CN113100735B - 一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法，采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到多个局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻；对多个所述局部阻抗信号进行线性检波和多种数据处理，得到对应的血流图信号；对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度；利用所述阻塞时刻和所述释放时刻对第三血流图信号进行数据处理和提取，得到对应的阻抗变化量；基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测，信息更加全面，预测更加精准。

Description

一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法

技术领域

本发明涉及静脉阻抗血流图技术领域，尤其涉及一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法。

背景技术

根据最新全球疾病负担研究(GBD2019)显示全球健康预期寿命从2000年的58.6岁提高到了2019年的63.5岁，多种疾病和伤害的伤残调整寿命年也得到明显改善。而血红蛋白病和溶血性贫血负担仍然很重，一些血液系统恶性肿瘤的死亡率改善甚微。肺栓塞作为间接死亡原因纳入疾病负担分析，这一变化进一步肯定了静脉血栓栓塞是导致死亡的一个全球性重要因素。

阻抗血流图仪，是一种无创、敏感、可重复性好的生物医学检测仪器。血流图仪通过采集生物电阻抗信息来提取人体生理、病理相关的血流动力学信息，在临床应用十分广泛，如重症监护室、手术室高端监护仪中的“血流动力学监测系统”，“心脏功能评估”。

现有技术中，静脉血流图技术是通过升降支阻抗变化率来评估血流量变化，但是信号微弱，不易采集；同时信号受呼吸，心跳等干扰，采集后无法自动识别特征点；单靠升降支的变化率来评估血流量变化信息不全面，不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法，通过全面的信息提高预测准确率。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于静脉血流图的血栓检测方法，包括以下步骤：

采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到多个局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻；

对多个所述局部阻抗信号进行线性检波和多种数据处理，得到对应的血流图信号；

对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度；

利用所述阻塞时刻和所述释放时刻对第三血流图信号进行数据处理和提取，得到对应的阻抗变化量；

基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测。

其中，采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到多个局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻，包括：

将激励电极和测量电极等间距贴附于样本肢体，四个所述测量电极之间相互组合构成三组局部阻抗信号，三组所述局部阻抗信号分别为第一局部阻抗信号、第二局部阻抗信号和第三局部阻抗信号；

利用静脉阻塞法对所述样本肢体进行阻塞和释放，获取对应的阻塞时刻和释放时刻，并将所述阻塞时刻和所述释放时刻保存于数据库中。

其中，对多个所述局部阻抗信号进行线性检波和多种数据处理，得到对应的血流图信号，包括：

通过模数转换获取多个所述局部阻抗信号中的直流偏置值，并通过数模转换和减法电路消去多个所述局部阻抗信号中的直流偏置，完成一次线性检波；

基于所述线性检波步骤，对多个所述局部阻抗信号进行多次的线性检波，并利用卡尔曼滤波器对检波完成后的所述局部阻抗信号进行滤波处理，得到对应的多个血流图信号，多个所述血流图信号分别为第一血流图信号、第二血流图信号和第三血流图信号。

其中，对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度，包括：

利用低通滤波器对第一血流图信号和第二血流图信号进行滤波，并对滤波后的所述第一血流图信号和所述第二血流图信号进行最值检测；

根据最值检测结果，获取所述第一血流图信号和所述第二血流图信号对应的最值时刻，并基于对应的测量电极之间的距离，计算出血液波动速度。

第二方面，本发明提供了一种基于静脉血流图的血栓检测装置，适用于如第一方面所述的一种基于静脉血流图的血栓检测方法，所述基于静脉血流图的血栓检测装置包括激励电极、测量电极、袖带控制模块、信号测量模块、数据采集模块、特征提取模块、血栓检测模块和预测模块，所述激励电极、所述测量电极和所述袖带控制模块均与所述信号测量模块连接，所述信号测量模块、所述数据采集模块、所述特征提取模块和所述预测模块依次连接，所述血栓检测模块与所述预测模块连接；

所述激励电极和所述测量电极贴附于样本肢体进行阻抗测量；

所述袖带控制模块，用于对样本肢体静脉进行人为阻塞与疏通；

所述信号测量模块，用于对样本施加激励和测量局部阻抗信号；

所述数据采集模块，用于采集转换测得的静脉血流图信号；

所述特征提取模块，用于提取血流图特征点；

所述血栓检测模块，用于标定静脉血栓状况；

所述预测模块，用于得到血栓发生概率。

其中特征点包括静脉血液波动速度，血流图升降支阻抗变化率。

本发明的一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法，采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到多个局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻；对多个所述局部阻抗信号进行线性检波和多种数据处理，得到对应的血流图信号；对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度；利用所述阻塞时刻和所述释放时刻对第三血流图信号进行数据处理和提取，得到对应的阻抗变化量；基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测，信息更加全面，预测更加精准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于静脉血流图的血栓检测方法的步骤示意图。

图2是本发明提供的一种基于静脉血流图的血栓检测装置的结构示意图。

图3是本发明提供的静脉血流图波形。

图4是本发明提供的测量图。

1-激励电极、2-测量电极、3-袖带控制模块、4-信号测量模块、5-数据采集模块、6-特征提取模块、7-血栓检测模块、8-预测模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本发明提供一种基于静脉血流图的血栓检测方法，包括以下步骤：

S101、采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到多个局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻。

具体的，请参阅图4，六电极的两个激励电极与四个测量电极要分离，激励电极位于测量区域两端，测量电极位于中间，测量电极之间要按固定距离摆放，方便血液波动速度计算。四个测量电极相互组合构成，S1’，S2’，S3’三组局部阻抗信号，即分别为第一局部阻抗信号S1’、第二局部阻抗信号S2’和第三局部阻抗信号S3’，其中S1’，S2’用于计算静脉血液波动速度，S3’用来获取局部静脉血流信号；在采用静脉阻塞法改变静脉状态时，记录下开始阻塞时刻t1、释放时刻t2，方便数据处理是快速定位，减少搜索范围，加快处理速度。在测试过程中，注入人肢体的电流是恒定的，符合人体安全电流的，对人体无危害。其优点在于非侵入式，携带有丰富的生物信息且无辐射危害。

S102、对多个所述局部阻抗信号进行线性检波和多种数据处理，得到对应的血流图信号。

具体的，请参阅图3，由于通过测量电极获得的电压信号是电流与阻抗一起调制了的信号，因此，引入线性检波，滤除电流信号，提取出阻抗信号。由于人体阻抗信号是人体基础阻抗信号，血管变化信号，脉搏波信号，肌肉变化信号叠加而成，血管变化信号微弱，与基础阻抗信号相去甚远，直接放大信号会造成基础阻抗信号失真，高通滤波又会造成血管变化信号丢失，因此，引入多级直流消去与滤波放大电路，在消除基础阻抗的同时放大血管变化信号。测量系统在测量时受环境与自身影响对数据造成干扰，采用卡尔曼滤波有效消除系统噪声与干扰影响，得到对应的多个血流图信号，多个所述血流图信号分别为第一血流图信号S1、第二血流图信号S2和第三血流图信号S3。

所述直流消去与放大滤波的具体步骤是：通过模数转换获取S1’,S2’,S3’信号中的直流偏置值；通过数模转换和减法电路消去三组信号中的直流偏置，得对应的局部阻抗子信号S1”、S2”、S3”；对S1”、S2”、S3”进行滤波放大后再重复一次直流消去与放大滤波。

S103、对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度。

具体的，由于S1,S2信号中含有肌电，脉搏波等信号干扰，会造成波形特征点形变，不易测量，因此采用IIR低通滤波器消除肌电，脉搏波干扰。在释放时刻t2附近搜索S1,S2上最值，快速定位，缩小搜索范围，减少了计算。获得S1,S2上最值所对应的最值时刻t3、t4后，根据对应的测量电极之间的距离d，计算出血液波动速度v：

S104、利用所述阻塞时刻和所述释放时刻对第三血流图信号进行数据处理和提取，得到对应的阻抗变化量。

具体的，由于S1,S2信号中含有肌电，脉搏波等信号干扰，会造成波形特征点形变，不易测量，因此采用IIR低通滤波器消除肌电，脉搏波干扰，平滑波形。利用开始阻塞时刻t1、释放时刻t2，快速定位搜索起始点，从起始点开始向后搜索，寻找第一个大拐点，记录下拐点对应拐点时刻t5、t6；根据t1、t2、t5、t6四个时间点切割血流图，提取t1、t2间血流图为升支信号S4，t5、t6间血流图为降支信号S5，对S4、S5信号进行线性拟合，拟合方程为f(x)＝ax+b，获得参数a1、b1、a2、b2，血液阻力增大时，升支上升变慢，降支下降变慢而线性方程是对升降支的拟合，方程参数可以反映这些变化；利用t1、t2、t5、t6转换S4、S5信号时间轴坐标为0至(|t5-t1|,|t6-t2|)，利用一元线性回归将拟合升降支，获得参数a1、b1、a2、b2。同时提取S4、S5相对高度，获取阻抗变化量Z1、Z2。

S105、基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测。

具体的，基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测。

血栓检测模型的建立采用机器学习中的逻辑回归算法，采用L2范数作为约束函数，构建由损失函数与约束函数组成的辅助函数，辅助函数表达式如下：

J(w)＝L(w)+h(w)

＝∑[y logπ(x)+(1-y)log(1-π(x))]+λ||w||₂

＝∑[y logπ(x)+(1-y)log(1-π(x))]+∑λw²

其中，L(w)为损失函数，h(w)为约束函数，π(x)为x的线性函数，x为数据集的特征参数由a1,b1,a2,b2,Z1,Z2,v组成，y为血栓检测模块标定值，λ为正则化参数并设置为一个超参数。再通过牛顿法最小化辅助函数。

请参阅图2，本发明提供一种基于静脉血流图的血栓检测装置，适用于所述的一种基于静脉血流图的血栓检测方法，所述基于静脉血流图的血栓检测装置包括激励电极1、测量电极2、袖带控制模块3、信号测量模块4、数据采集模块5、特征提取模块6、血栓检测模块7和预测模块8，所述激励电极1、所述测量电极2和所述袖带控制模块3均与所述信号测量模块4连接，所述信号测量模块4、所述数据采集模块5、所述特征提取模块6和所述预测模块8依次连接，所述血栓检测模块7与所述预测模块8连接；

所述激励电极1和所述测量电极2贴附于样本肢体进行阻抗测量；

所述袖带控制模块3，用于对样本肢体静脉进行人为阻塞与疏通；

所述信号测量模块4，用于对样本施加激励和测量局部阻抗信号；

所述数据采集模块5，用于采集转换测得的静脉血流图信号；

所述特征提取模块6，用于提取血流图特征点；

所述血栓检测模块7，用于标定静脉血栓状况；

所述预测模块8，用于得到血栓发生概率。

其中特征点包括静脉血液波动速度，血流图升降支阻抗变化率。

在本实施方式中，通过将所述激励电极1和所述测量电极2分离，有效减少极化效应，减少外部干扰，进一步提高信号质量，所述激励电极1和所述测量电极2按固定间距贴附与人肢体表面，方便计算血液波动速度；增加所述静脉血液波动速度测量，进一步完善血流状况评估；通过所述袖带控制模块3可以控制人肢体静脉的阻塞与疏通，改变静脉状态，改变静脉血流量，让静脉无创测量得以实现；所述信号测量模块4可以利用所述激励电极对人肢体注入恒定的激励电流，形成稳定的内电场，方便阻抗测量，所述信号测量模块4通过所述测量电极，线性检波获取血流图信号，通过所述直流消去与放大滤波，在保证低电压范围下，对静脉血流信号的放大，高频噪声消除和基础电压消去，得到高信噪比的静脉血流图；通过所述数据采集模块5对血流图进行数据转换，完成电压信号向阻抗信号的转变，利用卡尔曼滤波，低通滤波有效的消除系统噪声和干扰影响，提高血流图数据质量；通过所述特征提取模块6，利用时间点，缩小了检测范围，提高了检测速度；所述预测模块8，使用逻辑回归方法预测血栓概率，该方法适用于二分类问题。另外本发明采用了一元线性回归方法对升降支信号拟合，使得升降支阻抗变化率更易获得。

有益效果：

1、本发明基于静脉血流图技术检测血栓，解决了体外检测的感染风险，X光的辐射危险，实时性好。

2、本发明采用多次直流消去和放大滤波，实现了直流电压的精准消去，保证了静脉血流图的获得，同时也精准地测得基础阻抗。

3、本发明利用时间节点快速定位，缩小搜索范围，加快搜索速度。

4、本发明利用一元回归方法，快速获得升降支斜率，同时更加贴近波性特征。

5、本发明引入血液波动速度，阻抗变化量，配合升降支斜率采用逻辑回归建立分类模型，预测血栓概率，信息更加全面，预测更加精准。

本发明的一种基于静脉血流图的血栓检测装置及方法，采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到多个局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻；对多个所述局部阻抗信号进行线性检波和多种数据处理，得到对应的血流图信号；对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度；利用所述阻塞时刻和所述释放时刻对第三血流图信号进行数据处理和提取，得到对应的阻抗变化量；基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测，信息更加全面，预测更加精准。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种基于静脉血流图的血栓检测装置，其特征在于，

所述基于静脉血流图的血栓检测装置包括激励电极、测量电极、袖带控制模块、信号测量模块、数据采集模块、特征提取模块、血栓检测模块和预测模块，所述激励电极、所述测量电极和所述袖带控制模块均与所述信号测量模块连接，所述信号测量模块、所述数据采集模块、所述特征提取模块和所述预测模块依次连接，所述血栓检测模块与所述预测模块连接；

所述激励电极和所述测量电极贴附于样本肢体进行阻抗测量；

所述袖带控制模块，用于对样本肢体静脉进行人为阻塞与疏通；

所述信号测量模块，用于对样本施加激励和测量局部阻抗信号；

所述数据采集模块，用于采集转换测得的静脉血流图信号；

所述特征提取模块，用于提取血流图特征点；

所述血栓检测模块，用于标定静脉血栓状况；

所述预测模块，用于得到血栓发生概率；

其中特征点包括静脉血液波动速度，血流图升降支阻抗变化率；

利用所述基于静脉血流图的血栓检测装置进行血栓检测时，包括以下步骤：

采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻；

对所述局部阻抗信号进行线性检波和数据处理，得到对应的血流图信号；

对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度；

利用所述阻塞时刻和所述释放时刻对第三血流图信号进行数据处理和提取，得到对应的阻抗变化量；

基于所述血液波动速度和所述阻抗变化量，构建逻辑回归模型对血栓概率进行预测；

其中，采用六电极和静脉阻塞法对样本肢体进行局部阻抗检测，得到局部阻抗信号、阻塞时刻和释放时刻，包括：

将激励电极和测量电极等间距贴附于样本肢体，四个所述测量电极之间相互组合构成三组局部阻抗信号，三组所述局部阻抗信号分别为第一局部阻抗信号、第二局部阻抗信号和第三局部阻抗信号；

利用静脉阻塞法对所述样本肢体进行阻塞和释放，获取对应的阻塞时刻和释放时刻，并将所述阻塞时刻和所述释放时刻保存于数据库中；

其中，对所述局部阻抗信号进行线性检波和数据处理，得到对应的血流图信号，包括：

通过模数转换获取所述局部阻抗信号中的直流偏置值，并通过数模转换和减法电路消去所述局部阻抗信号中的直流偏置，完成一次线性检波；

基于所述线性检波步骤，对所述局部阻抗信号进行多次的线性检波，并利用卡尔曼滤波器对检波完成后的所述局部阻抗信号进行滤波处理，得到对应的血流图信号，所述血流图信号分别为第一血流图信号、第二血流图信号和第三血流图信号；

其中，对第一血流图信号和第二血流图信号进行低通滤波和最值检测，计算出对应的血液波动速度，包括：

利用低通滤波器对第一血流图信号和第二血流图信号进行滤波，并对滤波后的所述第一血流图信号和所述第二血流图信号进行最值检测；

根据最值检测结果，获取所述第一血流图信号和所述第二血流图信号对应的最值时刻，并基于对应的测量电极之间的距离，计算出血液波动速度。

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