CN114021076A - 基于ecg和ppg信号的血压计算模型生成方法及血压测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法及血压测量系统，依据回归分析原理，综合分析ECG和PPG信号的特点计算出脉搏波到达人体不同位置处的时间和心率，再结合受试者的性别、年龄、健康状况等信息建立人体血压计算模型。
Description
技术领域
本发明涉及生理数据采集装置技术领域，尤其涉及一种基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法及血压测量系统。
背景技术
血压是评估一个人健康状况常用的手段，常用的充气式血压计技术成熟，但是测量过程较繁琐，用作临床监护时用户体验差，非专业用户难以自行准确操作，且测量过程会对用户产生压迫不适感。
一种较好的替代方案是采用ECG以及PPG信号传感器进行血压测量，能够实现无创连续测量血压，且可以彻底摆脱充气式血压计必须的袖带等额外部件束缚。
但是，对基于ECG以及PPG信号的血压测量方法，其信号处理分析是否有效直接决定了所得到的血压测量结果是否准确，对于同等条件采集到的ECG以及PPG信号采用不同的血压计算模型处理很可能会得出差异较大的血压结果；另一方面，血压测量不能摆脱人体自身状况，采用单一模型对应处理各类不同人群的血压测量，难免会产生不适应的情况，造成较大的误差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法及血压测量系统，通过综合分析ECG和PPG信号的特点计算出脉搏波到达人体不同位置处的时间和心率，再结合受试者的性别、年龄、健康状况等信息建立人体血压计算模型，有助于通过ECG和PPG信号获得较为精确的血压测量结果。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：
一种基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法，其特征在于，包括：
依据用户属性设置若干分类子集，所述分类子集包括依据用户属性的不同，将用户人群划分的若干子集；
针对各分类子集筛选数据采集的对象；
采集各对象静息状态下的血压值以及输入变量值，获得对应各分类子集的样本；
依据分类子集，利用预设的公式通式和样本分别回归获得对应各分类子集的回归系数，得到若干分别对应分类子集的计算模型。
进一步地，所述用户属性包括年龄、高血压病史和/或性别。
进一步地，所述分类子集包括未成年人和成年人。
进一步地，所述成年人分类子集包括有高血压病史成年人和无高血压病史成年人。
进一步地，所述有高血压病史成年人分类子集包括有高血压病史成年男性和有高血压病史成年女性；所述无高血压病史成年人分类子集包括无高血压病史成年男性和无高血压病史成年女性。
进一步地，所述对应分类子集的各计算模型均遵循式I所示公式通式：
其中，z表示静息状态下的血压值，单位mmHg；l、Δt、h为输入变量值，l表示身高、单位米，Δt表示脉搏波从主动脉出发到达颈动脉和足背动脉处的总时间、单位秒，h表示心率、单位次/分钟，α,β,γ为回归系数。
进一步地，所述脉搏波从主动脉出发到达颈动脉和足背动脉处的总时间Δt的测量方法包括：
分别采集对象的心电信号S0、颈动脉PPG信号S1和足背动脉PPG信号S2；
在心电信号S0图形上任选一QRS波群波峰位置R1；
在颈动脉PPG信号S1图形上确定紧随R1后的脉搏波波峰位置P1，在足背动脉PPG信号S2图形上确定紧随R1后的脉搏波波峰位置P2；
通过式II计算获得Δt：
Δt＝P1+P2-2R1 式II。
进一步地，所述对应各分类子集的样本的容量大于等于100。
本发明还涉及一种血压测量系统，其特征在于，包括：
ECG采集模块，用于采集用户心电信号；
PPG采集模块，用于采集用户颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号；
波形显示模块，用以显示心电信号、颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号；
信号处理模块，用于对心电信号、颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号进行预处理；
血压计算模块，用于调用匹配的计算模型，计算得到用户血压值。
进一步地，所述ECG采集模块和PPG采集模块工作时的采样率相同。
进一步地，所述调用匹配的计算模型包括：
获取用户属性，所述用户属性包括年龄、高血压病史和性别；
通过用户年龄、高血压病史和性别确定匹配的模型，所述模型依据分类子集包括A未成年人、B有高血压病史成年男性、C有高血压病史成年女性、D无高血压病史成年男性和E无高血压病史成年女性。
本发明的有益效果为：
采用本发明所述基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法及血压测量系统，通过ECG和PPG信号同步采样综合分析ECG和PPG信号的特点计算出脉搏波到达人体不同位置处的时间和心率，再结合受试者的性别、年龄、健康状况等信息建立人体血压计算模型，有助于通过ECG和PPG信号获得较为精确的血压测量结果。
附图说明
图1为本发明基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法流程示意图。
图2为本发明血压测量系统结构示意图。
图3为采用本发明血压测量系统进行血压测量流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。
如图1所示为本发明基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法流程示意图，主要包括如下步骤：
依据用户属性设置若干互不相交的分类子集；所述用户属性包括年龄、高血压病史和性别；所述分类子集包括A未成年人、B有高血压病史成年男性、C有高血压病史成年女性、D无高血压病史成年男性和E无高血压病史成年女性；
针对各分类子集筛选数据采集的对象，即筛选确定针对各分类子集所适合的数据采集志愿者；
采集各对象静息状态下的血压值(因变量)以及输入变量值(自变量)，获得对应各分类子集的样本，优选的对应各分类子集的样本的容量大于等于100对象的采集数据；
依据分类子集，建立回归方程，通过样本分别回归获得对应各分类子集的回归系数，得到若干分别对应分类子集的计算模型；所采用的回归方程公式通式优选为如式I所示：
其中，z表示静息状态下的血压值，l、Δt、h为输入变量值，l表示身高，Δt表示脉搏波从主动脉出发到达颈动脉和足背动脉处的总时间，h表示心率，α,β,γ为回归系数；优选的，对于如上所述分类子集可以针对性建立回归方程组：
可以通过多元线性回归法标定各回归系数，从而得到计算模型。
在实际应用中，对于脉搏波从主动脉出发到达颈动脉和足背动脉处的总时间Δt的测量可以采用如下步骤：
分别采集对象的心电信号S0、颈动脉PPG信号S1和足背动脉PPG信号S2；
在心电信号S0图形上任选一QRS波群波峰位置R1；
在颈动脉PPG信号S1图形上确定紧随R1后的脉搏波波峰位置P1，在足背动脉PPG信号S2图形上确定紧随R1后的脉搏波波峰位置P2；
通过式II计算获得Δt：
Δt＝P1+P2-2R1 式II
本发明还涉及一种如图2所示结构的血压测量系统，通过采用以上述方法生成的血压计算模型对用户进行高效率、高精确度的血压测量，系统主要由如下部分组成：
ECG采集模块，用于采集用户心电信号；
PPG采集模块，用于采集用户颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号，特别是，所述ECG采集模块和PPG采集模块工作时的采样率相同；
波形显示模块，用以显示心电信号、颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号；
信号处理模块，用于对心电信号、颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号进行预处理；
血压计算模块，用于调用匹配的计算模型计算得到用户血压值。
如图3所示为采用上述血压测量系统实际进行血压测量的执行步骤，包括：
准备工作，使用户保持仰卧状态，设置ECG采集模块和PPG采集模块(心电导联线和血氧探头)，并登记用户属性以及用户身高等相关信息；
用户静息5分钟；
采集数据，优选的连续采集10秒ECG信号和PPG信号；
判断信号质量是否合格，对于判定不合格的重新进行采集数据；
对于判定合格的，进一步判断用户是否为儿童，若判断用户为儿童则选择使用模型A；
若判断用户不为儿童，进一步判断用户是否有高血压病史，以及判断用户性别；
对于有高血压病史成年男性选用模型B、对于有高血压病史成年女性选用模型C、对于无高血压病史成年男性选用模型D、对于无高血压病史成年女性选用模型E；
根据选定的模型进行计算，得到用户血压值。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种基于ECG和PPG信号的血压计算模型生成方法，其特征在于，包括：
依据用户属性设置若干分类子集；
针对各分类子集筛选数据采集的对象；
采集各对象静息状态下的血压值以及输入变量值，获得对应各分类子集的样本；
依据分类子集，利用预设的公式通式和样本分别回归获得对应各分类子集的回归系数，得到若干分别对应分类子集的计算模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户属性包括年龄、高血压病史和/或性别。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分类子集包括未成年人和成年人。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成年人分类子集进一步包括有高血压病史成年人和无高血压病史成年人。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有高血压病史成年人分类子集进一步包括有高血压病史成年男性和有高血压病史成年女性；所述无高血压病史成年人分类子集进一步包括无高血压病史成年男性和无高血压病史成年女性。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对应分类子集的各计算模型均遵循式I所示公式通式：
其中，z表示静息状态下的血压值，单位mmHg；l、Δt、h为输入变量值，l表示身高、单位米，Δt表示脉搏波从主动脉出发到达颈动脉和足背动脉处的总时间、单位秒，h表示心率、单位次/分钟，α,β,γ为回归系数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉搏波从主动脉出发到达颈动脉和足背动脉处的总时间Δt的测量方法包括：
分别采集对象的心电信号S0、颈动脉PPG信号S1和足背动脉PPG信号S2；
在心电信号S0图形上任选一QRS波群波峰位置R1；
在颈动脉PPG信号S1图形上确定紧随R1后的脉搏波波峰位置P1，在足背动脉PPG信号S2图形上确定紧随R1后的脉搏波波峰位置P2；
通过式II计算获得Δt：
Δt＝P1+P2-2R1 式II。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对应各分类子集的样本的容量大于等于100。
9.一种血压测量系统，其特征在于，包括：
ECG采集模块，用于采集用户心电信号；
PPG采集模块，用于采集用户颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号；
波形显示模块，用以显示心电信号、颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号；
信号处理模块，用于对心电信号、颈动脉PPG信号和足背动脉PPG信号进行预处理；
血压计算模块，用于调用匹配的计算模型，计算得到用户血压值。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述ECG采集模块和PPG采集模块工作时的采样率相同。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述调用匹配的计算模型包括：
获取用户属性，所述用户属性包括年龄、高血压病史和性别；
通过用户年龄、高血压病史和性别确定匹配的模型，所述模型依据分类子集包括A未成年人、B有高血压病史成年男性、C有高血压病史成年女性、D无高血压病史成年男性和E无高血压病史成年女性。
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