采用传统的袖带血压测量装置，在气泵和气阀的加压和放压过程中，通过压力传感器实时采集压力波信号。

作为本发明的进一步改进，臂带式血管生理参数监测装置通过采集到的压力波信号和脉搏波信号来实现对血管阻力和血流速度的血管生理参数的监测，通过采集到的PPG信号计算出脉搏波紧张度进而求算出血管直径，血管直径结合压力波计算出上臂处的血管弹性，并且计算心脏舒张时的血流速度；通过收缩压、舒张压与血流速度三者得出血管在收缩时的外周阻力；通过中心压、舒张压与血流速度三者得出血管在舒张时的外周阻力，从而实现血管生理参数监测。

作为本发明的进一步改进，通过心电的R波和脉搏波的最大斜率点之间的延时差来计算人体的心脏处与上臂处的脉搏传输时间，通过建立人体血压与脉搏传输时间、血管阻力和血流速度的函数关系来进行血压的连续测量，并通过传统的血压测量装置进行标定与校准。

作为本发明的进一步改进，所述下位机还包括加速度模块，所述加速度模块与所述中央处理器相连。

作为本发明的进一步改进，所述通信模块为无线通信模块，所述下位机将采集到的各种生理信号通过所述无线通信模块传输到上位机。

作为本发明的进一步改进，所述无线通信模块为蓝牙模块，所述下位机还包括与所述中央处理器相连的USB通信模块和电源管理模块。

作为本发明的进一步改进，所述上位机包括台式机、智能手机、平板电脑、笔记本电脑。

作为本发明的进一步改进，所述下位机包括与所述中央处理器相连的数据存储模块，工作时，下位机通过无线方式接收到来自上位机的控制信息及用户信息，下位机在本地数据库中检查是否存在该用户的信息，如没有则为该用户创建本地数据目录，中央处理器驱动脉搏波模块、心电模块、压力波模块采集人体生理参数，待人体生理参数采集结束后将人体生理参数存入数据存储模块中，同时将人体生理参数以无线方式发送至上位机。

作为本发明的进一步改进，中央处理器提取到心电数据和脉搏数据后，将两组数据分别通过平滑滤波和去基线偏移的预处理，将预处理后的心电数据用基于差分阈值法处理提取心电信号的R波，将预处理后的脉搏数据用求导的方法得到脉搏信号的波峰，计算从心电信号的R波开始到脉搏信号的波峰结束的时间值，即该时间为脉搏传输时间；通过PPG波形计算血管参数PIR，然后得出血管直径，通过充气袖带测量上臂处压力波与标定血压值，根据压力波与血管直径通过血管参数计算算法计算血管阻力和血流速度，进而通过标定血压、血管阻力、血流速度、PPT等共同计算连续血压。

本发明的有益效果是：本发明通过脉搏波和压力波可以测量出人体的各种血管生理参数，为可穿戴式血管生理监测提供了可能，为现代社会中心血管疾病的便携式监测提供了便利的条件。

附图说明

图1是本发明的下位机原理框图。

图2是本发明的臂带式血管生理参数测量流程图。

图3是本发明的脉搏传输时间计算方法示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种臂带式血管生理参数监测装置，包括下位机，所述下位机能够戴在人体的手臂上，所述下位机包括中央处理器、以及与所述中央处理器相连的脉博波模块、心电模块、压力波模块、通信模块，所述脉博波模块用于采集人体的脉搏波信号，所述心电模块用于采集人体的心电信号，所述压力波模块用于采集人体的压力波信号；所述心电模块采用心电模拟前端，心电模拟前端将贴片电极采集的心电信号进行初步的处理，传输至中央处理器；所述脉博波模块采用光电容积脉搏波法(PPG)，在中央处理器的控制下，由脉搏波模拟前端驱动发光二极管工作并采集接收二极管的光学模拟信号进行初步处理，形成脉搏波形；所述压力波模块采用传统的袖带血压测量装置，在气泵和气阀的加压和放压过程中，通过压力传感器实时采集压力波信号。

中央处理器将采集到的心电、脉搏波和压力波信号进行基本的滤波、去基线漂移、计算心率等处理，主要使用工频陷波器，巴特沃斯低通滤波器，形态学滤波器等使信号达到医疗诊断的标准。

本发明能够对血管阻力、血流速度等血管生理参数的计算。本发明中通过采集到的压力波和脉搏波来实现对血管阻力和血流速度等血管生理参数的监测。通过采集到的PPG信号计算出脉搏波紧张度(PIR)进而求算出血管直径。血管直径结合压力波计算出上臂处的血管弹性，并且计算心脏舒张时血流速度；通过收缩压、舒张压与血流速度三者得出血管在收缩时的外周阻力；通过中心压、舒张压与血流速度三者得出血管在舒张时的外周阻力，从而实现血管生理参数监测的目的。

本发明采用脉搏传输时间(PTT)计算血压，相关研究证明，人体的血压与PTT、血管阻力、血流速度成一定的函数关系。本发明中以通过心电的R波和脉搏波的最大斜率点之间的延时差来计算人体的心脏处与上臂处的PTT，通过建立人体血压与PTT、血管阻力和血流速度的函数关系来达到血压的连续测量，并通过传统的血压测量装置进行标定与校准。

所述通信模块为无线通信模块，所述下位机将采集到的各种生理信号通过所述无线通信模块传输到上位机，在上位机编写对应软件，实现对各种生理信号的处理和显示，并控制生理信号采集模块的运行，生理信号采集模块包括脉博波模块、心电模块、压力波模块。上位机包括智能手机、平板电脑等。无线通信模块包括蓝牙模块，例如低功耗蓝牙4.0。

本发明在中央处理器的控制下，通过心电模块采集心电信号，通过脉搏波模块采集脉搏波信号，通过压力波模块采集压力信号，并将采集到的心电信号、脉搏波信号和压力波信号进行基本的处理，通过心电信号和脉搏波信号计算出PTT进而计算出实时血压，通过脉搏波信号和压力波信号计算血管阻力、血流速度等血管生理参数，并通过袖带血压测量装置进行血压的校准。这些信号通过蓝牙发送至手机端，在手机端软件进行波形的显示与处理。

本发明采用基于袖带压力波血管参数估计：基于压力波等对于受试者血管状况进行估计计算，给出受试者体内血管状况的参考值，主要通过血管宽度与心电计算血管弹性、心脏舒张时血流速度、收缩时外周阻力、舒张时外周阻力等相关生理参数。

本发明采用无袖带式血压的测量：基于脉搏传输时间与血管生理参数的无袖带血压测量，给传统的袖带式血压测量方法带来了巨大的挑战。无袖带式血压测量方法简单，便捷，实时性强，克服了袖带式血压测量方法中不能连续测量，佩戴不方便的缺点。

本发明在移动过程中夹杂在生理信号中的噪声的去除；采用运动传感器去除运动伪迹的方法，能更加清晰而精确的反应出用户在运动过程中的生理信号信息，进一步减小了误差。

本发明的上位机的无线连接及信号处理：上位机的软件开发，将在终端屏幕上显示血管生理参数，血氧，血压，心率，心电图，脉搏图等参数，选择不同的模式可以查看不同参数的变化率，将生理信息的显示和处理做到了简单而不简约。

本发明采用上臂穿戴的方式，减少监测设备对于受试者的影响，极大的方便了用户的使用。

所述下位机包括与所述中央处理器相连的数据存储模块，工作时，下位机通过无线方式接收到来自上位机的控制信息及用户信息，下位机在本地数据库中检查是否存在该用户的信息，如没有则为该用户创建本地数据目录，中央处理器驱动脉搏波模块、心电模块、压力波模块采集人体生理参数，待人体生理参数采集结束后将人体生理参数存入数据存储模块中，同时将人体生理参数以无线方式发送至上位机。其中无线通信模块采用蓝牙4.0通信方式，下位机到上位机采取通知的传输形式，上位机到下位机采用数据写入的传输形式。

中央处理器提取到心电数据和脉搏数据后，将两组数据分别通过平滑滤波，去基线偏移等预处理。将预处理后的心电数据用基于差分阈值法处理提取心电信号的R波(即一段心电数据的波峰值)，将预处理后的脉搏数据用求导的方法得到脉搏信号的波峰。计算从心电信号的R波开始到脉搏信号的波峰结束的时间值。即该时间为脉搏传输时间(PTT)如图3所示。通过PPG波形计算血管参数PIR,然后得出血管直径。通过充气袖带测量上臂处压力波与标定血压值，根据压力波与血管直径通过血管参数计算算法计算血管阻力和血流速度。进而通过标定血压、血管阻力、血流速度、PPT等共同计算连续血压。

本发明通过脉搏波和压力波可以测量出人体的各种血管生理参数，为可穿戴式血管生理监测提供了可能，为现代社会中心血管疾病的便携式监测提供了便利的条件。本发明可以实时监测人体的心电信号、脉搏波信号和血压信号，可以实现多生理参数的测量。臂带式血管生理参数监护装置可以穿戴与人体的上臂，易于测量，达到可穿戴的目的。并且本方案有着符合人机工程学的结构设计与友好的人机界面软件设计，方便用户的使用。

以上内容是结合具体的优选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。

Claims (10)

1.一种臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：包括下位机，所述下位机能够戴在人体的手臂上，所述下位机包括中央处理器、以及与所述中央处理器相连的脉博波模块、心电模块、压力波模块、通信模块，所述脉博波模块用于采集人体的脉搏波信号，所述心电模块用于采集人体的心电信号，所述压力波模块用于采集人体的压力波信号。

2.根据权利要求1所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：所述心电模块采用心电模拟前端，心电模拟前端将贴片电极采集的心电信号进行初步的处理，传输至中央处理器；所述脉博波模块采用光电容积脉搏波法，在中央处理器的控制下，由脉搏波模拟前端驱动发光二极管工作并采集接收二极管的光学模拟信号进行初步处理，形成脉搏波形；所述压力波模块采用传统的袖带血压测量装置，在气泵和气阀的加压和放压过程中，通过压力传感器实时采集压力波信号。

3.根据权利要求1所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：臂带式血管生理参数监测装置通过采集到的压力波信号和脉搏波信号来实现对血管阻力和血流速度的血管生理参数的监测，通过采集到的PPG信号计算出脉搏波紧张度进而求算出血管直径，血管直径结合压力波计算出上臂处的血管弹性，并且计算心脏舒张时的血流速度；通过收缩压、舒张压与血流速度三者得出血管在收缩时的外周阻力；通过中心压、舒张压与血流速度三者得出血管在舒张时的外周阻力，从而实现血管生理参数监测。

4.根据权利要求1所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：通过心电的R波和脉搏波的最大斜率点之间的延时差来计算人体的心脏处与上臂处的脉搏传输时间，通过建立人体血压与脉搏传输时间、血管阻力和血流速度的函数关系来进行血压的连续测量，并通过传统的血压测量装置进行标定与校准。

5.根据权利要求1所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：所述下位机还包括加速度模块，所述加速度模块与所述中央处理器相连。

6.根据权利要求1至5任一项所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：所述通信模块为无线通信模块，所述下位机将采集到的各种生理信号通过所述无线通信模块传输到上位机。

7.根据权利要求6所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：所述无线通信模块为蓝牙模块，所述下位机还包括与所述中央处理器相连的USB通信模块和电源管理模块。

8.根据权利要求6所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：所述上位机包括台式机、智能手机、平板电脑、笔记本电脑。

9.根据权利要求6所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：所述下位机包括与所述中央处理器相连的数据存储模块，工作时，下位机通过无线方式接收到来自上位机的控制信息及用户信息，下位机在本地数据库中检查是否存在该用户的信息，如没有则为该用户创建本地数据目录，中央处理器驱动脉搏波模块、心电模块、压力波模块采集人体生理参数，待人体生理参数采集结束后将人体生理参数存入数据存储模块中，同时将人体生理参数以无线方式发送至上位机。

10.根据权利要求1所述的臂带式血管生理参数监测装置，其特征在于：中央处理器提取到心电数据和脉搏数据后，将两组数据分别通过平滑滤波和去基线偏移的预处理，将预处理后的心电数据用基于差分阈值法处理提取心电信号的R波，将预处理后的脉搏数据用求导的方法得到脉搏信号的波峰，计算从心电信号的R波开始到脉搏信号的波峰结束的时间值，即该时间为脉搏传输时间；通过PPG波形计算血管参数PIR，然后得出血管直径，通过充气袖带测量上臂处压力波与标定血压值，根据压力波与血管直径通过血管参数计算算法计算血管阻力和血流速度，进而通过标定血压、血管阻力、血流速度、PPT等共同计算连续血压。