CN108175387A

CN108175387A - 一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN108175387A
Application number: CN201711370855.3A
Authority: CN
Inventors: 陈真诚; 梁永波; 陈倩蓉; 朱健铭; 殷世民
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-06-19

Abstract

本发明公开了一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，包括互联的信号采集模块单元和通讯存储模块单元，信号采集模块单元包括脉搏波信号采集模块和心电信号采集模块，脉搏波采集模块由电连接的脉搏波反射式光电传感器和脉搏波信号预处理模块组成，心电信号采集模块由电连接的心电信号传感器和心电信号预处理模块组成；通讯存储模块单元包括主控制器和与主控制器连接的通讯模块及大容量存储器；脉搏波信号预处理模块和心电信号预处理模块的输出端分别接入主控制器的两个输入端。这种装置成本低、操作简便、便于测量和携带、适合用于家庭和个人检测使用。本发明同时还公开了基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测的方法。

Description

一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体是一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置及检测方法。

背景技术

世界卫生组织连续几年的研究结果表明，心血管疾病是全球的头号死因，人群的心血管疾病患病率、发病率及危险因素水平呈不断上升的趋势，人们对心血管生理状况监测的需求日益高涨，因此，做好心血管的预防工作至关重要，其中对心血管健康状况的监测和分析尤为关键。动脉硬化是心血管疾病的重要病理基础，其中外周血管阻力是动脉硬化的一个重要因素。目前最直接准确的心血管病诊疗方法是血管内超声成像技术和冠脉造影，它们都属于介入性诊疗，不仅操作的专业性强，而且费用昂贵，还给患者带来痛苦和不便。一些动脉硬化无创检测指标不断涌现，其中股颈动脉脉搏波传导速度被认为是衡量大动脉弹性的“金标准”，但其测量不便使得这种方法无法普及使用并且不适合家庭监测。

目前对动脉硬化的检测在一定环境场合应用时仍然存在很大限制与不足，亟需一种便捷，稳定的方法检测血管外周阻力从一定程度上反映血管健康状况。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置及检测方法。这种装置成本低、操作简便、便于测量和携带、适合用于家庭和个人检测使用。这种方法简单便捷、方便可靠、实用性强。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，包括互联的

信号采集模块单元：所述信号采集模块单元包括脉搏波信号采集模块和心电信号采集模块，脉搏波采集模块由电连接的脉搏波反射式光电传感器和脉搏波信号预处理模块组成，心电信号采集模块由电连接的心电信号传感器和心电信号预处理模块组成；

通讯存储模块单元，所述通讯存储模块单元包括主控制器和与主控制器连接的通讯模块及大容量存储器；

脉搏波信号预处理模块和心电信号预处理模块的输出端分别接入主控制器的两个输入端。

所述脉搏波反射式光电传感器为容积脉搏传感器，设有红外发光管和红外光电接收管，作用是获得所属检测对象手腕部的桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号，脉搏波反射式光电传感器的输出端连接脉搏波信号预处理模块。

所述脉搏波信号预处理模块包括由顺序连接的单向连接的两级放大电路、带通滤波及陷波电路和抑制基线漂移电路构成的微弱脉搏波信号预处理电路，脉搏波信号预处理模块输出端连接主控制器。

所述心电信号传感器包括医用心电电极扣和差动放大器，由医用心电电极获得测量对象胸部的微弱心电信号，心电信号传感器输出端连接心电信号预处理模块。

所述心电信号预处理模块包括由顺序连接的差分输入的仪用放大电路、带通滤波及陷波电路和抑制基线漂移电路构成的微弱心电信号预处理电路，心电信号预处理模块输出端连接主控制器。

所述主控制器，将采集的模拟信号，经过A/D转换与数字滤波，将数据存入大容量存储模块，然后通过通讯模块发送到智能终端。

所述大容量存储模块，是外部大容量存储电路，对上述预处理后的脉搏波和接收的心电信号的长久存储，所述通讯模块，是发送数据至智能终端的电路。

采用上述基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置的检测方法，包括如下步骤：

1)获得检测对象的原始微弱光电容积脉搏波信号：通过脉搏波反射式光电传感器(5)获得检测对象桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号；

2)获得纯净的光电容积脉搏波信号：通过脉搏波信号预处理模块将步骤1)获得的检测对象桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号预处理后得到纯净的光电容积脉搏波信号；

3)获得检测对象的原始心电信号：通过心电信号传感器获得检测对象的原始心电信号；

4)获得纯净的心电信号：通过心电信号预处理模块将步骤3)获得的检测对象的原始心电信号预处理后得到纯净的心电信号；

5)处理并上报：主控制器将步骤2)和步骤4)得到的光电容积脉搏波信号和心电信号进行A/D转换和数字滤波，后经通讯模块发送至智能终端；

6)获得脉搏波传导时间：智能终端接收数据、显示波形并获得脉搏波传导时间；7)获得上肢血管外周阻力：结合血管外周阻力计算模型，获得检测对象的上肢血管外周阻力。

所述血管外周阻力计算模型为外周阻力与脉搏波传导时间之间的关系模型，由如下过程获得：

Ps＝a*PTT+b

Pd＝c*Ps+d

其中a，b，c，d为拟合系数，Ps，Pd分别为收缩压(mmHg)和收缩压(mmHg)，CO为心输出量(L/min)，PTT为传导时间(ms)，K为波形特征量，取常数Pm为平均动脉压(mmHg)，TPR为血管外周阻力(PRU)，经推导获得，外周阻力TPR函数关系：

其中,m,n,u和v为修正系数。

这种装置可以用于血管外周阻力的测量，也可用于与脉搏波传导时间有关的血液动力学生理参数的测量，如血压，心搏出量等。

这种装置成本低、操作简便、便于测量和携带、适合用于家庭和个人检测使用。这种方法简单便捷、方便可靠、实用性强。

附图说明

图1为实施例装置的结构示意图；

图2为实施例中反射式光电脉搏波传感器与腕部连接示意图；

图3-1为实施例脉搏波信号波信号处理前波形图；

图3-2为实施例脉搏波信号波信号处理后波形图；

图3-3为实施例心电信号波信号处理前波形图；

图3-4为实施例心电信号波信号处理后波形图；

图4-1为实施例的脉搏波信号原波形图；

图4-2为实施例的脉搏波信号一阶差分波形图；

图4-3为实施例的脉搏波信号二阶差分波形图；

图5为实施例的传导时间PTT示意图；

图6为实施例中收缩压Ps与传导时间PTT相关系数图；

图7实施例中舒张压Ps与收缩压Pd相关系数图。

图中，1.信号采集模块单元 2.通讯存储模块单元 3.脉搏波采集模块 4.心电信号采集模块 5.脉搏波反射式光电传感器 6.脉搏波信号预处理模块 7.心电信号传感器8.心电信号预处理模块 9.主控制器 10.通讯模块 11.大容量存储模块 12.红外发光管13.手腕部的桡动脉 14.红外光接收管。

具体实施方法

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1，图2，一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，包括互联的

信号采集模块单元1：所述信号采集模块单元1包括脉搏波信号采集模块3和心电信号采集模块4，脉搏波采集模块3由电连接的脉搏波反射式光电传感器5和脉搏波信号预处理模块6组成，心电信号采集模块4由电连接的心电信号传感器7和心电信号预处理模块8组成；

通讯存储模块2单元，所述通讯存储模块2单元包括主控制器9和与主控制器9连接的通讯模块10及大容量存储器11；

脉搏波信号预处理模块6和心电信号预处理模块8的输出端分别接入主控制器9的两个输入端。

所述脉搏波反射式光电传感器5为容积脉搏传感器，设有红外发光管12和红外光接收管14，作用是获得所属检测对象手腕部的桡动脉13处光电容积脉搏波的原始微弱信号，脉搏波反射式光电传感器5的输出端连接脉搏波信号预处理模块6。

所述脉搏波信号预处理模块6包括由顺序连接的单向连接的两级放大电路、带通滤波及陷波电路和抑制基线漂移电路构成的微弱脉搏波信号预处理电路，脉搏波信号预处理模块6输出端连接主控制器9。

所述心电信号传感器7包括医用心电电极扣和差动放大器，由医用心电电极获得测量对象胸部的微弱心电信号，心电信号传感器7输出端连接心电信号预处理模块8。

所述心电信号预处理模块8包括由顺序连接的差分输入的仪用放大电路、带通滤波及陷波电路和抑制基线漂移电路构成的微弱心电信号预处理电路，心电信号预处理模块8输出端连接主控制器9。

所述主控制器9，将采集的模拟信号经过A/D转换与数字滤波，将数据存入大容量存储模块11，然后通过通讯模块10发送到智能终端。

所述大容量存储模块11，是外部大容量存储电路，对上述预处理后的脉搏波和接收的心电信号的长久存储，所述通讯模块10，是发送数据至智能终端的电路。

采用上述基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

1)获得检测对象的原始微弱光电容积脉搏波信号：通过脉搏波反射式光电传感器5获得检测对象桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号；

2)获得纯净的光电容积脉搏波信号：通过脉搏波信号预处理模块6将步骤1)获得的检测对象桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号预处理后得到纯净的光电容积脉搏波信号；

3)获得检测对象的原始心电信号：通过心电信号传感器7获得检测对象的原始心电信号；

4)获得纯净的心电信号：通过心电信号预处理模块8将步骤3)获得的检测对象的原始心电信号预处理后得到纯净的心电信号；

5)处理并上报：主控制器9将步骤2)和步骤4)得到的光电容积脉搏波信号和心电信号进行A/D转换和数字滤波，后经通讯模块10发送至智能终端；

6)获得脉搏波传导时间：智能终端接收数据、显示波形并获得脉搏波传导时间；

7)获得上肢血管外周阻力：结合血管外周阻力计算模型，获得检测对象的上肢血管外周阻力。

所述血管外周阻力计算模型为外周阻力与脉搏波传导时间之间的关系模型，由过程获得：

Ps＝a*PTT+b

Pd＝c*Ps+d

其中,m,n,u和v为修正系，其中，收缩压与脉搏波传导时间关系的散点图如图6所示，收缩压与舒张压的散点图如图7所示，

本例上肢血管外周阻力测量方法可以用于血管外周阻力的测量，也可用于与脉搏波传导时间有关的血液动力学生理参数的测量，如血压，心搏出量，具体步骤为：

1.从红外发光管12发射的红外光照射到手腕部的桡动脉13反射后，被红外光接收管14接收被吸收后的红外光，由于桡动脉13内血管中血液随着心脏每次搏动而发生规律性变化，所以通过红外光接收管14来反映这种周期性的变化，发射管将将心脏的搏动转换为光线强弱的变化，然后接收管把光线强弱的变化转变为电信号的变化，即是原始微弱光电容积脉搏波信号；

2.通过实施例装置获得的光电容积脉搏波信号，其微弱而且包含很多干扰信号，所以要对它进行适当的放大，滤波和去噪，光电容积脉搏波先通过一级放大电路，接着经过带通滤波滤除其他频率的干扰，然后将滤波后的信号送入抑制基线漂移电路和放大电路，获得较纯净的容积脉搏波信号；

3.将医用电极贴在测量对象胸部，电极固定在心电信号采集模块底部的电极扣凹槽上，将获取的心电信号接入差分放大电路，然后经过带通滤波滤除高频和低频干扰，接着接入50Hz陷波器滤除电路中的工频干扰，将滤波后的信号送入抑制基线漂移电路和放大电路，获取较纯净的心电信号；

4.将上述两个模拟信号接入主控制器9，对心电信号和脉搏波信号进行A/D转换，得到心电数字信号与脉搏波数字信号，如图3-3、3-1所示，然后对信号进行数字滤波，得到纯净的脉搏波信号与纯净的心电信号，如图3-4、3-2所示；

5.对于存储与外部大容量存储模块11中的数据可通过通讯模块10上传到智能终端。

6.智能终端收到数据以后画出脉搏波波形图和心电波形图，求出脉搏波二阶差分波形数据在统一坐标系下显示，根据特征点计算处脉搏波传导时间，最终计算出上肢血管外周阻力，显示出来。

7.脉搏波预处理模块6是装置的核心处理部分之一，包括了波形的放大，滤波，采集，通信及存储，最重要的部分是对采集到数据进行数字滤波，该运算处理流程主要包括以下几个步骤：

a.对采集到的脉搏波数据进行数字滤波，得到原始脉搏波波形I，如图4-1所示；

b.对上面得到的原始脉搏波进行一阶差分运算，得到一阶差分脉搏波II，如图4-2所示；

c.对上面的一阶差分脉搏波II进行二阶差分运算，得到二阶差分脉搏波III，如图4-3所示；

d.二阶差分脉搏波能清晰地呈现出原始脉搏波波形规律地上升和下降，这些上升和下降与心脏搏动引起的血液血管的变化关系密切，能较准确地反映从心脏搏出到血液传递至桡动脉处的变化，脉搏波传导时间是指从心电的R波到脉搏波周期起始处的时间PTT，如图5所示。

Claims

1.一种基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，其特征是，包括互联的

2.根据权利要求1所述的基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，其特征是，所述脉搏波反射式光电传感器为容积脉搏传感器，设有红外发光管和红外光电接收管，作用是获得所属检测对象桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号，脉搏波反射式光电传感器的输出端连接脉搏波信号预处理模块。

3.根据权利要求1所述的基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，其特征是，所述脉搏波信号预处理模块包括由顺序连接的单向连接的两级放大电路、带通滤波及陷波电路和抑制基线漂移电路构成的微弱脉搏波信号预处理电路，脉搏波信号预处理模块输出端连接主控制器。

4.根据权利要求1所述的基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，其特征是，所述心电信号传感器包括医用心电电极扣和差动放大器，由医用心电电极获得测量对象胸部的微弱心电信号，心电信号传感器输出端连接心电信号预处理模块。

5.根据权利要求1所述的基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置，其特征是，所述心电信号预处理模块包括由顺序连接的差分输入的仪用放大电路、带通滤波及陷波电路和抑制基线漂移电路构成的微弱心电信号预处理电路，心电信号预处理模块输出端连接主控制器。

6.采用权1-5任意一项所述基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

1)获得检测对象的原始微弱光电容积脉搏波信号：通过脉搏波反射式光电传感器获得检测对象桡动脉处光电容积脉搏波的原始微弱信号；

7.根据权利要求6所述的基于心电和脉搏波形态学参数的血管外周阻力检测装置的检测方法，其特征是，所述血管外周阻力计算模型为外周阻力与脉搏波传导时间之间的关系模型，由如下过程获得：

Ps＝a*PTT+b

Pd＝c*Ps+d

其中a，b，c，d为拟合系数，Ps，Pd分别为收缩压(mmHg)和收缩压(mmHg)，CO为心输出量(L/min)，PTT为传导时间(ms)，K为波形特征量，取常数

Pm为平均动脉压(mmHg)，TPR为血管外周阻力(PRU)，经推导获得，外周阻力TPR函数关系：

其中,m,n,u和v为修正系数。