CN108478203A - 一种基于单生命体征监测雷达的血压测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医学监测领域，具体涉及一种不约束受试者的非接触血压测量方法。本发明采用单生物医学雷达，对准受试者腹部或者背部，然后要求受试者进行屏气，录取屏气时采集到的主动脉脉搏波波形信号，并利用EMD算法进行特征提取，得出主动脉脉搏波波形信号的各个特征点，确定每个特征点和脉搏波的时间段的映射关系。根据映射关系，求出生物医学雷达获取的主动脉脉搏波波形信号对应的脉搏波传导时间。由脉搏波传导时间可以得到相应的血压值。相比传统的血压值测量方法，本发明提供的测量方法只需要单个射频传感器，精度更高，且具有不需要仪器接触和对受试者不加约束的明显优点。本发明方法有效可行，性能可靠，可以准确地获得血压值。

Description

一种基于单生命体征监测雷达的血压测量方法

技术领域

本发明涉及雷达领域，特别是一种基于单生命体征监测雷达的血压测量方法。

背景技术

血压的测量方法主要分为有创血压测量和无创血压测量。有创血压的测量是指将压力传感器以侵入的方式植入到人体的大动脉内，从而检测出心脏起搏期间的压力变化。无创血压是指将利用人体与相关的关系量来简介估测血压，这是一种对人体无伤害的血压测量方法，因此也是目前最常用的血压测量方法。

但是传统的无创血压测量方法是接触式测量，且需要多个传感器同时测量，不能实时得到测量结果。接触式监测一般会使用的传感器，约束着受试者，会使受试者感到不适，这将影响受试者的生理特征，会对监测结果产生干扰。

接触式监测无法直接接触一些个体，例如：大面积烧伤病人、传染病患者、皮肤病患者、刚出生的婴儿等，这使接触式监测的应用范围受到限制。此外，接触式脉搏波监测，需要专业的医护人员，而且在每次监测之前，需要花费将近一个小时进行准备，操作繁琐，耗费人力和财力，且不能实现实时监测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的血压测量存在的不足，借助单架生命体征监测雷达实现脉搏波的非接触测量，并且实现了对血压值的测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，包括以下步骤：

步骤1、用单架生命体征监测雷达采集主动脉脉搏波波形信号，具体为：

步骤1-1、受试者正坐或平躺，单架生命体征监测雷达放置在距离受试者0.5米处，对准受试者腹部或者背部；

步骤1-2、生命体征监测雷达持续录取信号，受试者先正常呼吸，然后屏气x秒，然后再正常呼吸，x的取值为20～35s；

步骤1-3、生命体征监测雷达录取的信号包含脉搏波、心跳和杂波，截取屏住呼吸x秒时测量的生命体征信号，对这x秒的生命体征信号进行解调，然后通过带通滤波器去除心跳和杂波，得到受试者的主动脉脉搏波波形信号。

步骤2、对主动脉脉搏波波形信号进行特征点提取，得到主动脉脉搏波波形信号的各个主要特征点，具体为：

步骤2-1、分解主动脉脉搏波波形信号：对主动脉脉搏波波形信号，运用EMD算法，将这x秒的主动脉脉搏波波形信号分解为最高频率分量信号IMF_1，第二高频率分量信号IMF_2...最低频率分量信号IMF_n，n个IMF分量信号；

步骤2-2、提取主动脉脉搏波波形信号特征点：去掉后m个低频率的IMF分量信号，由剩余的n-m个IMF分量信号相加得信号波形argR0Signal_t_emd；提取IMF_1分量信号中的极大值，IMF_2分量信号中的极小值，带入信号波形argR0Signal_t_emd，即可得到主动脉脉搏波波形信号的特征点，m一般取3-5。

步骤3、确定主动脉脉搏波的时间段和各个特征点之间的映射关系，具体为：

A、脉搏波波谷：主动脉脉搏波波形最低点，预示着心脏快速射血期的开始；

B、脉搏波第一收缩波峰：主动脉脉搏波波形的第一个极大值点，预示着动脉压力和脉动容积最大值；

C、脉搏波第二收缩波峰：主动脉脉搏波波形的第二个极大值点，也称反射点；

D、脉搏波降中峡：主动脉脉搏波波形的第二个拐点，是心脏收缩与舒张的分界点，也称为重搏波波谷。

步骤4、由主动脉脉搏波第一收缩波峰和射血期停止点即重搏波波谷两个特征点求解出脉搏波传导时间，具体为：

步骤4-1、提取脉搏波第一收缩波峰，即脉搏波波形的第一个极大值点对应的时间，记为TS；提取脉搏波降中峡，即脉搏波波形的第二个拐点对应的时间，记为TD，则脉搏波传导时间PTT为：

步骤5、由脉搏波传导时间，求解出对应的血压值，具体为：

步骤5-1、脉搏波传导时间PTT和血压值的经验公式为：

SBP＝a×PTT+b

其中SBP为收缩压，DBP为舒张压，a，b，A为相关系数；任意选取一组参考值，收缩压参考值为SBP₀，舒张压参考值为DBP₀，脉搏波传导时间参考值为PTT₀；利用光电容积脉搏波描记法测量脉搏波传导时间PTT_PPG，将各个受试者的PTT_PPG，SBP₀，DBP₀，PTT₀代入公式，则可到受试者特有的相关系数a，b，A；

步骤5-2、将步骤5-1得到的相关系数a，b，A，步骤4得到的脉搏波传导时间PTT，再任意选取一组参考值SBP₀，DBP₀，PTT₀，带入公式：

SBP＝a×PTT+b

即可得到受试者的血压值。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)本发明利用单架生命体征监测雷达可以实现血压的非接触，能够穿透衣物与被褥等障碍物，与传统的接触式监测相比，操作更便利，能减少人体的不适感，并且可以克服很多的局限性。2)本发明采用了EMD算法分析脉搏波信号，可以准确实现脉搏波波形信号特征点的获取，相比传统分析脉搏波信号采用的小波变换法，脉搏波信号的非测量线性和非平稳性在滤波后得到了最大限度的保留，减小了主观因素的影响，摆脱了测不准原理的限制。3)本发明利用单架生命体征监测雷达，对准受试者腹部或者背部测量出主动脉脉搏波波形信号，根据主动脉脉搏波第一收缩波峰和重搏波波谷两个特征点时间差可以准确计算脉搏波传导时间，然后得到血压值；传统的脉搏波传导时间测量方法，需要专业的医护人员和多个传感器测量多处动脉才能计算得到脉搏波传导时间；相比传统方法，本发明方法需要的仪器更少，操作简单，应用前景更广。4)本发明的方法简单有效，性能可靠，便于实施。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为本发明实现血压测量的步骤框图。

图2为主动脉脉搏波信号的时域波形图。

图3为EMD算法分解后的时域波形图。

图4为EMD算法重构后的时域波形图。

图5为主动脉脉搏波波形特征点提取的时域波形图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种基于单生命体征监测雷达测量血压的方法，其步骤如下：

步骤1、用单架生命体征监测雷达采集受试者的主动脉脉搏波波形信号；具体为：

步骤1-1、受试者正坐或平躺，单架生命体征监测雷达放置在距离受试者0.5米处，对准受试者腹部或者背部；

步骤1-2、生命体征监测雷达持续录取信号，受试者先正常呼吸，然后屏气x秒，然后再正常呼吸，x的取值为20～35s；

步骤1-3、生命体征监测雷达录取的信号包括脉搏波、心跳和杂波，截取屏住呼吸x秒时测量的生命体征信号，对这x秒的生命体征信号进行解调，然后通过带通滤波器去除心跳和杂波，得到受试者的主动脉脉搏波波形信号。

步骤2、对主动脉脉搏波波形信号进行特征点提取，得到主动脉脉搏波信号的各个主要特征点；具体为：

步骤2-1、分解主动脉脉搏波波形信号：对主动脉脉搏波波形信号，运用EMD算法，将这x秒的主动脉脉搏波波形信号分解为最高频率分量信号IMF_1，第二高频率分量信号IMF_2...最低频率分量信号IMF_n，n个IMF分量信号；

步骤2-2、提取主动脉脉搏波波形信号特征点：去掉后m个低频率的IMF分量信号，由剩余的n-m个IMF分量信号相加得信号波形argR0Signal_t_emd；提取IMF_1分量信号中的极大值，IMF_2分量信号中的极小值，带入信号波形argR0Signal_t_emd，即可得到主动脉脉搏波波形信号的特征点，m的取值为3-5。

步骤3、确定主动脉脉搏波的时间段和各个特征点之间的映射关系；具体为：

A、脉搏波波谷：主动脉脉搏波波形最低点，预示着心脏快速射血期的开始；

B、脉搏波第一收缩波峰：主动脉脉搏波波形的第一个极大值点，预示着动脉压力和脉动容积最大值；

C、脉搏波第二收缩波峰：主动脉脉搏波波形的第二个极大值点，也称反射点；

D、脉搏波降中峡：主动脉脉搏波波形的第二个拐点，是心脏收缩与舒张的分界点，也称为重搏波波谷。

步骤4、根据步骤3的映射关系，由主动脉脉搏波第一收缩波峰和射血期停止点即重搏波波谷两个特征点求解出脉搏波传导时间。具体为：

提取主动脉脉搏波第一收缩波峰，即主动脉脉搏波波形的第一个极大值点对应的时间，记为TS；提取脉搏波降中峡，即主动脉脉搏波波形的第二个拐点对应的时间，记为TD，则脉搏波传导时间PTT为：

步骤5、根据步骤4的脉搏波传导时间，求解出对应的血压值。具体为：

步骤5-1、脉搏波传导时间PTT和血压值的公式为：

SBP＝a×PTT+b

其中SBP为收缩压，DBP为舒张压，a，b，A为相关系数；任意选取一组参考值，收缩压参考值为SBP₀，舒张压参考值为DBP₀，脉搏波传导时间参考值为PTT₀；利用光电容积脉搏波描记法测量脉搏波传导时间PTT_PPG，将各个受试者的PTT_PPG，SBP₀，DBP₀，PTT₀代入公式，则可到受试者特有的相关系数a，b，A；

步骤5-2、将步骤5-1得到的相关系数a，b，A，步骤4得到的脉搏波传导时间PTT，再任意选取一组参考值SBP₀，DBP₀，PTT₀，带入公式：

SBP＝a×PTT+b

即可得到受试者的血压值。

参照图2，主动脉脉搏波波形形态一般先是快速上升，对应心脏快速射血期；然后缓慢下降，由前向波和反射波叠加。

参照图3，EMD算法将原始信号分解为六个IMF分量信号。

参照图4，去掉后三个较低频率的IMF分量，由剩余的前三个IMF分量重构信号，相当于将原始信号通过高通滤波器，且原始信号的非线性和非平稳性在滤波后得到了最大限度的保留。

参照图5，主动脉脉搏波波形的特征点实质上是脉搏波压力曲线的各个拐点，它们表征心动周期中从一个力学过程向另一个力学过程的转变，因而这些拐点具有明确的生理意义。

本发明的方法有效可行，性能可靠，可以准确地获得血压值。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

结合表1，用生命体征监测雷达采集6个受试者的主动脉脉搏波信号，采集出这6个受试者的主动脉脉搏波波形特征点，参考权利4中的主动脉脉搏波波形和特征点的映射关系，参考权力5中脉搏波传导时间计算方法，可以得出这6个人的脉搏波传导时间。

表1脉搏波传导时间

结合表2，根据表1雷达测量求得的脉搏波传导时间，参考权力6中血压计算方法，可以得出这6个人的血压。

表2血压值

本发明基于单生命体征监测雷达测量血压的方法，简单有效，性能可靠，便于实施，且测量结果准确。按照国际标准，血压测量结果的的最大允许误差为8mmHg，本方法测量结果与专用血压检测仪测量结果相比，误差保持在5mmHg以内，说明本发明测量结果准确，应用前景广阔。

Claims (6)

1.一种基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、用单生命体征监测雷达采集受试者的主动脉脉搏波波形信号；

步骤2、对主动脉脉搏波波形信号进行特征点提取，得到主动脉脉搏波信号的各个主要特征点；

步骤3、确定主动脉脉搏波的时间段和各个特征点之间的映射关系；

步骤4、根据步骤3的映射关系，由主动脉脉搏波第一收缩波峰和射血期停止点即重搏波波谷两个特征点求解出脉搏波传导时间；

步骤5、根据步骤4的脉搏波传导时间，求解出对应的血压值。

2.根据权利要求1所述的基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，其特征在于，步骤1利用单生命体征雷达进行主动脉脉搏波波形信号采集，具体为：

步骤1-1、受试者正坐或平躺，单架生命体征监测雷达放置在距离受试者0.5米处，对准受试者腹部或者背部；

步骤1-2、生命体征监测雷达持续录取信号，受试者先正常呼吸，然后屏气x秒，然后再正常呼吸，x的取值为20～35s；

步骤1-3、生命体征监测雷达录取的信号包括脉搏波、心跳和杂波，截取屏住呼吸x秒时测量的生命体征信号，对这x秒的生命体征信号进行解调，然后通过带通滤波器去除心跳和杂波，得到受试者的主动脉脉搏波波形信号。

3.根据权利要求1所述的基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，其特征在于，步骤2对主动脉脉搏波波形信号进行特征点提取，得到主动脉脉搏波波形信号的各个主要特征点，具体为：

步骤2-1、分解主动脉脉搏波波形信号：对主动脉脉搏波波形信号，运用EMD算法，将这x秒的主动脉脉搏波波形信号分解为最高频率分量信号IMF_1，第二高频率分量信号IMF_2...最低频率分量信号IMF_n，n个IMF分量信号；

步骤2-2、提取主动脉脉搏波波形信号特征点：去掉后m个低频率的IMF分量信号，由剩余的n-m个IMF分量信号相加得信号波形argR0Signal_t_emd；提取IMF_1分量信号中的极大值，IMF_2分量信号中的极小值，带入信号波形argR0Signal_t_emd，即可得到主动脉脉搏波波形信号的特征点，m的取值为3-5。

4.根据权利要求1所述的基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，其特征在于，步骤3确定主动脉脉搏波的时间段和各个特征点之间的映射关系，具体为：

A、脉搏波波谷：主动脉脉搏波波形最低点，预示着心脏快速射血期的开始；

B、脉搏波第一收缩波峰：主动脉脉搏波波形的第一个极大值点，预示着动脉压力和脉动容积最大值；

C、脉搏波第二收缩波峰：主动脉脉搏波波形的第二个极大值点，也称反射点；

D、脉搏波降中峡：主动脉脉搏波波形的第二个拐点，是心脏收缩与舒张的分界点，也称为重搏波波谷。

5.根据权利要求1所述的基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，其特征在于，步骤4由主动脉脉搏波第一收缩波峰和射血期停止点即重搏波波谷两个特征点求解出脉搏波传导时间，具体为：

提取主动脉脉搏波第一收缩波峰，即主动脉脉搏波波形的第一个极大值点对应的时间，记为TS；提取脉搏波降中峡，即主动脉脉搏波波形的第二个拐点对应的时间，记为TD，则脉搏波传导时间PTT为：

6.根据权利要求1所述的基于单生命体征监测雷达的血压测量方法，其特征在于，步骤5由脉搏波传导时间，求解出对应的血压值，具体为：

步骤5-1、脉搏波传导时间PTT和血压值的公式为：

SBP＝a×PTT+b

其中SBP为收缩压，DBP为舒张压，a，b，A为相关系数；任意选取一组参考值，收缩压参考值为SBP₀，舒张压参考值为DBP₀，脉搏波传导时间参考值为PTT₀；利用光电容积脉搏波描记法测量脉搏波传导时间PTT_PPG，将各个受试者的PTT_PPG，SBP₀，DBP₀，PTT₀代入公式，则可到受试者特有的相关系数a，b，A；

步骤5-2、将步骤5-1得到的相关系数a，b，A，步骤4得到的脉搏波传导时间PTT，再任意选取一组参考值SBP₀，DBP₀，PTT₀，带入公式：

SBP＝a×PTT+b

即可得到受试者的血压值。