CN113143226A - 多生理参数融合方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多生理参数融合方法及系统，用于人体生命健康体征监测，属于智能医疗领域。所述方法包括：响应于监测触发信号，依序采集个体的各项生命体征参数；通过预设融合模型由各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数；根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告。本发明方案将维持人的机体正常活动的血压、体温、心率、呼吸和血氧等生理参数进行表征处理、多参数融合、专家训练和智能决策，并结合每个人的身体基础状况给出相应指标和异常指标。实现了康复护理、实时监测人体生命体征状态功能的康复护理功能。
Description
技术领域
本发明涉及智能医疗领域，具体地涉及一种多生理参数融合方法及一种多生理参数融合系统。
背景技术
随着人们对自身健康状况的关注度越来越高，人们不仅需要基本的康复和护理，而且希望能够全方位监测自身的生理状态，并能让自己、家人和医生及时了解。且在医生接待患者过程中，繁杂的患者基础生理情况检查加重了医生工作量的同时极大影响了诊疗效率。此外，对于长期卧床的病患，会出现血液循环不畅、肌肉萎缩以及压疮等问题，这也大大增加了医护人员的劳动强度。人的生理机能可以通过体征表现出来，而这些体征可以通过各类感知设备转化为电信号，从而可以数字化和信息化处理。针对现有生理监测智能化程度低和监测实时性不强的问题，需要创造一种用于人体生命体征状态监测的多生理参数融合方法及系统。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种多生理参数融合方法及系统，以至少解决现有生理监测智能化程度低和监测实时性不强的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种多生理参数融合方法，用于人体生命健康体征监测，所述方法包括：响应于监测触发信号，依序采集个体的各项生命体征参数；通过预设融合模型由各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数；根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告。
可选的，所述生命体征参数包括：舒张压、收缩压、温度值、脉搏波信号、血氧电信号。
可选的，所述生理参数包括：血压值、安静心率、体温值、呼吸频率和血氧值。
可选的，所述预设融合模型包括：变幅度系数法，用于根据所述舒张压和所述收缩压获得所述血压值；光电容积脉搏波描记法，用于根据所述脉搏波信号获得所述呼吸频率。
可选的，所述方法还包括：根据专家信息和临床信息建立各项生理参数规则库；所述各项生理参数规则库包括各项生理参数之间的相应关系和边界值；所述根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告，包括：将融合获得的各项生理参数作为检索条件在所述各项生理参数规则库中进行有界深度优先搜索，根据搜索结果获得对应个体的生命体征报告。
本发明第二方面提供一种多生理参数融合系统，用于人体生命健康体征监测，所述系统包括：采集单元，用于响应于监测触发信号，依序采集个体的各项生命体征参数；处理单元，用于通过预设融合模型由各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数，并根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告；输出单元，用于输出所述生命体征报告。
可选的，所述生命体征参数包括：舒张压、收缩压、温度值、脉搏波信号、血氧电信号；所述采集单元包括：血压监测装置，用于采集所述舒张压和所述收缩压；所述血压监测装置包括袖带、用于向袖带充气的气泵、用于控制袖带内的气体排放的放气阀和用于检测袖带内的气体压力的压力传感器；温度传感器，用于采集所述温度值；脉搏波光电传感器，用于采集所述脉搏波信号；脉搏血氧监测传感器，用于采集所述血氧电信号。
可选的，所述处理单元包括：数据融合模块，用于通过预设融合模型由所述各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数；参数优化模块，包括：单参数优化模块，用于将所述采集单元采集的各项生命体征参数进行干扰值和异常值剔除；多参数优化模块，用于将融合获得的各项生理参数作为检索条件在各项生理参数规则库中进行有界深度优先搜索，根据搜索结果获得对应个体的生命体征报告；其中，所述各项生理参数规则库根据专家信息和临床信息建立；人机交互模块，包括：输入模块，用于选择所述多生理参数融合系统的通信模式、控制模式，以及用于修改设定参数和阈值范围；其中，所述通信模式包括串口通讯和WIFI通信；所述控制模式包括本机操作和远程遥控操作；显示模块，用于显示所述生命体征报告。
可选的，所述系统还包括：存储系统，用于存储所述各项生理参数规则库、实时测量的各项生理参数、所述生命体征报告和所述多生理参数融合系统的运行信息。
另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的多生理参数融合方法。
通过上述技术方案，通过人体的各项体征参数，对应进行人体生理参数获取，并在获取到人体各项生理参数后，根据专家规则和临床数据对生理参数进行协同分析，获得人体最终的体征报告。减少了医生在接待患者过程中的前期检查工作，提高问诊效率，也提高了问诊智能性。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的多生理参数融合方法的步骤流程图；
图2是本发明一种实施方式提供的体征参数采集步骤流程图；
图3是本发明一种实施方式提供的血压融合模型示意图；
图4是本发明一种实施方式提供的多生理参数融合系统的系统结构图。
附图标记说明
10-采集单元；20-处理单元；30-输出单元；40-存储单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图4是本发明一种实施方式提供的多生理参数融合系统的系统结构图。如图4所示，本发明实施方式提供一种多生理参数融合系统，所述系统包括：采集单元10，用于响应于监测触发信号，依序采集个体的各项生命体征参数；处理单元20，用于通过预设融合模型由各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数，并根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告；输出单元30，用于输出所述生命体征报告。
优选的，所述生命体征参数包括：舒张压、收缩压、温度值、脉搏波信号、血氧电信号；所述采集单元10包括：血压监测装置，用于采集所述舒张压和所述收缩压；所述血压监测装置包括袖带、用于向袖带充气的气泵、用于控制袖带内的气体排放的放气阀和用于检测袖带内的气体压力的压力传感器；温度传感器，用于采集所述温度值；脉搏波光电传感器，用于采集所述脉搏波信号；脉搏血氧监测传感器，用于采集所述血氧电信号。
在本发明实施例中，压力传感器优先采用MSP2107，温度传感器优先采用DS18B20数字温度传感器，心率和血氧的采集选用芯片信号为MAX30100。
优选的，所述处理单元20包括：数据融合模块，用于通过预设融合模型由所述各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数；参数优化模块，包括：单参数优化模块，用于将所述采集单元10采集的各项生命体征参数进行干扰值和异常值剔除；多参数优化模块，用于将融合获得的各项生理参数作为检索条件在各项生理参数规则库中进行有界深度优先搜索，根据搜索结果获得对应个体的生命体征报告；其中，所述各项生理参数规则库根据专家信息和临床信息建立；人机交互模块，包括：输入模块，用于选择所述多生理参数融合系统的通信模式、控制模式，以及用于修改设定参数和阈值范围；其中，所述通信模式包括串口通讯和WIFI通信；所述控制模式包括本机操作和远程遥控操作；显示模块，用于显示所述生命体征报告。
在本发明实施例中，优先的，根据生理参数监测项将处理单元20区分为多条电路，包括血压采集电路、心率/血氧电路和体温采集电路。其中，血压采集电路包括直流信号放大电路和交流信号带通滤波电路。在直流信号放大电路中，信号采集压力传感器采用MSP2107，其正向输出端+OUT、负向输出端-OUT分别与AD620放大器的正向输入端+VIN、负向输入端-VIN相连接，AD620作为集成运算放大器，将采集到的微弱电信号放大，然后通过PC0输出端口，在AD620的Rg引脚上连接一个电位计，可根据后期所要放大的倍数进行调节。ICL7660作为一个小功率极性反转电源转换器，可将+5V逻辑电平转换成-5V逻辑电平，为AD620提供-5V逻辑电平。
对于温度采集电路，优选的，温度传感器采用DS18B20数字温度传感器提供9-Bit到12-Bit的摄氏温度测量精度和一个用户可编程的非易失性且具有过温和低温触发报警的报警功能。DS18B20采用的1-Wire通信，即仅采用一个数据线与微控制器进行通信。
对于心率/血氧电路，优选的，心率和血氧的采集选用芯片信号为MAX30100，是一款集成有脉搏血氧仪和心率监测传感器的模块，该传感器由红光LED、红外光LED和光电探测器组成来实现数据的采集，该芯片内部具有低噪声模拟信号处理器，可检测脉搏血氧及心率信号。MAX30100采用1.8V和3.3V的电源电压。可通过软件来关断电源，待机模式下的电流消耗量可忽略不计，因而可以始终保持电源连接，MAX30100通过I2C总线与核心控制通信。
优选的，所述系统还包括用于各单元通讯传输的通讯单元。
在本发明实施例中，优选的，通讯电源包括传统通信电路和Wifi通讯电路。串口通信在工业控制中被广泛使用，具有配置简单，易于管理的特点。本发明配置三个串口，USART1作为电路调试接口，在前期测试过程中完成与PC机的通信功能；USART2作为控制器与液晶屏通信接口，完成屏幕显示功能；USART3作为串口WIFI的连接端口，与ESP8266组成WIFI通信接口，完成与其他设备的无线数据传输。本发明无线通信模块(USART3)选用ESP8266，其发送引脚RX(PB10)，接收引脚TX(PB11)，分别与ESP8266的接收引脚TX、RX相连接，并且增加参考电位GND，使能(EN)和重启(RST)引脚采用上拉模式。
优选的，所述系统还包括：存储系统40，用于存储所述各项生理参数规则库、实时测量的各项生理参数、所述生命体征报告和所述多生理参数融合系统的运行信息。
图1是本发明一种实施方式提供的多生理参数融合方法的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种多生理参数融合，所述方法包括：
步骤S10：响应于监测触发信号，依序采集人体的各项生命体征参数。
具体的，当存在体征健康监测需求时，通过多生理参数融合系统自身的触发按钮过远程控制端，例如与系统通讯连接的手机发起测试请求。采集单元10接收到监测触发信号，开始根据预设顺序进行人体的各项生命体征参数采集。优选的，生命体征参数包括：舒张压、收缩压、温度值、脉搏波信号、血氧电信号。这些生命体征参数，分别对应着关乎人体健康的生理参数，分别为血压值、安静心率、体温值、呼吸频率和血氧值。其中，血压是反映人体动脉血流对血管壁的侧压力，正常的血压是血液循环流动的前提，血压在多种因素调节下保持正常，从而提供各组织器官以足够的血量，以维持正常的新陈代谢。心率是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数，也叫安静心率，是反映人体心脏跳动的规律指标，心率的急剧变化与心脏疾病密切相关。体温是表征人体温度的参数，正常人的体温时恒定的，会保持在一定的范围内。如果体温超过正常温度，通常为高烧。呼吸是呼吸频率的简称，是来描述人体每分钟呼吸的次数，胸部的一次起伏就是一次呼吸，成年人正常的呼吸频率为16-20次，如果呼吸超过24次/分，则见于发热、疼痛、贫血、甲状腺功能亢进及心力衰竭等，如果呼吸低于12次/分，则呼吸浅慢见于麻醉剂或镇静剂过量和颅内压增高等。因此呼吸在人体生命体征参数中比较重要。血氧是指人体血液中的含氧量，人体正常含氧量为90％左右。血液中含氧量越高，人的新陈代谢就越好。
优选的，预设生命体征参数的采集顺序为：血压、体温、心率、呼吸频率和血氧含量。具体的，如图2，包括以下采集步骤：
步骤S101：采集舒张压和收缩压。
具体的，人体在进行血压测试时，首先按要求佩戴好袖带，然后采集单元10控制气泵向袖带充气，并接收所述压力传感器检测到的袖带内的气体压力值；当压力传感器检测的压力值达到预设的阈值时，控制气泵停止工作，并控制放气阀开启；该血压测量单元自控制放气阀开启之时起采集到预定数目的气体压力值后停止采集，根据该预定数目的气体压力值计算出被测患者的舒张压和收缩压，然后将该计算结果通过通信模块发送给上位机，响应于舒张压和收缩压的上传信号，触发体温采集指令。
步骤S102：采集人体温度值。
具体的，响应于体温采集指令，启动温度传感器，然后通过温度传感器实时采集人体温度，并在温度稳定后，将采集到的温度值上传到上位机，响应于温度上传信号，触发脉搏波信号采集指令。
步骤S103：采集脉搏波信号。
具体的，响应于心率采集指令，启动脉搏波光电传感器，并通过脉搏波光电传感器采集实时的脉搏波信号，根据采集的脉搏波信号计算出被测患者的心率，然后将该计算结果通过通信模块发送给上位机，响应于心率上传信号，触发呼吸频率采集指令。
步骤S104：采集人体呼吸频率。
具体的，响应于呼吸频率采集指令，通过脉搏波光电传感器采集实时的脉搏波信号，用经验模态分解算法从脉搏波信号中分离出固有模态函数MF，根据该分离出的固有模态函数MF，计算出被测患者的呼吸参数，然后将计算结果通过通信模块发送给上位机，响应于呼吸频率上传信号，触发血氧含量采集指令。
步骤S105：采集人体血氧含量。
具体的，响应于血氧含量采集指令，启动脉搏血氧监测传感器。优选的，选用MAX30100芯片进行血氧信号采集，MAX30100芯片是一款集成有脉搏血氧监测传感器，该传感器由红光LED、红外光LED和光电探测器组成来实现数据的采集，该芯片内部具有低噪声模拟信号处理器，可检测脉搏血氧信号。
步骤S20：通过预设融合模型从所述各项生命体征参数对应获得各项生理参数。
具体的，采集单元10进行各项体征参数采集后，先后通过放大电路和滤波电路进行采集信号处理，使得采集的电信号信息稳定且强度足够，然后将包含体征参数的电信号传输到处理单元20。处理单元20首先将其中的干扰值和异常值提出，保留具有参考价值的瞬时值。将各项参数流入数据融合模块，进行血压参数融合时，舒张压采用变幅度系数法进行模型运算，如图3，t1时刻，脉搏波中出现明显的脉搏跳动，对应收缩压；t2时刻，对应平均压；t3时刻，对应舒张压。本发明选用红光LED、红外光LED和光电探测器组成传感器来实时采集心率和血氧，并通过MAX30100模块进行整形滤波处理。当LED光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也呈现周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是心率。优选的，开启心率模式后，需要延时20ms等待LED电流稳定后再开启血氧模式，否则将无法得到正确的心率波形。MAX30100传感器内置温度传感器，在测量心率血氧过程中需要实时获取内部温度值，然后与设定的温度阈值想比较，从而通过程序调整LED的电流值，来修正其测量结果，保证测量的准确性。
对于呼吸频率参数融合，是以光电容积脉搏波描记法(PPG)来基础的。PPG信号是具有非稳态性的生物信号，使用线性滤波方法很难准确的提取信号中的有效信息，经验模态分解算法(EMD)是一种自适应、完全数据驱动的技术，根据数据产生基函数进行信号分解与提取信息，能够将呼吸频率信号提出来，从而计算出呼吸频率。
步骤S30：根据所述各项生理参数获得对应个体的生命体征报告。
具体的，将融合后获得的生理参数流转到多参数优化模块，多参数优化模块将获取的生命体征参数按照领域专家给出的参数之间的相应关系和边界值，建立规则库，实时测量的各参数存入数据库，采用有界深度优先搜索机制进行收索推理，形成每个个体的生命体征报告。所用到的专家系统由知识库、数据库、推理机、解释器及知识获取五个部分组成。其中，知识库用于存取和管理所获取的专家经验和知识，这些参数有相应专家提供和大量的临床数据提供，将这些数据样本作为训练样本，筛选出其中有价值的参考信息，将这些参考信息进行分类的归纳，作为经验知识。数据库用来存放实时测量生理信息，控制信息和系统推理过程中产生的中间结果。数据库的内容是不断变化的，在求解问题的开始时，用来存放用户提供的初始事实；在推理过程中，它存放每一步推理所得的结果。推理机根据数据库的内容从知识库选择合适的知识进行推理，然后又把推理的结果存入数据库中。推理机用于利用知识进行推理和求解问题的触发机制，本发明采用有界深度优先搜索机制，其基本思想：引入搜索深度的界限(设)和估价函数f(x)，界限dm系统按算法自动产生，估价函数f(x)由对应规则给出。当某一个节点扩展之后，对它的每一个后继节点计算估价函数f(x)的值，并在这些后继节点的范围内，选择一个f(x)的值最小的节点，作为下一个要考察的节点。当搜索深度达到了深度界限(设dm)，而尚未出现目标节点时，就换一个分支进行搜索。如果后继点中任一个为目标节点，则求得一个解，成功退出。优选的，为了提高系统智能性，解释器用于作为专家系统与用户之间的“人－机”接口。本发明解释器可以回答用户的提问，对系统的结论、求解过程以及系统当前的求解状态提供说明，便于用户理解系统的问题求解。
在一种可能的实施方式中，首先按下多生命参数融合装置开始按钮，血压和体温测量模块同时开始工作进行测量。当气泵充气至187mmHg时，10s后停止充气并开始采集血压数据，在屏幕上显示直流信号和交流信号波形，30s后波形定格并显示最终测量结果，包括收缩压和舒张压。3s后显示页面跳转至心率、血氧和呼吸的界面，通过MAX30100传感器将被测对象的心率波形实时显示在屏幕上，15s后完成心率、血氧和呼吸的测量。最后页面切换至最终五大参数显示的页面，此时温度传感器所测数据动态显示在体温文本框中，120s后完成所有模块测量，并显示最终结果。所测得的最终结果为：收缩压105mmHg，舒张压66mmHg，心率72次/分，体温37.0℃，血氧饱和度93％、呼吸频率18次/分。
本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的多生理参数融合方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种多生理参数融合方法，用于人体生命健康体征监测，其特征在于，所述方法包括：
响应于监测触发信号，依序采集个体的各项生命体征参数；
通过预设融合模型由各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数；
根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告。
2.根据权利要求1所述的多生理参数融合方法，其特征在于，所述生命体征参数包括：
舒张压、收缩压、温度值、脉搏波信号、血氧电信号。
3.根据权利要求2所述的多生理参数融合方法，其特征在于，所述生理参数包括：
血压值、安静心率、体温值、呼吸频率和血氧值。
4.根据权利要求3所述的多生理参数融合方法，其特征在于，所述预设融合模型包括：
变幅度系数法，用于根据所述舒张压和所述收缩压获得所述血压值；
光电容积脉搏波描记法，用于根据所述脉搏波信号获得所述呼吸频率。
5.根据权利要求1所述的多生理参数融合方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据专家信息和临床信息建立各项生理参数规则库；所述各项生理参数规则库包括各项生理参数之间的相应关系和边界值；
所述根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告，包括：
将融合获得的各项生理参数作为检索条件在所述各项生理参数规则库中进行有界深度优先搜索，根据搜索结果获得对应个体的生命体征报告。
6.一种多生理参数融合系统，用于人体生命健康体征监测，其特征在于，所述系统包括：
采集单元，用于响应于监测触发信号，依序采集个体的各项生命体征参数；
处理单元，用于通过预设融合模型由各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数，并根据各项生理参数获得对应个体的生命体征报告；
输出单元，用于输出所述生命体征报告。
7.根据权利要求6所述的多生理参数融合系统，其特征在于，所述生命体征参数包括：舒张压、收缩压、温度值、脉搏波信号、血氧电信号；所述采集单元包括：
血压监测装置，用于采集所述舒张压和所述收缩压；所述血压监测装置包括袖带、用于向袖带充气的气泵、用于控制袖带内的气体排放的放气阀和用于检测袖带内的气体压力的压力传感器；
温度传感器，用于采集所述温度值；
脉搏波光电传感器，用于采集所述脉搏波信号；
脉搏血氧监测传感器，用于采集所述血氧电信号。
8.根据权利要求7所述的多生理参数融合系统，其特征在于，所述处理单元包括：
数据融合模块，用于通过预设融合模型由所述各项生命体征参数融合获得对应的各项生理参数；
参数优化模块，包括：
单参数优化模块，用于将所述采集单元采集的各项生命体征参数进行干扰值和异常值剔除；
多参数优化模块，用于将融合获得的各项生理参数作为检索条件在各项生理参数规则库中进行有界深度优先搜索，根据搜索结果获得对应个体的生命体征报告；其中，所述各项生理参数规则库根据专家信息和临床信息建立；
人机交互模块，包括：
输入模块，用于选择所述多生理参数融合系统的通信模式、控制模式，以及用于修改设定参数和阈值范围；其中，所述通信模式包括串口通讯和WIFI通信；所述控制模式包括本机操作和远程遥控操作；
显示模块，用于显示所述生命体征报告。
9.根据权利要求8所述的多生理参数融合系统，其特征在于，所述系统还包括：
存储系统，用于存储所述各项生理参数规则库、实时测量的各项生理参数、所述生命体征报告和所述多生理参数融合系统的运行信息。
10.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求1至5中任一项权利要求所述的多生理参数融合方法。
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