CN109512403A - 一种指端光电容积脉搏波检测方法、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脉搏波检测领域，尤其是一种指端光电容积脉搏波检测方法、设备及系统。其方法包括：接收脉搏波检测设备发送的初始脉搏波检测信号；根据初始检测信号重建初始脉搏波形图；若初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令；将光强调节命令发送给脉搏波检测设备以得到目标脉搏检测信号，目标脉搏检测信号由脉搏波检测设备根据光强调节指令对所发出的检测光的光强进行调整所得；根据目标脉搏检测信号重建出标准脉搏波形图。本发明利用智能手机强大的运算能力可以分析波形形态和特征点，对脉搏波检测设备所发射的检测光光强的调整，所提供的脉搏波检测设备只负责数据采集、通讯以及电路控制，使用低成本和低功耗的微控制芯片，降低了成本。

Description

一种指端光电容积脉搏波检测方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及脉搏波检测领域，尤其是一种指端光电容积脉搏波检测方法、设备及系统。

背景技术

心脑血管疾病具有高发病率，高死亡率，多并发症等特点，现已成为我国各种疾病首位死亡原因，未来20年我国心血管疾病的发病率将出现井喷式剧增态势。研究发现，动脉血管结构和功能的改变是引发这些疾病的根本原因，因此及早发现血管功能和结构的异常，对发现心血管早期病变、干预变化过程有着重要意义。光电容积描记法(Photoplethymography，PPG)是一种用于测量人体组织中血液容积变化的光电测量技术，该信号揭示了丰富心血管循环系统，尤其是动脉血管系统的信息。出于心血管疾病防治的需求，利用PPG检测技术无创、准确的评估血管特征成为了当前PPG应用研究的热点，其中PPG形态分析由于检测方便、生理意义明确而受到人们广泛的青睐。在众多描述PPG形态的参数中，动脉硬化系数(Stiffness index，SI)、反射系数(Reflect index，RI)分别估计了脉搏波速度和反射强度，其在动脉弹性评估中的价值已经受人们广泛认可。

但由于其依赖于反射脉搏的准确检测，由于老年人和血管硬化(冠心病等)患者的反射脉搏波较弱，现有的使用PPG技术的指端光电容积脉搏波检测设备很容易发生反射脉搏缺失的现象，导致老年人和血管硬化患者无法使用光电容积脉搏波这种简单易用的心血管疾病预防诊断技术。造成这种问题发生的原因是现有的使用PPG技术的仪器都是使用了无法调节透射光源强度的技术，而且无法根据脉搏波波形特征对电路进行调整，导致无法动态调整脉搏波波形从而进行优化。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种指端光电容积脉搏波检测方法、设备及系统，旨在克服现有技术的不足。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种指端光电容积脉搏波检测方法，所述指端光电容积脉搏波检测方法包括如下步骤：接收脉搏波检测设备发送的初始脉搏波检测信号；根据所述初始检测信号重建初始脉搏波形图；若所述初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令；将所述光强调节命令发送给所述脉搏波检测设备以得到目标脉搏检测信号，所述目标脉搏检测信号由所述脉搏波检测设备根据所述光强调节指令对所发出的检测光的光强进行调整所得；根据所述目标脉搏检测信号重建出标准脉搏波形图。

第二方面，本发明提供的一种脉搏波图重建设备，所述脉搏波图重建设备包括处理器、输入模块和输出模块，所述处理器、输入模块和输出模块相互连接；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如本发明的第一方面中所述的指端光电容积脉搏波检测方法的步骤。

第三方面，本发明提供的一种指端光电容积脉搏波检测系统，所述指端光电容积脉搏波检测系统包括脉搏波检测设备和脉搏波图重建设备，所述脉搏波检测设备与所述脉搏波图重建设备通信连接，所述脉搏波图重建设备执行如本发明的第一方面中所述的指端光电容积脉搏波检测方法的步骤。

本发明的有益效果是：首先，本发明利用智能手机强大的运算能力可以分析波形形态和特征点，将光强调节命令通过蓝牙传输的方式发送给脉搏波检测设备，实现对脉搏波检测设备所发射的检测光光强的调整，所提供的脉搏波检测设备只负责数据采集、通讯以及电路控制，使用低成本和低功耗的微控制芯片，缩小了仪器的体积，降低了成本，在技术上实现了通过波形特征控制光强变化这一反馈闭环，极大降低了反射脉搏波无法检出的情况，极大提升了设备的适用范围。其次，在老年人和血管硬化患者(如冠心病患者)的实际测试中，对使用和不使用光强调节的指端光电容积脉搏波比较，减少了反射脉搏波无法检测的情况30％，另外本发明的检测设备采用了锂电池和自动调整光强技术，功耗更低，体积小巧，携带方便，易于操作，适用于在家庭防控心血管疾病。

附图说明

图1为本发明第一实施例指端光电容积脉搏波检测方法的流程图；

图2为标准脉搏波形图的示意图

图3为标准和非标准脉搏波形图的对比示意图一；

图4为标准和非标准脉搏波形图的对比示意图二；

图5为标准和非标准脉搏波形图的对比示意图三；

图6为本发明第二实施例脉搏波检测设备的示意图；

图7为脉搏波检测设备对被测者的手指对进行检测时的示意图；

图8为本发明第三实施例脉搏波图重建设备的示意图；

图9为本发明第四实施例指端光电容积脉搏波检测系统的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

如图1所示，本发明的第一实施例所示出的指端光电容积脉搏波检测方法，适用于指端光电容积脉搏波检测系统，所述指端光电容积脉搏波检测系统包括脉搏波检测设备和脉搏波图重建设备，所述指端光电容积脉搏波检测方法包括如下步骤：

S1，脉搏波图重建设备接收脉搏波检测设备发送的初始脉搏波检测信号。

具体的，所述初始脉搏波检测信号为所述脉搏波检测设备以初始光强发射检测光，所述检测光经过被测者的手指后由所述脉搏波检测设备接收并形成的。进一步地，当被测者需要进行容积脉搏波检测时，只需将其手指伸到脉搏波检测设备的检测区域即可。所述脉搏波检测设备通过其内置的透射光源发处一初始光强的检测光；其中，所述检测光可以根据实际情况自行设置为不同的初始光强以及波长，在本实施例中，初始的检测光为900nm的红外光。当检测光经过被测者的手指后，由所述脉搏波检测设备的光敏器件接收，所述光敏器件包括但不限于光敏传感器，所述光敏传感器将光信号转换为电压信号，并将其送入AD转换器，将电压信号转换为数字信号，最后通过内置的蓝牙芯片传输所述脉搏波图重建设备。

S2，脉搏波图重建设备根据所述初始检测信号重建初始脉搏波形图。

如图2所示，标准脉搏波形图分布于二维坐标系中，所述二维坐标系的横轴为时间，纵轴为脉搏波幅值，所述标准脉搏波形图包括起搏点a、主波点b、重搏切迹点c和重搏波点d。在实际的应用中，是通过所述标准脉搏波形图计算反应血管状态的两个指标，即SI和RI。进一步地，SI＝H/Tbd，其中，H为被测者的身高，Tbd为主波点b和重搏波点d之间的时间间隔；RI＝Hd/Hb，其中Hd为重搏波点d对应的纵轴值，Hb为主波点b对应的纵轴值。需要进行说明的是，利用指标SI和RI反应血管状态属于现有技术，为了不引起混淆此处就不再详细论述。

S3，若所述初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令。

若脉搏波图重建设备根据初始脉搏波检测信号重建的脉搏波形图中包括起搏点a、主波点b、重搏切迹点c和重搏波点d；并同时满足以下三个条件：1、主波点b的纵轴值未达到饱和值；2、主波点b的脉搏波幅值减去起搏点a的脉搏波幅值大于400；且该脉搏波形图无其他异常时，则可认定所述脉搏波形图为标准脉搏波形图，可结束此次指端光电容积脉搏波检测步骤；若脉搏波图重建设备根据检测信号重建的脉搏波形图中缺少起搏点a、主波点b、重搏切迹点c和重搏波点d的一个或多个特征点或其他异常情况时，则所述脉搏波形图为非标准，则生成光强调节命令。

进一步地，光强调节命令在生成时可以包括但不限于以下的一种或几种方式：

1、脉搏波图重建设备根据初始脉搏波检测信号重建出初始脉搏波形图；如图3(a)所示，如果由于被测者的个体差异造成初始的光源强度无法获得足够高的脉搏波幅值，所述初始脉搏波形图的主波点b的脉搏波幅值减去起搏点a的脉搏波幅值小于400；所述脉搏波图重建设备生成光强调节命令，用以调节光强不断增大。

2、脉搏波图重建设备根据初始脉搏波检测信号重建出初始脉搏波形图；如图4(a)所示，如果由于被测者的个体差异造成初始的光源强度获得的脉搏波幅值超过脉搏波检测设备的传感器调理电路的范围限制，所述初始脉搏波形图的主波点b变为一段直线；所述脉搏波图重建设备生成光强调节命令，用以调节光强不断减小。

3、脉搏波图重建设备根据初始脉搏波检测信号重建出初始脉搏波形图；如图5(a)所示，所述脉搏波图重建设备根据所述检测信号重建出脉搏波形图；若初始脉搏波形图的脉搏波波形既不过低也不饱和，且重搏切迹点c和重搏波点d无法识别。所述脉搏波图重建设备生成光强调节命令，用以调节光强先不断减小后不断增大。

S4，将所述光强调节命令发送给所述脉搏波检测设备以得到目标脉搏检测信号。

所述目标脉搏检测信号由所述脉搏波检测设备根据所述光强调节指令对所发出的检测光的光强进行调整所得。进一步地，在得到目标脉搏检测信号可以包括但不限于以下的一种或几种方式：

1、脉搏波图重建设备将所述光强调节命令发送给所述脉搏波检测设备，调整所述脉搏波检测设备所发出的检测光的光强不断增大，再经过被检测者手指得到调整后的脉搏检测信号，若脉搏波图重建设备根据调整后的脉搏检测信号重建出了标准脉搏波形图即得到目标脉搏检测信号，停止增大光强。

2、脉搏波图重建设备将所述光强调节命令发送给所述脉搏波检测设备，调整所述脉搏波检测设备所发出的检测光的光强不断减小，再经过被检测者手指得到调整后的脉搏检测信号，若脉搏波图重建设备根据调整后的脉搏检测信号重建出了标准脉搏波形图即得到目标脉搏检测信号，停止减小光强。

3、脉搏波图重建设备将所述光强调节命令发送给所述脉搏波检测设备，调整所述脉搏波检测设备所发出的检测光的光强先不断减小后不断增大，再经过被检测者手指得到调整后的脉搏检测信号，若脉搏波图重建设备根据调整后的脉搏检测信号重建出了标准脉搏波形图即得到目标脉搏检测信号，停止减小或增大光强。

S5，根据所述目标脉搏检测信号重建出标准脉搏波形图。

请参见图3(b)、图4(b)和图5(b)，分别示出了脉搏波图重建设备根据目标脉搏检测信号重建出的脉搏波形图。上述脉搏波形图都同时满足以下三个条件：1、主波点b的纵轴值未达到饱和值；2、主波点b的脉搏波幅值减去起搏点a的脉搏波幅值大于400；3、重搏切迹点c和重搏波点d连线的斜率最大；因此，图3(b)、图4(b)和图5(b)均为标准脉搏波形图。

进一步地，本发明的脉搏波检测设备的蓝牙芯片通过无线传输的方式接收所述脉搏波图重建设备发送的光强调节命令，并将所述光强调节命令上传给所述脉搏波检测设备内置的微控制器，所述微控制器通过光源强度控制电路采用脉冲宽调制方法实现对光强的无级调节，不断调整光源强度。最后再使用最优光强采集两分钟的数据，根据两分钟的数据算出被测者的一系列与心血管相关的数据。此外，在另外的一个实施例中，微控制器通过光源强度控制电路对光强的调节也可以是非连续的，即利用开关电路连接不同的电阻，通过选通不同的电阻组合实现不同大小的电流流过透射光源，即可获得不同的光强。

通过采用本发明所提供的指端光电容积脉搏波检测方法及系统重建，可以重建标准脉搏波形图，克服了现有采用PPG技术的仪器都无法调节透射光源强度这一缺陷，本发明通过获得标准脉搏波形图，可以更加方便计算反应血管状态的两个指标。

如图6所示，本发明的第二实施例所示出的脉搏波检测设备，包括外壳上壳3和外壳下壳4，所述外壳上壳3与所述外壳下壳4铰接，所述外壳上壳3中设有透射光源1，所述外壳下壳4中设有光敏器件2和电路板，所述电路板上集成有包括但不限于微控制器、通信电路、光源强度控制电路和开关电路；脉搏波检测设备通过通信电路与脉搏波图重建设备通信连接。进一步地，所述通信电路可包括蓝牙芯片和WIFI芯片的一种或多种。

如图7所示，当被测者需要进行容积脉搏波检测时，只需将其手指5伸到脉搏波检测设备的检测区域即可。所述脉搏波检测设备通过其内置的透射光源1发处一初始光强的检测光；其中，所述检测光可以根据实际情况自行设置不同的初始光强以及波长，在本实施例中，初始的检测光为900nm的红外光。当检测光经过被测者的手指5后，由所述脉搏波检测设备的光敏器件2接收，所述光敏器件2包括但不限于光敏传感器，所述光敏传感器将光信号转换为电压信号，并将其送入AD转换器将电压信号转换为数字信号，最后通过内置的蓝牙芯片传输所述脉搏波图重建设备。

如图8所示，本发明的第三实施例所示出的脉搏波图重建设备，包括处理器、输入模块和输出模块，所述处理器、输入模块和输出模块相互连接；所述处理器通过所述输入模块接收所述脉搏波检测设备发送的脉搏波检测信号；处理器通过输入模块接收脉搏波检测设备发送的初始脉搏波检测信号；处理器根据所述初始检测信号重建初始脉搏波形图；若所述初始脉搏波形图非标准，则处理器生成光强调节命令；处理器将所述光强调节命令通过输出模块发送给所述脉搏波检测设备以得到目标脉搏检测信号，所述目标脉搏检测信号由所述脉搏波检测设备根据所述光强调节指令对所发出的检测光的光强进行调整所得；处理器根据所述目标脉搏检测信号重建出标准脉搏波形图。此外，所述处理器所执行的其他步骤可参照本发明的第一实施例中所记载的内容，在此不再赘述。

在本实施例中，所述输入模块和所述输出模块可以包括蓝牙芯片，通过所述蓝牙芯片可实现脉搏波图重建设备与脉搏波检测设备无线通信连接，在本发明的另外一个实施例中，所述输入模块和所述输出模块还可以包括WIFI芯片。

本实施例中，所述脉搏波图重建设备是包括智能手机，在另外的一个或一些实施例中，所述脉搏波图重建设备也可以是其他智能硬件，只要所述智能硬件具有强大的运算能力，可以分析波形形态和特征点即可，在此就不一一进行列举。

如图9所示，本发明的第四实施例所示出的指端光电容积脉搏波检测系统，所述指端光电容积脉搏波检测系统包括脉搏波检测设备和脉搏波图重建设备，所述脉搏波检测设备与所述脉搏波图重建设备通信连接。所述脉搏波检测设备为本发明的第一或第二实施例中所述的脉搏波检测设备，所述脉搏波图重建设备为本发明的第一、第二或第三实施例中所述的脉搏波图重建设备。需要进行说明的是，本实施例中未涉及到的脉搏波检测设备和脉搏波图重建设备的其他功能以及有益效果，与本发明的第一、第二或第三实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种指端光电容积脉搏波检测方法，其特征在于，所述指端光电容积脉搏波检测方法包括如下步骤：

接收脉搏波检测设备发送的初始脉搏波检测信号；

根据所述初始检测信号重建初始脉搏波形图；

若所述初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令；

将所述光强调节命令发送给所述脉搏波检测设备以得到目标脉搏检测信号，所述目标脉搏检测信号由所述脉搏波检测设备根据所述光强调节指令对所发出的检测光的光强进行调整所得；

根据所述目标脉搏检测信号重建出标准脉搏波形图。

2.根据权利要求1所述的指端光电容积脉搏波检测方法，其特征在于：所述初始脉搏波检测信号为所述脉搏波检测设备以初始光强发射检测光，所述检测光经过被测者的手指后由所述脉搏波检测设备接收并形成。

3.根据权利要求1所述的指端光电容积脉搏波检测方法，其特征在于：所述标准脉搏波形图分布于二维坐标系中，所述二维坐标系的横轴为时间，纵轴为脉搏波幅值，所述标准脉搏波形图包括起搏点a、主波点b、重搏切迹点c和重搏波点d。

4.根据权利要求3所述的指端光电容积脉搏波检测方法，其特征在于，若所述初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令具体包括：

若所述初始脉搏波形图的主波点b的脉搏波幅值减去起搏点a的脉搏波幅值小于400，则所述初始脉搏波形图非标准，生成光强调节命令。

5.根据权利要求3所述的指端光电容积脉搏波检测方法，其特征在于，若所述初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令具体包括：

若所述脉搏波形图的主波点b变为一段直线，则所述初始脉搏波形图非标准，生成光强调节命令。

6.根据权利要求3所述的指端光电容积脉搏波检测方法，其特征在于，若所述初始脉搏波形图非标准，则生成光强调节命令具体包括：

若所述脉搏波形图的脉搏波波形既不过低也不饱和，且重搏切迹点c和重搏波点d无法识别，则所述初始脉搏波形图非标准，生成光强调节命令。

7.一种脉搏波图重建设备，其特征在于：所述脉搏波图重建设备包括处理器、输入模块和输出模块，所述处理器、输入模块和输出模块相互连接；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-6中任一项所述的指端光电容积脉搏波检测方法的步骤。

8.一种指端光电容积脉搏波检测系统，其特征在于：所述指端光电容积脉搏波检测系统包括脉搏波检测设备和脉搏波图重建设备，所述脉搏波检测设备与所述脉搏波图重建设备通信连接，所述脉搏波图重建设备执行如权利要求1-6中任一项所述的指端光电容积脉搏波检测方法的步骤。

9.根据权利要求8所述的指端光电容积脉搏波检测系统，其特征在于：所述脉搏波检测设备包括外壳上壳和外壳下壳，所述外壳上壳与所述外壳下壳通过连接件相连，所述外壳上壳中设有透射光源，所述外壳下壳中设有光敏器件和电路板。