CN113440114B - 一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法及装置，方法包括：采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号；采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除；若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。本发明根据薄膜压力传感器，建立多通道脉搏波信号优选的方法，提高获取脉搏波信号的效率以及降低校准成本。

Description

一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法及装置

技术领域

本发明涉及脉搏波检测技术领域，尤其涉及一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法及装置。

背景技术

脉搏波信号具有丰富的生理信号，获得准确的脉搏波可以推算出丰富的心血管和中医脉象等信息，从而达到对身体状态进行评估的效果。考虑到桡动脉的直径大概为3mm，传感器与桡动脉的相对位置将影响到采集脉搏波的质量，当传感器位于血管的正上方时，传感器与血管之间的组织厚度最薄，被组织削弱的程度最小，传感器采集到的压力与血管搏动的压力最为接近，采集到脉搏波的振幅也最高，能最大程度的反应真实的心血管状态，当传感器偏离血管正上方时，血管与传感器间隔组织增厚，脉动张力传输距离延长，得到脉搏波的振幅与波形都会受到影响。在每次采集测试中，如何将传感器准确地放置在血管正上方，从而获得准确的，有价值的心血管参数，依旧是个难题。

现有的压力传感器测试脉搏波一般基于单通道传感器，并通过手动测脉的方式来尽可能获得准确的脉搏波，即通过手指按压的方式先找到桡动脉的大致位置，再将传感器放置在指定位置上进行采集，然而，现有的单个阵列传感器获得脉搏波通过手动测脉，对测试者有一些技能储备的需求，需要通过手指的触动判断桡动脉的准确位置，可能会导致一些误判，导致获得的脉搏波信号不准确，现有专利申请公开号CN112869725A公开了一种多通道脉搏采集系统及方法，通过光电式传感器采集脉搏波信号，从而实现多通道的采集信号，然而，该方法光电探测器采集的是容积波，不能获得与心血管参数关联更紧密的压力波，同时缺乏对脉搏波进行判断选优的方法，并不能从中筛选出最优的脉搏波信号。

发明内容

本发明目的在于，提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法及装置，以解决获取脉搏波信号效率低以及不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，包括：

采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号；

采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除；

若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。

优选地，所述获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号，包括，所述脉搏波信号的频率区间位于0.5Hz-30Hz。

优选地，所述采用相关性算法判断各通道脉搏波信号的质量，包括：

分别截取所述通道的脉搏波，根据单个脉搏跳动的时间获取单个通道中的每个脉搏波时长，计算所述每个脉搏波时长的均值，获取平均脉搏周期及平均脉搏周期时长。

优选地，所述采用相关性算法判断各通道脉搏波信号的质量，还包括：

根据所述平均脉搏周期的采样频率重采样每个所述脉搏波时长，获取与所述平均脉搏周期的长度相等的重采样脉搏波，计算所述重采样脉搏波的均值，获取平均脉搏波。

优选地，所述采用相关性算法判断各通道脉搏波信号的质量，还包括：

采用相关系数，计算所述重采样脉搏波与所述平均脉搏波的协方差与标准差，获取相关系数，若所述相关系数大于预设的阈值，则判断所述脉搏波为优质波形，若所属通道中的优质波形占所属通道的所述脉搏波总数量的比例大于且等于50％，获取最优通道及其所属通道的脉搏波信号。

优选地，所述若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，包括：

获取所述平均脉搏波的起始点所在时间与主峰所在时间，若所述起始点与所述主峰之间的时长小于0.2s且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则获取最优脉搏波信号，否则剔除。

本发明还提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选装置，包括：

获取模块，用于采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号；

第一筛选模块，用于采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除；

第二筛选模块，用于若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。

本发明还提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法在制备医疗健康检测仪器中的应用，所述应用包括心血管参数检测以及心率监测。。

本发明还提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任一实施例所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法。

本发明应用于医疗健康检测领域，在于制备便携式血压仪，用于心血管参数检测以及心率监测，采用薄膜压力传感器获取脉搏波信号，并基于薄膜压力传感器多通道的特点，分别获取多通道的脉搏波信号，不需要额外的仪器，降低获取脉搏波的成本以及提高获取脉搏波的效率，并且，结合相关性算法，判断获取多条通道的脉搏波以及所属通道的脉搏波信号，相较于现有获取的脉搏波信号，本发明获取脉搏波信号的准确度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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是本发明某一实施例提供的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法的流程示意图；

图2是本发明某一实施例提供的4通道加压波形和12通道加压波形的波形图；

图3是本发明另一实施例提供的4通道和12通道归一化脉搏波的波形图；

图4是本发明又一实施例提供的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，包括：

S101、采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号。

具体的，由于现有获取桡动脉位置脉搏波信号的装置仅采用单通道或者需要专业技术的人员进行手指按压确定桡动脉的具体位置，才能获取准确的脉搏波信号，市面上存在的脉搏波器如善时医疗的TL系列无创实时动脉血压及血流动力学监测系统，以及脉象仪如天中依脉，道生医疗，慧医谷科技等公司的脉象仪，但是这些仪器仅通过单通道以及手动测试的方式来获取脉搏波，不能精确的获取手腕桡动脉处的位置以及该位置的脉搏波信号。本发明采用具有多通道的薄膜压力传感器来获取脉搏波信号，对多通道的脉搏波信息进行滤波，保留脉搏波信号的频率区间为0.5Hz-30Hz的信号，并采用相似度算法进一步判断该通道以及该通道信号，不仅限于手腕，还包括头部、手臂和脚踝等的脉搏波。

S102、采用相关性算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除。

具体的，判断各通道脉搏波信号的质量，以某一通道为例，首先截取该通道的脉搏波，根据单个脉搏跳动的时间获取每个脉搏波时长，将每个脉搏波时长进行求平均，获取平均的脉搏波时长，即为平均脉搏周期，将每个脉搏波时长重采样成平均周期的长度，将重采样后的每个脉搏波进行平均，获的平均脉搏波形，采用皮尔逊相关系数将每个重采样成平均周期后的脉搏波与平均脉搏波形求相关系数，其中，不限于皮尔逊相关系数，还包括kendall秩相关系数、spearman相关系数和皮尔逊相关系数等。将每个重采样成平均周期后的脉搏波数据与平均脉搏波形数据的协方差除以两个变量的标准差，当相关系数大于0.8时，其中，不限于0.8，判断为优质波形，当该通道的优质波形数量占该通道中总脉搏波数量的50％以上时，认为该通道的信号质量较好，可以进行下一步处理，反之，则判断该通道的信号质量较差，剔除最优波形的考虑范围。

S103、若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。

具体的，根据步骤S102挑选出的质量较好的通道，对优质波形的平均脉搏波，获取平均脉搏波的起始点和主峰的间距，当间距中的主峰所在时间和起始点所在时间之间的时长小于0.2s时，获取筛选后的优质波形的平均脉搏波，信号可以进行下一步处理，当两者的时长大于0.2s时，表明脉搏波信号为薄膜特征导致的反向信号，被剔除最优波形的考虑，比较筛选后的优质波形的振幅，振幅最高的通道中所属的脉搏波信号为最优的脉搏波信号。

请参阅图2-3，在一实施例中，分别从多个获取最优波形进行实验与比较，选取最优的通道以及波形，其中，选取4通道和12通道进行实验，获取两条优选的脉搏波，将选取的脉搏波的高度和时长进行归一化处理，便于与TL-400标准脉搏波比较，如表1，经过实验获取的K值、潮波高度、重博波高度、重博波谷高度、主波所在时间，重博波所在时间、潮波所在时间、重博波谷所在时间以及与标准波形相关系数，可以确定本发明对于脉搏波优选的优势。

表1脉搏波数据对比

本发明根据阵列式薄膜压力传感器的特点，可以设置不同数量的通道获取多个通道的桡动脉所在区域丰富的脉搏波信息，通过阵列式薄膜压力传感器可以获取不仅限于手腕，还包括头部、手臂和脚踝等的压力波，与心血管相关度较高，多个通道通过通道选优的方法，采用计算复杂度更低的计算筛选出更准确的脉搏波信号，本发明还适用于没有技能储备的人，不需要手动测试最佳的获取位置，减少外部因素对于测量结果的影响，避免了由于人工按压导致测量部位的不适以及疼痛，提高测量的效率以及准确度。

请参阅图4，本发明提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选装置，,包括：

获取模块11，用于采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号。

第一筛选模块12，用于采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除。

第二筛选模块13，用于若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。

关于基于薄膜压力传感器的脉搏波优选装置的具体限定可以参见上文中对于的限定，在此不再赘述。上述基于薄膜压力传感器的脉搏波优选装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本发明还提供一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法在制备医疗健康检测仪器中的应用，所述应用包括心血管参数检测以及心率监测。。

本发明提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一个实施例中的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法。

处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

在一示例性实施例中，计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成上述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

以上所述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来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，其特征在于，包括：

采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号；

采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除；其中，所述采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，包括：

分别截取所述通道的脉搏波，根据单个脉搏跳动的时间获取单个通道中的每个脉搏波时长，计算所述每个脉搏波时长的均值，获取平均脉搏周期及平均脉搏周期时长；

根据所述平均脉搏周期的采样频率重采样每个所述脉搏波时长，获取与所述平均脉搏周期的长度相等的重采样脉搏波，计算所述重采样脉搏波的均值，获取平均脉搏波；

采用相关系数，计算所述重采样脉搏波与所述平均脉搏波的协方差与标准差，获取相关系数，若所述相关系数大于预设的阈值，则判断所述脉搏波为优质波形，若所属通道中的优质波形占所属通道的所述脉搏波总数量的比例大于或等于50％，获取最优通道及其所属通道的脉搏波信号；

若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。

2.根据权利要求1所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，其特征在于，所述获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号，包括，所述脉搏波信号的频率区间位于0.5Hz-30Hz。

3.根据权利要求1所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法，其特征在于，所述若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，包括：

获取所述平均脉搏波的起始点所在时间与主峰所在时间，若所述起始点与所述主峰之间的时长小于0.2s且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则获取最优脉搏波信号，否则剔除。

4.一种基于薄膜压力传感器的脉搏波优选装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于采用薄膜压力传感器覆盖在手腕桡动脉处，获取所述薄膜压力传感器中多条通道的脉搏波信号；

第一筛选模块，用于采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，筛选一条或多条最优通道及其所属通道的脉搏波信号，否则剔除；其中，所述采用相似度算法判断各通道脉搏波信号的质量，包括：

分别截取所述通道的脉搏波，根据单个脉搏跳动的时间获取单个通道中的每个脉搏波时长，计算所述每个脉搏波时长的均值，获取平均脉搏周期及平均脉搏周期时长；

根据所述平均脉搏周期的采样频率重采样每个所述脉搏波时长，获取与所述平均脉搏周期的长度相等的重采样脉搏波，计算所述重采样脉搏波的均值，获取平均脉搏波；

采用相关系数，计算所述重采样脉搏波与所述平均脉搏波的协方差与标准差，获取相关系数，若所述相关系数大于预设的阈值，则判断所述脉搏波为优质波形，若所属通道中的优质波形占所属通道的所述脉搏波总数量的比例大于或等于50％，获取最优通道及其所属通道的脉搏波信号；

第二筛选模块，用于若所述所属通道的脉搏波信号特征值小于预设的阈值且与非其所属通道的平均脉搏波波形相比振幅较高，则通过该通道获取所属通道的最优脉搏波信号，否则剔除。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法在制备医疗健康检测仪器中的应用，其特征在于，所述应用包括心血管参数检测。

6.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至3任一项所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的基于薄膜压力传感器的脉搏波优选方法。

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