CN111084614A

CN111084614A - 一种基于bcg信号的多传感血压检测装置

Info

Publication number: CN111084614A
Application number: CN201910303717.6A
Authority: CN
Inventors: 卢坤涛; 刘众; 乐勇
Original assignee: Shenzhen Granmore Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Granmore Technology Co ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-05-01

Abstract

本发明适用于血压监测技术领域，提供了一种基于BCG信号的多传感血压检测装置，包括：具有多传感点的BCG信号采集模块，用于采集身体多个部位的BCG信号，所述BCG信号采集模块包括多点布设的传感器；信号处理模块，用于对BCG信号进行滤波放大处理，判断BCG信号的有效性，并进行BCG信号特征提取，所述信号处理模块包括信号滤波放大单元和BCG信号特征提取模块；以及血压计算模块，用于计算用户的血压值。本发明提供的血压检测装置具有血压测量准确率高、可连续监测血压、非接触性操作、监测成本低的优点，更适用于在日常生活中实时监测心脏功能。

Description

一种基于BCG信号的多传感血压检测装置

技术领域

本发明属于血压监测技术领域，具体涉及一种基于BCG信号的多传感血压检测装置。

背景技术

血压是人体的重要生理指标之一，是反映心血管功能的重要生理参数，因而成为临床疾病诊断的重要指标。

目前常用的无创血压检测方法主要有四种：柯式音法、示波法、恒定容积法和脉搏波法。柯式音法是通过辨别动脉血流受阻过程中的过流声音及相应的压力点来确定，但其准确度受人为因素影响较大，包括人体主观感觉及协调程度、袖带位置、袖带尺寸等，且无法直接测出平均动脉压，最重要的是无法实现连续监测。示波法是检测袖带内由于血管壁的搏动产生的气体振荡波，直接判断袖带内压力的波动变化规律而判断人体的血压。目前广泛使用的示波法判据，是通过大量的人群实验由统计学方法给出，因此易造成个体测量差异，且也无法实现连续监测。恒定容积法利用的原理是：当动脉血管由于外力作用而处于负荷状态时外加压力等于动脉压力，此时血管直径不会随血管波动变化而变化，血管处于恒定容积状态，由此测量血压，但是此方法测量收缩压的离散型较大。脉搏波法是根据脉搏波沿动脉传播速率与动脉血压具有正相关的特点提出，通过测量脉搏波速(PWV)，间接推算出动脉血压值，需要同时测量心电图(ECG)和光电脉搏容积图(PPG)，虽然可以实现连续监测，但需要贴电极，使用不方便。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供了一种基于心冲击图(BCG，ballistocardiography)信号的多传感血压监测装置，以解决目前常用的无创血压检测方法及装置难以实现连续监测血压、检测准确率低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于BCG信号的多传感血压检测装置，包括：

具有多传感点的BCG信号采集模块，用于采集身体多个部位的BCG信号，所述BCG信号采集模块包括多点布设的传感器；

信号处理模块，用于对BCG信号进行滤波放大处理，判断BCG信号的有效性，并进行BCG信号特征提取，所述信号处理模块包括信号滤波放大单元和BCG信号特征提取模块；以及

血压计算模块，用于计算用户的血压值。

进一步地，所述传感器分别在平行身体方向或垂直身体方向的不同部位设置。进一步地，所述传感器为压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器、压电电缆传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器或光纤传感器。

进一步地，所述判断BCG信号的有效性包括：当信号强度大于阈值1时，认为用户处于体动状态，当信号强度小于阈值2时，认为监测区无人或信号弱，此两种情况下BCG信号均被判定为无效；只有当信号强度介于阈值2和阈值1之间时，才判定采集的BCG信号有效。

进一步地，所述各传感点的BCG信号特征提取包括：H、I、J、K波的识别和波形特征的提取，所述波形特征包括HI间期、IJ间期、HIJ脉宽、IJ幅值、JJ间期以及传感点之间脉搏波传导时间PPT。

进一步地，所述血压计算单元根据BCG信号特征计算用户的血压值包括：获取各个传感点之间的距离矩阵L，各个传感点各自的HI、IJ、HIJ脉宽间期矩阵T_HI、T_IJ、T_HIJ，各个传感点的IJ幅度矩阵A_IJ，各传感点的JJ间期矩阵T_JJ以及各个传感点之间的脉搏波传导时间矩阵T_PPT，推算出血压值。

本发明实施例的另一目的在于提供一种带有本发明的血压检测装置的床垫，其中所述血压检测装置的各部件内置于床垫中。进一步地，在本发明的床垫中，所述传感器为带状排列或者点阵式排列。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：基于BCG信号的多传感血压监测方法克服了BCG信号微弱且易受外界干扰导致信号采集不稳定的缺陷，通过多点布设的传感器、对信号进行滤波放大处理和信号特征量的提取，从而显著提高了血压测量的准确率，并且具有可连续监测血压、非接触性操作、监测成本低的优点，更适用于在日常生活中实时监测心脏功能。

附图说明

图1是现有技术提供的典型的BCG信号的时域波形图；

图2是本发明实施例提供的一种基于BCG信号的多传感血压监测方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种带有血压检测装置的床垫的结构示意图；以及

图4是本发明实施例提供的另一种带有血压检测装置的床垫的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，不用于特别的限定，“模块”与“单元”可以混合地使用。

本发明实施例提供了一种基于BCG信号的多传感血压监测方法，该方法包括以下步骤：

(1)多传感点的BCG信号采集单元采集身体各个部位的BCG信号；

(2)信号处理单元对BCG信号进行滤波放大处理，并分析身体的稳定状态，即判断BCG信号的有效性；

(3)如果判断信号有效，则进行BCG信号特征提取；以及

(4)根据BCG信号特征，进入血压计算单元，测量用户的血压值。

心冲击图(BCG)是一种非侵入式的通过图形界面准确描述心脏收缩与血液喷射以及血流经过大血管减速所产生的冲击力而引起身体活动的技术。每次心脏搏动都会有血液从心脏喷射进入血管，而在此喷射过程中对人体产生了极其细微的作用力，通过BCG记录仪获取了这种极其微弱的反作用力后进行分析计算，可以得出一系列人体的心脏机能指标。

具体地，在步骤(1)中，多传感点的BCG信号采集单元包括布设在平行身体方向或垂直身体方向的不同部位的传感器，并将信号接入信号处理单元。其中布设部位包括，例如，心脏区域、头部区域、背部区域和腿部区域，以便获取到更多的身体信息。

进一步地，传感器为压电薄膜PVDF传感器、压电电缆传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器或光纤传感器。

在步骤(2)中，信号处理单元对采集到的微弱的BCG信号进行放大，并对环境的干扰信号进行滤除，从而提取BCG信号的强度，进而分析身体的稳定状态，即判断采集信号的有效性：当信号强度大于阈值1时，认为用户处于体动状态，当信号强度小于阈值2时，认为监测区无人或信号弱，此两种情况下BCG信号均被判定为无效；只有当信号强度介于阈值2和阈值1之间时，才判定采集的BCG信号有效。然后对有效的信号做下一步的BCG信号特征量提取，从而提高了血压测量的准确率。

具体地，步骤(3)对步骤(2)中采集到的有效BCG信号进行特征量提取，各传感点的BCG信号特征提取包括H、I、J、K波的识别和波形特征的提取，其中波形的特征包括：HI间期、IJ间期、HIJ脉宽、IJ幅值、JJ间期以及传感点之间脉搏波传导时间PPT。

如图1所示，图中显示了典型的BCG信号的时域波形，波形的幅值表示受试者的心脏泵血强度和血流加速度等信息，波形的宽度表示心脏舒张期和收缩期的时长，典型的BCG信号包括H、I、J、K、L、M、N波，其中通常认为心脏的收缩期产生在I、J、K波，L、M、N波是心脏舒张期产生的，J波是每个周期BCG信号中最大幅值点。请参考图1，对于单个传感点的BCG信号H、I、J、K波的识别，其识别方法具体为：通过将BCG滤波放大后的信号进行峰谷值检测，找出峰值最高的点以及最高点之间间距，判定是否为J波，当J波被标定后，可依据其附近检测到的峰谷值依次标定H、I、K波，J波相邻的一个极大值点为H波，J波相邻的两个极小值点为I波和K波。

进一步地，传感点之间脉搏波传导时间PPT的计算方法为：获取各个传感点的J波后，求出传感点之间的J波的时间差(小于一个JJ间期)，即为传感点间的脉搏波传导时间PPT。

具体地，步骤(4)中血压计算单元是根据步骤(3)中获取的BCG信号特征量，推算出血压的值，即BP＝F(L，T_HI，T_IJ，T_HIJ，A_IJ，T_JJ，T_PPT)，其中F函数的具体计算公式此处不展开，L为各个传感点之间的距离矩阵，T_HI、T_IJ、T_HIJ为各个传感点各自的HI、IJ、HIJ脉宽间期矩阵，A_IJ为各个传感点的IJ幅度矩阵，T_JJ为各个传感点的JJ间期矩阵，T_PPT为各个传感点之间的脉搏波传导时间矩阵。

在具体应用中，多传感点的BCG信号采集单元、信号处理单元和血压计算单元均被植入到床垫内部。当受试者处于睡眠状态时即可实时监测其心脏功能，若坚持长期使用还可以得到更为准确、全面的数据。这种非接触性的测量血压的方法，用户体验度更佳，易于推广使用。

图2是本发明一个实施例提供的一种基于BCG信号的多传感血压监测方法的流程图，具体包括以下步骤：

S1、通过安装在人体心脏区域和腿部区域的传感器，获取心脏区域和腿部区域的BCG信号；

S2、信号处理模块对采集到原始的BCG信号进行带通滤波放大，带通频段为0.8Hz～10Hz；

S3、对处理后的BCG信号采集2s的数据窗口，进行幅值监测和数据有效性判断；当信号强度大于阈值1时，认为此时用户处于体动状态，当信号强度小于阈值2时，认为监测区无人或信号弱，此两种情况下BCG信号均被判定为无效；阈值1大于阈值2，因此只有当信号强度介于阈值2和阈值1之间时，才判定BCG信号有效；

S4、对上述有效的BCG信号采集10s的数据窗口，进行峰谷值检测，并标定窗口内BCG信号每个周期的H、I、J、K波；

S5、计算S4采集到的BCG信号每个周期的HI间期、IJ间期、HIJ脉宽、IJ幅值、JJ间期，并计算其平均值：T_HI，T_IJ，T_HIJ，A_IJ，T_JJ；

S6、计算S4采集到的头部和腿部的BCG信号的所有周期对应的J波时间差，并计算其平均值T_PPT；和

S7、根据S5和S6提取的BCG信号特征量，推算出血压值。

本发明实施例还提供了一种血压检测装置，采用上述多传感血压监测方法，该装置包括信号采集模块、信号处理模块和血压计算模块，其中信号采集模块包括区域多点布设的传感器、信号处理模块包括信号滤波放大单元和BCG信号特征提取模块。

图3是本发明的一个实施例提供的一种带有血压检测装置的床垫，如图3所示，床垫4包括心脏区域的带状传感器11、腿部区域的带状传感器12、信号滤波放大单元21、BCG信号特征提取模块22、血压计算模块23以及无线数据传输模块3，且这些传感器及模块均设置于床垫内部。其中，带状传感器11和12分别用于采集心脏和腿部的BCG信号，带状传感器可以为光纤传感器、压电薄膜传感器或压电电缆传感器，然后将信号传导至信号滤波放大单元21进行滤波放大处理，并经过BCG信号特征提取模块22提取信号的特征量，最后进入血压计算模块23测出血压值，测量结果还可以通过无线数据传输模块3在终端设备上显示。

图4显示了本发明的一个实施例提供的另一种带有血压检测装置的床垫，从图中可以看出，床垫4包括心脏区域的点阵传感器111、112和113、背部区域的点阵传感器121、122和123、腿部区域的点阵传感器131、132和133、信号滤波放大单元21、BCG信号特征提取模块22、血压计算模块23以及无线数据传输模块3，且这些传感器及模块均设置于床垫内部。其中点阵传感器可以为压电薄膜、压电陶瓷、加速度传感器或陀螺仪传感器。该床垫的工作原理与上述实施例相同。

在传感器设置方面，除了上述的带状设置和点阵设置之外，还可以根据人体特征采用其他的设置方式。

上述床垫可以为普通的床垫，例如上面包括海绵垫，下面设置调节软硬度的装置。通过在海绵垫内部挖孔嵌入传感器，以能接收到传感信号同时不会给床垫使用者带来不适为宜；其中信号处理模块和血压计算模块也设置于床垫内部，以不受使用者体重干扰的厚度埋藏于床垫中。上述设置应为本领域技术人员所熟知的设置。

应理解，在元件和部件的数量方面，如果没有明确限定数量则表明单数和复数的元件和部件均可以被使用，且在保护范围上对于零部件的数量不产生限制作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于BCG信号的多传感血压检测装置，包括：

血压计算模块，用于计算用户的血压值。

2.如权利要求1所述的多传感血压检测装置，其特征在于，所述传感器分别在平行身体方向或垂直身体方向的不同部位设置。

3.如权利要求2所述的多传感血压检测装置，其特征在于，所述传感器为压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器、压电电缆传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器或光纤传感器。

4.如权利要求1所述的多传感血压检测装置，其特征在于，所述BCG信号特征提取包括：H、I、J、K波的识别和波形特征的提取，所述波形特征包括HI间期、IJ间期、HIJ脉宽、IJ幅值、JJ间期以及传感点之间脉搏波传导时间PPT。

5.如权利要求1所述的多传感血压检测装置，其特征在于，所述血压计算单元根据BCG信号特征测量用户的血压值包括：获取各个传感点之间的距离矩阵L，各个传感点各自的HI、IJ、HIJ脉宽间期矩阵T_HI、T_IJ、T_HIJ，各个传感点的IJ幅度矩阵A_IJ，各传感点的JJ间期矩阵T_JJ以及各个传感点之间的脉搏波传导时间矩阵T_PPT，推算出血压值。

6.一种床垫，包括如权利要求1-5中任一项所述的多传感血压检测装置。

7.如权利要求6所述的床垫，其特征在于，所述传感器为带状排列或者点阵式排列。

8.如权利要求6所述的床垫，其特征在于，所述多传感血压检测装置设置于床垫内部。