CN107863156A - 一种高血压筛查与管理方法与装置 - Google Patents

一种高血压筛查与管理方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高血压筛查与管理方法与装置，涉及医疗器械技术领域，该方法包括以下步骤：通过对光电信号质量评价确定最优的光电模块通道；获得检测对象的原始红外指端容积脉搏波信号；通过信号调理与多次微分处理得到脉搏波及其多次微分波信号用于脉搏波特征的提取；通过特征选择方法选择出与血压关联性最强的数个特征参数并建立Cubic支持向量机评估模型实现对高血压的分类和筛选；该装置包括指端容积脉搏波采集器(1)，智能手机（9）及云存储空间（11），筛选结果可实时显示于智能手机（9）并上传云存储空间（11）。本发明的技术方案能够根据实时容积脉搏波信号筛查高血压及评价血压水平，并能进行长期管理及心血管健康指导。

Description

一种高血压筛查与管理方法与装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种高血压筛查与管理方法，还涉及一种高血压筛查与管理装置，包括指端容积脉搏波采集器、智能手机及云存储空间。
背景技术
血压作为一种心血管系统重要的生理指标，在急慢性心血管疾病的早期预测与评估具有重要作用。因此，对高血压或高血压前期人群的早起筛查与评价具有非常现实的实际意义。当前，血压的测量主要采用袖套式水银或电子血压计，这种侧流方法已被广泛接受并已被沿用近百年，其在心血管疾病的控制上发挥了重要作用。然而，不管是柯氏音法，还是示波法，在测量时都需要使用袖套并对前臂加压，这种测量方式容易受到操作方式和使用条件的影响，如袖套的佩戴松紧的差异，坐姿的差异，运动的影响等等。另外，对于一些病人它还存在一种白大褂现象。因此，在当前严峻的心血管疾病治疗与控制形势下，袖套式血压测量方式受到了一定程度的限制。在心血管健康管理新形势下，无袖套高血压筛查与血压检测技术正形成迫切的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是提供一种不受操作方式影响，能减少诊断和检测中的疼痛和心理负担且实现动态监测与评估血压的方法和装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种高血压筛查与管理方法，包括以下步骤：
(1)通过对光电信号质量评价确定最优的光电模块通道；
(2)获得检测对象的原始红外指端容积脉搏波信号；
(3)通过信号调理与信号质量评价获得高质量指端容积脉搏波信号；
(4)对指端容积脉搏波信号进行四次差分处理得到脉搏波，一次微分波信号、二次加速脉搏波信号、三次微分波信号及四次微分波信号用于指端容积脉搏波特征的提取；
(5)基于指端容积脉搏波信号和其多次微分信号，定义并提取与血压关联性最强的至少三个指端容积脉搏波形特征参数进行分析与建立评估模型；
(6)基于容积脉博波信号特征，建立Cubic支持向量机模型对高血压进行分类和筛选；
(7)将分类和筛选评估结果实时显示于智能手机上并上传到云存储空间。
本发明还提供了一种高血压筛查与管理装置，包括指端容积脉搏波采集器，智能手机及云存储空间，所述指端容积脉搏波采集器通过与所述智能手机进行数据信息的交互实现对高血压筛查与管理并把结果上传到云存储空间。
所述指端容积脉搏波采集器，内设有指孔、发光电路板及主电路板，所述发光电路板包括多通道指端容积脉搏波光电模块、所述主电路板包括信号调理模块、运算处理模块、外部大容量存储模块、语音引导与播报模块及无线通信模块，所述多通道指端容积脉搏波光电模块、信号调理模块、运算处理模块依次相连，用于完成指端容积脉搏波信号采集，所述运算处理模块负责顺序执行信号采集、多通道指端容积脉搏波光电模块功能的评估和选择、数据的压缩和传输，其输出端分别与所述外部大容量存储模块、语音引导与播报模块及无线通信模块相连，实现指端容积脉搏波的存储、通信及语音引导与播报功能；
所述多通道指端容积脉搏波光电模块，包括位于采集器前部、中部和后部的3个红外光电发射和接收模块,相互之间间隔为10mm；
所述信号调理模块包括两级放大电路、带通滤波电路和基线漂移抑制电路,用于放大、滤波和信号调理微弱的指端容积脉搏波信号,其输出连接所述运算处理模块；
所述运算处理模块负责指端容积脉搏波信号采集、多通道指端容积脉搏波光电模块功能的评估和选择、数据压缩和传输等功能；
所述外部大容量存储模块负责运算处理结果、光电工作模式信息的存储；
所述无线通信模块负责接收命令和发送数据,以实现与智能手机中的应用软件的信息交互。
所述智能手机内设有实时波形显示模块、指端容积脉搏波采集器功能配置模块、高血压分类筛选模块、高血压管理和健康指导模块及配套的应用软件，负责对数据分析、处理及显示；所述配套应用软件具备与云存储空间通讯的能力，并能对使用者血压状况长期跟踪，评估及健康指导；
所述云存储空间负责最终数据的存储。
采用本发明的技术方案能够根据实时容积脉搏波信号分类和评价血压水平，并能进行长期管理及心血管健康指导。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为指端容积脉搏波采集器结构示意图；
图3为本发明方法流程图；
图4为3个最优指端容积脉搏波特征定义；
图5A为正常人群的指端容积脉搏波特征；
图5B为高血压前期人群的指端容积脉搏波特征；
图5C为高血压I期人群的指端容积脉搏波特征；
图5D为高血压II期人群的指端容积脉搏波特征；
图6A为b*c*斜率示意图；
图6B为Sc*时间段；
图6C为b*b2宽度的散点图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
图1、图2示出了一种高血压筛查与管理装置，包括指端容积脉搏波采集器1，智能手机9及云存储空间11，所述指端容积脉搏波采集器1通过与所述智能手机9进行数据信息的交互实现对高血压筛查与管理并把结果上传到云存储空间11。
所述指端容积脉搏波采集器1，内设有指孔2、发光电路板3及主电路板4，所述发光电路板3包括多通道指端容积脉搏波光电模块12，所述主电路板4包括信号调理模块13、运算处理模块14、外部大容量存储模块15、语音引导与播报模块16及无线通信模块17，所述多通道指端容积脉搏波光电模块12、信号调理模块13、运算处理模块14依次相连用于完成指端容积脉搏波信号采集，所述运算处理模块14负责顺序执行信号采集、多通道指端容积脉搏波光电模块功能的评估和选择、数据的压缩和传输，其输出端分别与所述外部大容量存储模块15、语音引导与播报模块16及无线通信模块17相连，实现指端容积脉搏波的存储、通信和语音引导与播报功能；
所述多通道指端容积脉搏波光电模块12，包括位于指端容积脉搏波采集器前部7、中部6和后部5的3个红外光电发射和接收模块，相互之间间隔为10mm；
所述信号调理模块13包括两级放大电路、带通滤波电路和基线漂移抑制电路，用于放大、滤波和信号调理微弱的指端容积脉搏波信号，其输出连接所述运算处理模块14；
所述运算处理模块14负责指端容积脉搏波信号采集、多通道指端容积脉搏波光电模块功能的评估和选择、数据压缩和传输等功能；
所述外部大容量存储模块15负责运算处理结果、光电工作模式信息的存储；
无线通信模块17负责接收命令和发送数据，以实现与智能手机中的应用软件的信息交互。
所述智能手机9内设有实时波形显示模块、指端容积脉搏波采集器功能配置模块、高血压分类筛选模块、高血压管理和健康指导模块及配套的应用软件，负责对数据分析、处理及显示；所述配套应用软件具备与云存储空间通讯的能力，并能对使用者血压状况长期跟踪，评估及健康指导；
所述云存储空间11负责最终数据的存储。
图3示出了一种高血压筛查与管理方法流程，包括以下步骤：
(1)通过对光电信号质量评价确定最优的光电模块通道；
由于人的手指会因性别、年龄、血液总量、皮肤粗糙度等因素而有不同的特点，本发明装置被设计为多通路红外光电传输和接收模块，分别位于装置凹槽的前部7，中部6和后部5。发光电路板3中的红外光管照射在置于指孔2内的人体手指上时，人体手指血液中的血液可以吸收部分红外线，而心脏周期性跳动的作用使光吸收过程周期性，这一周期性变化过程是由光电接收管转换成电信号，形成原来微弱的指端容积脉搏波信号。此外，本发明装置首先对多通道指端容积脉搏波光电模块分别进行指端容积脉搏波信号质量评价，并将获得最佳信号质量的光电模块选择为工作光电模块，然后关闭其它两个光电模块。
(2)获得检测对象的原始红外指端容积脉搏波信号；
(3)通过信号调理与信号质量评价获得高质量指端容积脉搏波信号；
多通道指端容积脉搏波光电模块所获得的指端容积脉搏波信号非常微弱，伴随有大量的干扰信号，必须进行放大与滤波处理。原始指端容积脉搏波信号通过放大电路后,再采用0.5Hz-12Hz带通滤波器获得平滑有效的信号。对于处理过的信号，通过运算处理模块内的A/D转换器进行信号的数字转换,通过微控制单元(MCU)对数据进行编码和压缩。压缩数据8通过无线通信模块17发送到智能手机9。在该过程中,部分配置信息和临时计算结果存储在外部大容量存储模块15中。
(4)对指端容积脉搏波信号进行四次差分处理得到脉搏波一次微分波信号、二次加速脉搏波信号、三次微分波信号及四次微分波信号用于指端容积脉搏波特征的提取；
智能手机9接收到的实时信号数据，经过进一步的去噪和优化处理，进行多次前向差分运算，获得一次微分波、二次加速脉搏波、三次微分波和四次微分波。
(5)基于指端容积脉搏波信号和其多次微分信号，定义并提取与血压关联性最强的至少三个指端容积脉搏波形特征参数进行分析与建立评估模型；
基于指端容积脉搏波及其微分波形，定义并提取大量的指端容积脉搏波特性，定义的特征包括时间段、幅度、面积、比率、斜率等。这些特征根据不同的血压水平表现出不同的状态，具有良好的血压量化表达，与动脉血压的收缩压形成过程有关。
人体动脉压的收缩压是在血液从心脏的推进和反射融合的作用下，在收缩期中期形成的最大值。因此，动脉收缩期血液的推进和反射融合过程对血压的形成起着重要的作用。在心脏活动和血液传输过程中，指端容积脉搏波信号反映了血管内血容量的物理变化，是血容量状态的直接表现。一次微分波信号反映了外周血管的血容量变化程度，是血液变化快慢的表现。二次加速脉搏波反映了血液容积的速度变化能力，这一能力很大程度上反映了心脏的收缩和舒张能力。在收缩波和反射波的位置上，特别是在b波和c波的区间上，对收缩压的形成具有很好的表达。一些特征反映了主要推进波的融合过程和反射波的细节，如斜率的b*c*，Sc*时间段，和b*b2宽度，如图4所示。图5A至图5D示出了四例受试者的指端容积脉搏波及其微分波，四例患者血压水平不同，分别表现为正常、高血压前期、1期高血压和2期高血压。在这些样本中，不同血压阶段的收缩峰和潮波有不同程度的融合。这种不同的融合具有普遍性，在这一时期的一些特征(b*至c*段)与收缩压有很强的相关性。
选取了如图6A、图6B、图6C所示的b*c*斜率、Sc*时间段和b*b2宽度的散点图，作为最优特征，它们与收缩压的相关性分别为0.73、0.71、0.66；
(6)基于容积脉博波信号特征，建立Cubic支持向量机模型对高血压进行分类和筛选；
模型的分类性能如下表所示：
健康组与不同阶段高血压组的分类性能表
(7)将分类和筛选评估结果实时显示于智能手机上并上传到云存储空间。
采用本发明的技术方案能够根据实时容积脉搏波信号分类和评价血压水平，并能进行长期管理及心血管健康指导。
以上结合附图对本发明的实施方式做出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高血压筛查与管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过对光电信号质量评价确定最优的光电模块通道；
（2）获得检测对象的原始红外指端容积脉搏波信号；
（3）通过信号调理与信号质量评价获得高质量指端容积脉搏波信号；
（4）对指端容积脉搏波信号进行四次差分处理得到脉搏波，一次微分波信号、二次加速脉搏波信号、三次微分波信号及四次微分波信号用于指端容积脉搏波特征的提取；
（5）基于指端容积脉搏波信号和其多次微分信号，定义并提取与血压关联性最强的至少三个指端容积脉搏波形特征参数进行分析与建立评估模型；
（6）基于容积脉博波信号特征，建立Cubic 支持向量机模型对高血压进行分类和筛选；
（7）将分类和筛选评估结果实时显示于智能手机上并上传到云存储空间。
2.一种高血压筛查与管理装置，其特征在于，包括指端容积脉搏波采集器（1），智能手机（9）及云存储空间（11），所述指端容积脉搏波采集器（1）通过与所述智能手机（9）进行数据信息的交互实现对高血压筛查与管理并把结果上传到云存储空间（11）。
3.根据权利要求2所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述指端容积脉搏波采集器(1)，内设有指孔（2）、发光电路板（3）及主电路板（4），所述发光电路板（3）包括多通道指端容积脉搏波光电模块(12)，所述主电路板（4）包括信号调理模块(13)、运算处理模块(14)、外部大容量存储模块(15)、语音引导与播报模块(16)及无线通信模块(17)，所述多通道指端容积脉搏波光电模块 (12)、信号调理模块 (13)、运算处理模块 (14)依次相连用于完成指端容积脉搏波信号采集，所述运算处理模块(14)负责顺序执行信号采集、多通道指端容积脉搏波光电模块（12）功能的评估和选择、数据的压缩和传输，其输出端分别与所述外部大容量存储模块(15)、语音引导与播报模块(16)及无线通信模块(17)相连，实现指端容积脉搏波的存储、通信和语音引导与播报功能。
4.根据权利要求3所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述多通道指端容积脉搏波光电模块(12)，包括位于采集器前部(7)、中部(6)和后部(5)的3个红外光电发射和接收模块，相互之间间隔为10mm。
5.根据权利要求3所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述信号调理模块(13)包括两级放大电路、带通滤波电路和基线漂移抑制电路，用于放大、滤波和信号调理微弱的指端容积脉搏波信号，其输出连接所述运算处理模块(14)。
6.根据权利要求3所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述运算处理模块(14)负责指端容积脉搏波信号采集、多通道指端容积脉搏波光电模块（12）功能的评估和选择、数据压缩和传输等功能。
7.根据权利要求3所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述外部大容量存储模块(15)负责运算处理结果、光电工作模式信息的存储。
8.根据权利要求3所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述无线通信模块(17)负责接收命令和发送数据，以实现与智能手机中的应用软件的信息交互。
9.根据权利要求2至8任一项所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述智能手机（9）内设有实时波形显示模块、指端容积脉搏波采集器功能配置模块、高血压分类筛选模块、高血压管理和健康指导模块及配套的应用软件，负责对数据分析、处理及显示；所述配套应用软件具备与云存储空间（11）通讯的能力，并能对使用者血压状况长期跟踪，评估及健康指导。
10.根据权利要求2至8任一项所述的高血压筛查与管理装置，其特征在于，所述云存储空间（11）负责最终数据的存储。
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