CN109303555A - 一种基于脉搏信号的电子血压测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脉搏信号的电子血压测量方法，包括：S1，压力传感器采集模拟信号，并将模拟信号转发至微控制器；S2，微控制器将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号；S3，将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号；S4，将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。本发明还公开了一种基于脉搏信号的电子血压测量装置。本发明通过在微控制器内设计带通滤波软件模块及低通滤波软件模块实现了原来硬件的信号处理功能，解决由于信号处理模块电路器件的不一致性导致的测量偏差大，准确度下降的问题，同时降低方案成本，增加方案的可靠性，明显改善了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于脉搏信号的电子血压测量方法及一种基于脉搏信号的电子血压测量装置。
背景技术
社会的进步促使人们越来越关注自身及家人的健康状况，同时，便携式的电子血压计也成了家庭的必备设备。
美国心脏协会调查显示，21％的汞柱血压计存在技术问题而影响其准确性，不久可能被其他血压计替代。目前欧洲等发达国家，已大部分淘汰了水银柱血压计。电子血压计的方便性、安全性使得逐步成为测量血压的主要工具。
如图1所示，现有的通用的电子血压计主要通过脉搏信号实现血压的测量，其一般由压力传感器、放大电路、二次放大、低通滤波器及带通滤波器组成(如CN101884526A、CN201420535861.5、CN201720183721.X)。压力传感器所采集的模拟信号携带有干拢信号，需要经过放大电路将信号放大后，进入带通滤波器进行滤波，将一部分中频的干拢信号滤除，再经低通滤波器进行低频干拢信号的滤波处理，经过二次的滤波处理后，得到的信号才可以表征脉搏信号，经过二次放大后进入MCU进行处理。因此，要解耦出表征脉搏的信号，需要用到多级放大和滤波电路进行处理，大大地增加了电路的复杂性和不可靠性；同时由于电路器件的差异性，信号处理模块的一致性得不到保证，会导致测量的准确度下降，误差偏大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于脉搏信号的电子血压测量方法及装置。可减少由于硬件器件误差所引起的测量准确度问题，保证了测量的一致性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于脉搏信号的电子血压测量方法，包括：
S1，压力传感器采集模拟信号，并将模拟信号转发至微控制器；
S2，微控制器将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号；
S3，将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号；
S4，将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
作为上述方案的改进，所述步骤S3包括：通过6阶IIR滤波器将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号。
作为上述方案的改进，所述6阶IIR滤波器的截止频率为0.6Hz–6Hz。
作为上述方案的改进，所述步骤S4包括：通过一阶低通滤波器将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
作为上述方案的改进，根据公式y(n)＝y(n-1)+kfilter×[x(n)-y(n-1)]构建一阶低通滤波器，其中，y为输出的压力信号，x为输入的高频信号，kfilter为一阶低通滤波器的截止频率。
相应地，本发明还提供了一种基于脉搏信号的电子血压测量装置，包括压力传感器及微控制器；所述压力传感器用于采集模拟信号并将模拟信号转发至微控制器；所述微控制器包括AD模块、带通滤波模块及低通滤波模块，所述AD模块分别与带通滤波模块及低通滤波模块连接；所述AD模块用于将模拟信号转换为数字信号并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号；所述带通滤波模块用于将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号；所述低通滤波模块用于将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
作为上述方案的改进，所述带通滤波模块为6阶IIR滤波器。
作为上述方案的改进，所述AD模块包括：差分信号输入选择器模块，用于选定AD输入通道；逻辑选择信号模块，用于决定差分信号输入选择器模块的AD差分输入信号；配置控制逻辑模块，用于根据逻辑选择信号模块中选定的AD输入通道进行配置，使选定的AD输入通道处于工作状态；使能AD转换模块，用于对输入的模拟信号进行处理；增益放大模块，用于对差分信号输入选择器模块输入的模拟信号进行放大处理；逻辑处理模块，用于根据配置控制逻辑模块的配置进行数据处理以输出数字信号。
作为上述方案的改进，所述低通滤波模块为一阶低通滤波器。
作为上述方案的改进，所述一阶低通滤波器根据公式y(n)＝y(n-1)+kfilter×[x(n)-y(n-1)]进行构建，其中，y为输出的压力信号，x为输入的高频信号，kfilter为一阶低通滤波器的截止频率。
实施本发明的有益效果在于：
本发明通过在微控制器内设计带通滤波软件模块及低通滤波软件模块实现了原来硬件的信号处理功能。具体地，压力传感器所采集的模拟信号可直接传输至微控制器，微控制器通过内置的AD模块对模拟信号进行高频采样，再将采样出的高频信号流向两个软件模块，其中一个软件模块实现带通滤波功能，另一个软件模块实现低通滤波功能，可有效减少硬件成本，增加可靠性，同时更重要的是，减少了由于硬件器件误差所引起的测量准确度问题，保证了测量的一致性。
附图说明
图1是现有的通用的电子血压计的电路原理图；
图2是本发明基于脉搏信号的电子血压测量方法的流程图；
图3是压力传感器采集到的信号波形图；
图4是经本发明处理后的信号波形图；
图5是本发明基于脉搏信号的电子血压测量装置的电路原理图；
图6是本发明基于脉搏信号的电子血压测量装置中AD模块的电路原理图；
图7是本发明基于脉搏信号的电子血压测量装置的操作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图2，图2显示了本发明基于脉搏信号的电子血压测量方法的流程图，包括：
S1，压力传感器采集模拟信号，并将模拟信号转发至微控制器。
如图3所示，压力传感器所采集模拟信号的波形由两部分信号组成，一部分是袖带压力值，掺杂着频率低于0.6HZ的低频干拢信号，另一部分是脉搏波信号，夹杂着50HZ工频干拢信号和频率为0.6-6HZ的其它随机干拢信号。
S2，微控制器将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号。
微控制器直接读取出的模拟信号是无法将压力信号与脉搏波信号进行区分的。现有技术是通过硬件电路将这两种信号先区分开来再进入微控制器(MicrocontrollerUnit；MCU)，本发明是将模拟信号直接读进微控制器再进行处理，区分开两种信号。
需要说明的是，微控制器内置有具有PGA功能的差分AD模块，所述差分AD模块实现对模拟信号的放大检测。具体地，压力传感器所采集模拟信号是随着血压的不同而变化的，信号输入到微控制器的差分AD管脚后进入AD模块，再通过AD模块实现放大功能。
S3，将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号。
所述步骤S3包括：通过6阶IIR滤波器将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号。所述6阶IIR滤波器的截止频率为0.6Hz–6Hz。
在带通滤波处理中，本发明通过设计6阶IIR滤波器来实现对脉搏波信号提取。结合Matlab软件，将带通滤波器的截止频率设定为0.6Hz–6Hz，得出6阶IIR滤波器的系数，将高频信号输入到6阶IIR滤波器，6阶IIR滤波器的输出即为0.6-6Hz的脉搏波信号。
S4，将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
所述步骤S4包括：通过一阶低通滤波器将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
在低通滤波处理中，本发明通过设计一阶低通滤波器来实现对压力信号的提取。具体地，本发明根据差分公式y(n)＝y(n-1)+kfilter×[x(n)-y(n-1)]构建一阶低通滤波器，其中，y为输出的压力信号，x为输入的高频信号，kfilter为一阶低通滤波器的截止频率，由于压力信号的频率在0.6Hz范围内，Kfilter优选为0.6Hz。将高频信号输入一阶低通滤波器，一阶低通滤波器的输出即为有用的压力信号。
如图4所示，波形a是模拟信号通过低通滤波处理后的输出波形，波形b是模拟信号通过带通滤波处理后的输出波形。明显地，通过滤波后的波形可以明显区分开了频率不同的压力信号及脉搏波信号，这压力信号及脉搏波信号再通过下一级的处理，则可以得出血压值及脉搏值。
由上可知，本发明通过在微控制器内设计6阶IIR滤波器及一阶低通滤波器实现了原来硬件的信号处理功能，可有效减少硬件成本，增加可靠性，同时更重要的是，减少了由于硬件器件误差所引起的测量准确度问题，保证了测量的一致性。
参见图5，图5显示了本发明基于脉搏信号的电子血压测量装置的电路结构图，其包括压力传感器1及微控制器2，具体地：
所述压力传感器1用于采集模拟信号并将模拟信号转发至微控制器2。
所述微控制器2包括AD模块21、带通滤波模块22及低通滤波模块23，所述AD模块21分别与带通滤波模块22及低通滤波模块23连接。其中，所述AD模块21用于将模拟信号转换为数字信号并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号；所述带通滤波模块22用于将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号；所述低通滤波模块23用于将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
如图3所示，压力传感器1所采集模拟信号的波形由两部分信号组成，一部分是袖带压力值，掺杂着频率低于0.6HZ的低频干拢信号，另一部分是脉搏波信号，夹杂着50HZ工频干拢信号和频率为0.6-6HZ的其它随机干拢信号，因此，微控制器2直接读取出的模拟信号是无法将压力信号与脉搏波信号进行区分的。现有技术是通过硬件电路将这两种信号先区分开来再进入微控制器2(Microcontroller Unit；MCU)，本发明是将模拟信号直接读进微控制器2再进行处理，区分开两种信号。
如图6所示，所述AD模块21为具有PGA功能的差分AD模块，其包括：
差分信号输入选择器模块211，用于选定AD输入通道；
逻辑选择信号模块212，用于决定差分信号输入选择器模块211的AD差分输入信号；
配置控制逻辑模块(213，214)，用于根据逻辑选择信号模块212中选定的AD输入通道进行配置，使选定的AD输入通道处于工作状态；
使能AD转换模块215，用于对输入的模拟信号进行处理；
增益放大模块216，用于对差分信号输入选择器模块211输入的模拟信号进行放大处理；
逻辑处理模块217，用于根据配置控制逻辑模块(213，214)的配置进行数据处理以输出数字信号。
因此，压力传感器1所采集模拟信号是随着血压的不同而变化的，信号输入到微控制器2的差分AD管脚后进入AD模块21，再通过AD模块21实现对模拟信号的放大检测。
所述带通滤波模块22为6阶IIR滤波器。所述6阶IIR滤波器的截止频率为0.6Hz–6Hz。在带通滤波处理中，本发明通过设计6阶IIR滤波器来实现对脉搏波信号提取。结合Matlab软件，将带通滤波器22的截止频率设定为0.6Hz–6Hz，得出6阶IIR滤波器的系数，将高频信号输入到6阶IIR滤波器，6阶IIR滤波器的输出即为0.6-6Hz的脉搏波信号。
所述低通滤波模块23为一阶低通滤波器。在低通滤波处理中，本发明通过设计一阶低通滤波器23来实现对压力信号的提取。具体地，所述一阶低通滤波器根据公式y(n)＝y(n-1)+kfilter×[x(n)-y(n-1)]进行构建，其中，y为输出的压力信号，x为输入的高频信号，kfilter为一阶低通滤波器的截止频率，由于压力信号的频率在0.6Hz范围内，Kfilter优选为0.6Hz。将高频信号输入一阶低通滤波器，一阶低通滤波器的输出即为有用的压力信号。
如图4所示，波形a是模拟信号通过低通滤波处理后的输出波形，波形b是模拟信号通过带通滤波处理后的输出波形。明显地，通过滤波后的波形可以明显区分开了频率不同的压力信号及脉搏波信号，这压力信号及脉搏波信号再通过下一级的处理，则可以得出血压值及脉搏值。
因此，测量时，压力传感器1将采集的模拟信号直接传输至微控制器2，微控制器2通过内置的AD模块21对模拟信号进行高频采样，再将采样出的高频信号流向两个软件模块，其中一个软件模块实现带通滤波功能，另一个软件模块实现低通滤波功能，可有效减少硬件成本，增加可靠性，同时更重要的是，减少了由于硬件器件误差所引起的测量准确度问题，保证了测量的一致性。
下面结合图7对本发明做进一步的详细描述，本发明的操作流程如下：
步骤一，开始；
步骤二，初始化微控制器；
步骤三，检查电子血压测量装置的按键状态；
步骤四，判断电子血压测量装置是否按下启动键，判断为是时，进入步骤五，判断为否时，返还步骤三；
步骤五，开启气泵充气；
步骤六，AD模块采样；
步骤七，判断气压是否达到要求，判断为是时，进入步骤八，判断为否时，返还步骤五；
步骤八，以每秒4mmHg匀速排气；
步骤九，带通滤波模块及低通滤波模块对采样数据处理；
步骤十，保存处理后的数据序列；
步骤十一，判断电子血压测量装置的直流电压是否小于0.5V，判断为是时，进入步骤十二，判断为否时，返还步骤八；
步骤十二，快速放气并计算出舒张压和收缩压；
步骤十三，结束。
由上可知，本发明通过在微控制器内设计带通滤波软件模块及低通滤波软件模块实现了原来硬件的信号处理功能，解决由于信号处理模块电路器件的不一致性导致的测量偏差大，准确度下降的问题，同时降低方案成本，增加方案的可靠性，明显改善了用户体验，降低用户使用成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于脉搏信号的电子血压测量方法，其特征在于，包括：
S1，压力传感器采集模拟信号，并将模拟信号转发至微控制器；
S2，微控制器将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号；
S3，将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号；
S4，将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
2.如权利要求1所述的基于脉搏信号的电子血压测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括：通过6阶IIR滤波器将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号。
3.如权利要求2所述的基于脉搏信号的电子血压测量方法，其特征在于，所述6阶IIR滤波器的截止频率为0.6Hz–6Hz。
4.如权利要求1所述的基于脉搏信号的电子血压测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括：通过一阶低通滤波器将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
5.如权利要求4所述的基于脉搏信号的电子血压测量方法，其特征在于，根据公式y(n)＝y(n-1)+kfilter×[x(n)-y(n-1)]构建一阶低通滤波器，其中，y为输出的压力信号，x为输入的高频信号，kfilter为一阶低通滤波器的截止频率。
6.一种基于脉搏信号的电子血压测量装置，其特征在于，包括压力传感器及微控制器；
所述压力传感器用于采集模拟信号并将模拟信号转发至微控制器；
所述微控制器包括AD模块、带通滤波模块及低通滤波模块，所述AD模块分别与带通滤波模块及低通滤波模块连接；
所述AD模块用于将模拟信号转换为数字信号并对数字信号进行高频率采样以获得高频信号；
所述带通滤波模块用于将高频信号进行带通滤波处理以获得脉搏波信号；
所述低通滤波模块用于将高频信号进行低通滤波处理以获得压力信号。
7.如权利要求6所述的基于脉搏信号的电子血压测量装置，其特征在于，所述AD模块包括：
差分信号输入选择器模块，用于选定AD输入通道；
逻辑选择信号模块，用于决定差分信号输入选择器模块的AD差分输入信号；
配置控制逻辑模块，用于根据逻辑选择信号模块中选定的AD输入通道进行配置，使选定的AD输入通道处于工作状态；
使能AD转换模块，用于对输入的模拟信号进行处理；
增益放大模块，用于对差分信号输入选择器模块输入的模拟信号进行放大处理；
逻辑处理模块，用于根据配置控制逻辑模块的配置进行数据处理以输出数字信号。
8.如权利要求6所述的基于脉搏信号的电子血压测量装置，其特征在于，所述带通滤波模块为6阶IIR滤波器。
9.如权利要求6所述的基于脉搏信号的电子血压测量装置，其特征在于，所述低通滤波模块为一阶低通滤波器。
10.如权利要求9所述的基于脉搏信号的电子血压测量装置，其特征在于，所述一阶低通滤波器根据公式y(n)＝y(n-1)+kfilter×[x(n)-y(n-1)]进行构建，其中，y为输出的压力信号，x为输入的高频信号，kfilter为一阶低通滤波器的截止频率。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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