CN111407253A - 一种利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生理信号测量技术领域，具体是一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的方法及系统。所述方法包括如下步骤：先在血管所处皮肤上逐渐施压，同时测压和收集振动波；当施压逐渐大于血管自身压强并刚好使血管完全闭塞时，振动波消失。通过观察振动波形计算得出血管血压范围(包括最大压强及最小压强)。特别地，当检测血管的位置与心脏同一水平位置时，所测得的两个临界值分别为收缩压和舒张压。本发明还包括利用波形变化间接测量血管内压强变化的系统。优点：首次发现了一种新的利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法，该方法操作简便、成本低、测量效果好，可快速及反复测量，实用性强。

Description

一种利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法及系统

技术领域

本发明涉及生理信号测量技术技术领域，具体地说，是一种利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法及系统。

背景技术

随着现代生活节奏的加快及生活方式的改变，健康得到人们越来越多的关注，血压做为一项重要的健康指标已经得到广泛应用和认可。众所周知，血压是人体重要的生理参数之一，是临床上诊断疾病、观察治疗效果、进行预后判断的重要依据。血压是一个长期变化的过程，其中血压的波动情况是血压的重要风险指标之一，更能体现身体的健康变化状况。但目前现有技术中关于检测血压的方法存在要么检测成本高、要么操作难度大、要么测得的压力值不够准确的缺陷。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，实现无创、简便的利用波形变化间接测量血管内压强变化便成为本发明所要研究解决的课题。关于本发明一种利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法及系统目前还未见有相关报道。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有技术的不足，提供一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的方法。

本发明的第二个目的是针对现有技术的不足，提供如上所述的方法的用途。

本发明的第三个目的是针对现有技术的不足，提供一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的系统。

为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的方法，包括如下步骤：

(1)在待测血管所处皮肤上，利用可测量压强的方法逐渐施压并记录压强值P’；

(2)在靠近待测血管所处的皮肤上利用振动接收器M₀收集振动波形W；

(3)对测得的压强值定义：将血液在血管内流动、维持血管弹性所需的最小值记为P_min，即血管内的最小压强值；将无外界施压时由于心脏泵入血液到待测血管造成的上升的数值记为P_max，即血管内的最大压强值；将外界施压值刚大于血管内自身压强值时对应的数值记为P’_min，记P’_min≈P_min；将外界施压值刚好能使血管完全闭塞的压强值记为P’_max，记P’_max≈P_max；

(4)对接收到的振动波形定义：将施压值为零时的波形记为W₀，将外界施压值从零增大至等于P’_min，得到的波形记为W₁，W₁＝W₀；将从外界施压值等于P’_min时的数值逐渐增大至外界施压值等于P’_max时间段内对应的波形记为W_1-n；将外界施压值是P’_max时的波形记为W_n；将从外界施压值等于P’_max时的数值逐渐增减小至外界施压值等于P’_min时间段内对应的波形记为W_n-1；

根据收集到的波形及测量到的压强值计算得到待测血管的血压范围，所述血压范围为 P_min到P_max；当待测血管的位置与心脏在同一水平面时，P_max为收缩压，P_min为舒张压；步骤(3)中所述血管内自身压强值是指P_min。

优选地，步骤(3)中所述外界施压值刚大于血管内自身压强值和外界施压值刚好能使血管完全闭塞均是通过观察峰值变化或信号的能量(信号幅度平方的积分)得到。

优选地，外界施压值逐渐变化与波形变化相对应，具体低为：外界施压值：0→P’_min→P’_max→P’_min→0；波形：W₀→W₁(W₀)→W_1-n→W_n→W_n-1→W₁(W₀)→无；其中W₀与W₁峰值一样，W_1-n、W_n、W_n-1峰值较W₁峰值高，如计算信号的能量也有相同的变化情况。

优选地，当P’＜P_min时，不能使血管产生另外的形变，此时测得的W为W₀；

当P_min＜P’＜P_max时，待测血管由于外界施压而产生形变，待测血管内血液涡流产生，导致振动增大，进而导致测得的W改变，表现为W的波峰的升高、信号的能量大和波形的变化；

当P’＞P_max时，待测血管因外界施压而闭塞，在待测血管的远心端，待测血管因闭塞，而造成待测血管引起的规律振动消失，此时，W无。

优选地，外界施压是用包裹的气体或液体。

优选地，波形收集以在被阻塞血管的远心端更优，越靠近待测血管，其所收集到的波形变异越大，越容易收集及分析变化情况。

优选地，W振动记录仪描述到的因心脏泵入血液到测定的血管处，引起的一过性的血管变形，继而引发周围组织振动，从而引发记录仪的一系列短暂波形的出现记为W。当检测部位无任何外来因素干扰时，规律记录心脏泵入血液到血管处，引起血管及周围组织的规律振动记为W₀，该频率即为心率。可根据W波形出现的时间间隔计算可得。

优选地，振动接收器所接收的波形，也可通过转化为声音信号、电信号或其他信号，通过分析转化后的信号，原理与此类似，不再一一赘述。

优选地，血管内产生波形W_1-n变化的基础为血管壁外压力大于血管壁内压力，造成血管壁变形，进而造成血管内的血液的湍流和血管壁的振动而引起局部振动，可通过振动接收器记录。

优选地，每次施压改变的程度越小，频率越频繁，所测的P_max、P_min越接近真实血管内的血压。也可以通过在P_max、P_min附近多次测量，获得更接近真实的血压值。

优选地，当需要更加精确或有其他测量需求时，可以在远离所测血管处设置另一个或几个振动接收器M₁-M_X，利用几个振动接收器收到的波形图，与M₀所接收到的波形图进行横向纵向比较，进而推算，也可以得到所需要的血管血压及其他技术资料。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

如上所述的方法在制备间接无创测量血管内压强变化的系统中的应用。

为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的系统，包括：

施压模块：用于对待测血管所处的皮肤从零到大逐渐增压和从大到小逐渐减压；

测压模块：用于测量施压模块的大小并记录压力大小；

波形收集模块：用于收集待测血管所处的皮肤的振动波形；

集合获取模块：用于所述测压模块以及波形收集模块重复至少两次相应操作，并记录每次操作获得的施压压力最大值、波形或信号的能量最大峰值、施压压力最小值、无波峰值或信号的能量为0；

分析模块：用于分析施压模块的压力值与波形收集模块的波形峰值或信号的能量的对应关系：随着施压模块的压力值变化、导致波形收集模块的波形峰值变化或信号的能量变化，测压模块会提示变化的压力值并同步记录；具体为：起初，施压模块压力值从零逐渐增大至等于待测血管内的最小压强值过程中，由于施压模块的压力值小于待测血管内的最小压强值，波形收集模块的波形峰值或信号的能量不变，在施压模块压力值正好等于待测血管内的最小压强值时，波形峰值突然升高或信号的能量突然变大，此时，测压模块提示并同步记录该数值；之后施压模块压力值从等于待测血管内的最小压强值逐渐增大至待测血管内的最大压强值过程中，波形收集模块的波形峰值逐渐增大，达到幅度最大值后减少，在施压模块的压力值正好等于待测血管内的最大压强值时，波形收集模块的波形峰突然变消失或信号的能量消失，此时，测压模块会提示并同步记录该数值；继续提高压力值，波形不会再出现。最后，在施压模块压力逐渐减小时，波形值从无到有，表现为波峰的出现或信号的能量的出现；

结果输出模块：用于输出分析模块所记录的两个数值和波形收集模块的振动波形图，所述输出分析模块所记录的两个数值分别为待测血管的最小压强值和最大压强值。

优选地，波形收集模块的波形峰值不变是由于：施压模块对待测血管施压小于待测血管内的最小压强值，不能使待测血管产生额外变形，心脏泵入血液到待测血管处，引起待测血管及周围组织的规律振动；

波形收集模块的波形峰值升高或信号能量的增大是由于：施压模块对待测血管施压而产生形变，待测血管内血液涡流产生，导致振动增大，进而导致波形峰值升高或信号能量的增大；

波形收集模块的波形峰值消失或信号能量的消失是由于：施压模块对待测血管施压大于待测血管内的最大压强值，在待测血管的远心端待测血管闭塞，导致待测血管引起的规律振动消失，所以此时测压模块无法测到相应压力值，波形峰值消失或信号能量的消失。

优选地，当待测血管的位置与心脏在同一水平面时，结果输出模块输出的两个数值分别为舒张压和收缩压。

优选地，所述的血管为动脉血管。

本发明优点在于：

1、首次发现了一种新的利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法，该方法操作简便、成本低、测量效果好，实用性强。

2、本发明的方法用于制备利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的系统，该系统包括多个模块，每个模块之间协同作用，达到无创测量血管内压强变化的目的，应用前景广。

3、本发明的方法通过比较波峰变化、信号能力的增大、波形或信号能量的消失为原理，相比目前示波法测血压更为精确。目前示波法测量原理为通过气袖在减压过程中，利用其压力振动波的振幅变化包络线来判断血压。因其采取包络线的特征，采用适当的判别技术和校正方法，得到血压值。其有多种因素可影响到测量结果的准确性：测量时排气的速度、数据处理的方法、系统的稳定性、袖带的松紧均可能导致测量的不准确。其测量的是袖带内的震荡波，同时受到所测血管近心端和远心端两侧的震荡，叠加之后难免影响到结果的准确性。

4、该系统可把施压模块和测压模块与其他系统单独分开，其他模块如波形收集模块、集合获取模块、分析模块等可集合在一个微型系统内，体积占用小，可整合到手表、或其他穿戴设备上，方便测量和穿戴。单独分开的施压模块和测压模块既可以与其整合到一起，也可以分开存放，便于携带和更换。

5、施压模块和测压模块可设置成手持便携式，可利用按压随时调整压力强度，便于快速测量，适用于急救人员快速测量使用。当需要精确测量时，可通过快速反复多次测量，使测量更接近于真实数值。

附图说明

附图1是本发明的测量示意图。

附图2是使用振动记录仪测量的振动波形图，为W_1-n。

附图3是使用振动记录仪测量的振动波形图：施压达到P_max后减压过程中的W_n到W₀的图形变化，大周期。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1利用波形变化间接测量血管内压强变化的方法

1、定义：P测定血管自身内的压强值以P记录，是指血液对血管壁的压强值；

P_min该处血管内的最小压强值，即血液在血管内流动，维持血管弹性所需的最小值；

P_max该处血管内的最大压强值，无外界施力的情况下，是由于心脏泵入血液到该处血管造成的短暂上升；

W是振动记录仪描述到的因心脏泵入血液到测定的血管处，引起的一过性的血管变形，继而引发周围组织振动，从而引发记录仪的一系列短暂波形的出现记为W。当检测部位无任何外来因素干扰时，规律记录心脏泵入血液到血管处，引起血管及周围组织的规律振动记为W₀，该频率即为心率。可根据W波形出现的时间间隔计算可得。

2、推理过程

(1)当P’＜P_min时，外界施压小于血管内的最小压强值，不能使血管产生另外的形变，故测得的W不变,仍为W₀。

(2)当P_min＜P’＜P_max时，外界施压处于血管内的最小与最大压强值之间，血管由于外界施压而产生形变，血管内血液由于涡流等产生，造成振动增大，进而造成测得的W改变，表现为W的波峰的升高、信号的能量增大和波形的变化。

(3)当P’>P_max时，外界施压大于血管内的最大压强值，血管因外界施压而闭塞，在血管的远心端，血管因闭塞，而造成血管引起的规律振动消失。此时，测不到W。

故根据以上理论，可根据测得的W波峰或信号的能量变化及W波形的出现消失，推测出血管内的P_min与P_max。

特别的，当检测血管的位置与心脏在同一水平面时，此时所测的P_max即为收缩压，P_min即为舒张压。

3、方法

(1)在动物某段血管的所处皮肤上，利用可测量压强的方法施压并记录压强值P’。

(2)在靠近血管处(在被阻塞血管的远心端更优，越靠近待测血管，其所收集到的波形变异越大，越容易收集及分析变化情况)，利用振动接收器M₀收集振动波形W。

(3)定义接收到振动波形，在未受任何外界压力下的波形W₀；到外界施压刚超过血管内自身压强，得到的波形记为W₁，记录此时对应的压强值记为P’_min，当P’大于P_min后，P’_min近似等于P_min；刚好能使血管完全闭塞的波形为W_n，对应的压强值记录为P’_max，近似等于P_max。

(4)在外界压力加压未到P_min时，波形一直表现为W₀，达到P_min后，波形逐渐表现为W_1-n，其波形特点表现为较W₀峰值升高及信号的能量增大，继续加压超过P_max后，W 波消失。

(5)同样的，当加压超过P_max，进行减压时，也会出现，到达P_max时，其波形表现为从无到W_n。后逐渐减压到P_min压力时，波形表现为W_n-1.压力减低到P_min下后，直到压力为0，波形一直表现为W₀。

(6)根据波形的有无以及与W₀的比较，可计算所测血管血压范围：(W_n时的压力P_max)和(W₁时的压力P_min)。

(7)特别的，当检测人体时，正常人常见心音为第一二心音，W的波形亦表现为特征波形的连续2次波峰出现，当检测血管的位置与心脏同一水平位置时，此时所测的P_max、 P_min即为收缩压和舒张压。

4、讨论

(1)血管内产生波形W_1-n变化的基础为血管壁外压力大于血管壁内压力，造成血管壁变形，进而造成血管内的血液的湍流和血管壁的振动而引起局部振动，可通过振动接收器记录。

(2)由以上可得，每次施压改变的程度越小，频率越频繁，所测的P_max、P_min越接近真实血管内的血压。也可以通过在P_max、P_min附近多次测量，获得更接近真实的血压值。

(3)当需要更加精确或有其他测量需求时，可以在远离所测血管处设置另一个或几个振动接收器M₁-M_X，利用几个振动接收器收到的波形图，与M₀所接收到的波形图进行横向纵向比较，进而推算，也可以得到所需要的血管血压及其他技术资料。

(4)振动接收器所接收的波形，也可通过转化为声音信号、电信号或其他信号，通过分析转化后的信号，原理与此类似。

实施例2一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的系统

包括：

施压模块：用于对待测血管所处的皮肤从零到大逐渐增压和从大到小逐渐减压；

测压模块：用于测量施压模块的大小并记录压力大小；

波形收集模块：用于收集待测血管所处的皮肤的振动波形；

集合获取模块：用于所述测压模块以及波形收集模块重复至少两次相应操作，并记录每次操作获得的施压压力最大值、波形最大峰值、施压压力最小值、无波峰值；

分析模块：用于分析施压模块的压力值与波形收集模块的波形峰值的对应关系：随着施压模块的压力值变化、导致波形收集模块的波形峰值变化，测压模块会提示变化的压力值并同步记录；具体为：起初，施压模块压力值从零逐渐增大至等于待测血管内的最小压强值过程中，由于施压模块的压力值小于待测血管内的最小压强值，波形收集模块的波形峰值不变，在施压模块压力值正好等于待测血管内的最小压强值时，波形峰值突然升高，此时，测压模块提示并同步记录该数值；之后施压模块压力值从等于待测血管内的最小压强值逐渐增大至待测血管内的最大压强值过程中，波形收集模块的波形峰值逐渐升高，在施压模块的压力值正好等于待测血管内的最大压强值时，波形收集模块的波形峰突然变消失，此时，测压模块会提示并同步记录该数值；最后，施压模块压力逐渐减小，波形峰值从无到有；

结果输出模块：用于输出分析模块所记录的两个数值和波形收集模块的振动波形图，所述输出分析模块所记录的两个数值分别为待测血管的最小压强值和最大压强值。

实施例3效果验证

操作简便：

以人体坐位为例，以气袖包裹腕部，腕部抬高到与心脏齐平，波形收集模块放到腕部，气袖包裹处远心端，启动波形收集器，开始收集未施压时脉搏波形图，如附图3上的W₀处。启动测压和施压模块，压力值实时显示，由于施压采用气泵往气袖内充气，对脉搏波形图有所干扰，故升压时，粗测血压，当超过P_max时，规律出现的波形消失，继续加压 30mmHg，后启动放气。在波形收集模块首次出现规律波形时，记录此时的压力值，记为 P_max，继续放气，观察波形，如附图2所示。当波形图再次出现如附图3所示的W₀处时，记录此时的压力值，记为P_min。所测的P_max、P_min即为收缩压和舒张压。整个测试过程需时约为1分钟。

快速测量：

需要快速测量时，将波形模块固定在腕部动脉附近，腕部抬高到与心脏齐平，收集静息波形W₀，将手持式施压模块放在波形模块上方，远心端，施压将血管完全闭塞，此时可发现波形模块显示波形消失。快速降低施压模块施压，当波形模块出现波形时，记录此时的压力值P₁，继续快速降低施压模块施压，当波形模块出现波形W₀时，记录此时的压力值 P₂。P₁、P₂即为粗测的收缩压和舒张压。整个测试过程可在6秒内完成。

精确测量：

需要反复测量得到精确血压时，将波形模块固定在腕部动脉附近，腕部抬高到与心脏齐平，收集静息波形W₀，将手持式施压模块放在波形模块所处血管的远心端，施压将血管完全闭塞，此时可发现波形模块显示波形消失。快速降低施压模块施压，当波形模块出现波形时，微调增减施压值，直到找到并记录能使波形出现的最小压力值P_max，继续快速降低施压模块施压，当波形模块出现波形W₀时，微调增减施压值，直到找到并记录能使波形W₀出现的最大压力值P_min。P_max、P_min即为精确的收缩压和舒张压。如需要，精确测量测试过程可控制在30秒钟内完成。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在待测血管所处皮肤上，利用可测量压强的方法逐渐施压并记录压强值P’；

(2)在靠近待测血管所处的皮肤上利用振动接收器M₀收集振动波形W；

(3)对测得的压强值定义：将血液在血管内流动、维持血管弹性所需的最小值记为P_min，即血管内的最小压强值；将无外界施压时由于心脏泵入血液到待测血管造成的上升的最大数值记为P_max，即血管内的最大压强值；将外界施压值刚大于血管内自身压强值时对应的数值记为P’_min，记P’_min≈P_min；将外界施压值刚好能使血管完全闭塞的压强值记为P’_max，记P’_max≈P_max；

(4)对接收到的振动波形定义：将施压值为零时的波形记为W₀，将外界施压值从零逐渐增大至等于P’_min，得到的波形记为W₁，W₁＝W₀；将从外界施压值等于P’_min时的数值逐渐增大至外界施压值等于P’_max时间段内对应的波形记为W_1-n；将外界施压值为P’_max时的波形记为W_n；将从外界施压值等于P’_max时的数值逐渐增减小至外界施压值等于P’_min时间段内对应的波形记为W_n-1；

(5)根据收集到的波形及测量到的压强值计算得到待测血管的血压范围，所述血压范围为P_min到P_max；当待测血管的位置与心脏在同一水平面时，P_max为收缩压，P_min为舒张压；步骤(3)中所述血管内自身压强值是指P_min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述外界施压值刚大于血管内自身压强值和外界施压值刚好能使血管完全闭塞均是通过观察峰值或信号的能量变化得到，所述信号的能量是指信号幅度平方的积分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外界施压值逐渐变化与波形变化相对应，具体为：外界施压值：0→P’_min→P’_max→P’_min→0；波形：W₀→W₁(W₀)→W_1-n→W_n→W_n-1→W₁(W₀)→无；其中W₀与W₁峰值一样，W_1-n、W_n、W_n-1峰值均较W₁峰值高；

信号的能量变化同上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

当P’＜P_min时，不能使血管产生另外的形变，此时测得的W为W₀；

当P_min＜P’＜P_max时，待测血管由于外界施压而产生形变，待测血管内血液涡流产生，导致振动增大，进而导致测得的W改变，表现为W的波峰的升高、信号的能量增大和波形的变化；

当P’＞P_max时，待测血管因外界施压而闭塞，在待测血管的远心端，待测血管因闭塞，而造成待测血管引起的规律振动消失，此时，W无。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外界施压是用包裹的气体或液体。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中利用振动接收器M₀收集振动波形W的位置包括远心端、血管处。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中利用振动接收器M₀收集振动波形W的位置为远心端。

8.权利要求1-7任一所述的方法在制备间接无创测量血管内压强变化的系统中的应用。

9.一种利用波形变化间接无创测量血管内压强变化的系统，其特征在于，包括：

施压模块：用于对待测血管所处的皮肤从零到大逐渐增压和从大到小逐渐减压；

测压模块：用于测量施压模块的大小并记录压力大小；

波形收集模块：用于收集待测血管所处的皮肤的振动波形；

集合获取模块：用于所述测压模块以及波形收集模块重复至少两次相应操作，并记录每次操作获得的施压压力最大值、波形或信号的能量最大峰值、施压压力最小值、无波峰值或信号的能量为0；

分析模块：用于分析施压模块的压力值与波形收集模块的波形峰值或信号的能量的对应关系：随着施压模块的压力值变化、导致波形收集模块的波形峰值变化或信号的能量变化，测压模块会提示变化的压力值并同步记录；具体为：起初，施压模块压力值从零逐渐增大至等于待测血管内的最小压强值过程中，由于施压模块的压力值小于待测血管内的最小压强值，波形收集模块的波形峰值或信号的能量不变，在施压模块压力值等于待测血管内的最小压强值时，波形峰值突然升高或信号能量突然变大，此时，测压模块提示并同步记录该数值；之后施压模块压力值从等于待测血管内的最小压强值逐渐增大至等于待测血管内的最大压强值过程中，波形收集模块的波形峰值逐渐增大，达到幅度最大值后减少，在施压模块的压力值正好等于待测血管内的最大压强值时，波形收集模块的波峰突然消失或信号的能量消失，此时，测压模块会提示并同步记录该数值；继续提高施压模块压力值，波形不会再出现；最后，在施压模块压力逐渐减小时，波形峰值从无到有，表现为波峰的出现或信号的能量的出现；

结果输出模块：用于输出分析模块所记录的两个数值和波形收集模块的振动波形图，所述输出分析模块所记录的两个数值分别为待测血管的最小压强值和最大压强值。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

波形收集模块的波形峰值或信号能量不变是由于：施压模块对待测血管施压小于待测血管内的最小压强值，不能使待测血管产生额外变形，心脏泵入血液到待测血管处，引起待测动脉血管及周围组织的规律振动；

波形收集模块的波形峰值升高或信号能量的增大是由于：施压模块对待测血管施压而产生形变，待测血管内血液涡流产生，导致振动增大，进而导致波形峰值升高或信号能量的增大；

波形收集模块的波形峰值消失或信号能量的消失是由于：施压模块对待测血管施压大于待测血管内的最大压强值，在待测血管的远心端待测血管闭塞，导致待测血管引起的规律振动消失，所以此时测压模块无法测到相应压力值，波形峰值消失或信号能量的消失；

当待测血管的位置与心脏在同一水平面时，结果输出模块输出的两个数值分别为舒张压和收缩压。

Images