CN115137319A - 一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法 - Google Patents

一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115137319A
CN115137319A CN202210762258.XA CN202210762258A CN115137319A CN 115137319 A CN115137319 A CN 115137319A CN 202210762258 A CN202210762258 A CN 202210762258A CN 115137319 A CN115137319 A CN 115137319A
Authority
CN
China
Prior art keywords
skin
time
blocking
pressurization
characteristic parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210762258.XA
Other languages
English (en)
Inventor
许杨
马祖长
汪忠昊
张小玉
王远
高理升
丁增辉
孙怡宁
杨先军
王辉
何子军
陈焱焱
王涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN202210762258.XA priority Critical patent/CN115137319A/zh
Publication of CN115137319A publication Critical patent/CN115137319A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/02007Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0048Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli
    • A61B5/0053Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli by applying pressure, e.g. compression, indentation, palpation, grasping, gauging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026Measuring blood flow
    • A61B5/0295Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/725Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/20ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/70ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for mining of medical data, e.g. analysing previous cases of other patients
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A61B2562/0238Optical sensor arrangements for performing transmission measurements on body tissue

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

本发明公开了一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法,所述检测方法包括使用加压阻断后皮肤反应性充血方法,结合PPG信号,通过阻断前、阻断中、阻断后三段时间内的测量来进行皮肤微血管内皮功能的评估。所述设备包括信息采集控制模块,袖带,传感器模块和上位机模块五个部分,通过进行加压阻断后皮肤反应性充血,提取加压阻断后皮肤反应性充血的特征参数,同AC信号特征和生理特征共同输入模型进行计算分析,实现皮肤微血管内皮功能检测。该设备无创、便携、快速、准确度高、价格便宜且便于用户自测,有利于微血管内皮功能的大规模普筛。

Description

一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法
技术领域
本发明属于医疗器械领域,具体涉及一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法。
背景技术
微血管内皮功能是血管疾病的典型生物标记物。《中国2型糖尿病防治指南(2021)》指出,近30年来,我国糖尿病患病率显著增加。从1980年患病率0.67%到2017年18岁及以上患病率达到11.2%,其流行呈现城市化、老龄化等特点。糖尿病的典型并发症包括糖尿病的微血管病变,如糖尿病肾病、糖尿病足和糖尿病眼病等,而这些并发症都与微血管紧密相关。糖尿病足的血管病变以足部小血管、微血管为主,使足部的血液营养供应减少,继而使足部病变发生。糖尿病肾病血透患者,由于长期动静脉内瘘会导致的手部微循环障碍(即窃血综合征)。皮肤微血管内皮功能障碍是以微小血管松弛度减少为特征,该过程发生在血管结构改变之前。因此,早期评估糖尿病患者手部、足部微血管内皮功能,筛查微血管内皮功能障碍高风险人群,是预防糖尿病并发症,如糖尿病足最经济有效的手段。
光电容积脉搏波(PPG)是一种典型的非侵入式测量方法,它基于生物医学传感器技术,通过实时描记被测部位(指端、耳垂、手腕、足趾、足背等)的光吸量,获取外周微血管的血液容积随心脏搏动而产生的脉动性变化。该方法的基本原理是朗伯-比尔定律(Lamber-Beer Law)。通过LED传感器发射一定波长的光束照射到指端皮肤表面时,光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器(PD传感器),在此过程中由于受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用,PD传感器检测到的光强度将减弱。其中,皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的,记为PPG直流信号DC,而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化,记为PPG交流信号AC。当心脏收缩时外周血容量最多、光吸收量最大,检测到的光强度最小;而在心脏舒张时正好相反,检测到的光强度最大。目前,PPG技术以被广泛应用于评估血容量、动脉硬化或狭窄、糖尿病微血管病变及神经病变、皮肤微血管内皮功能障碍等。
关于内皮功能检测技术,已经有加压方法、温度测量方法、荧光信号方法等等专利:
中国发明专利CN109602401A公开一种微血管血流动力学参数分析仪及分析方法,采用毛细血管压检测和显微图像采集装置进行微血管动力学参数分析,然而该方法需要显微镜摄像头,多袖带多控制器同时测量,且仅对血管流量和血管密度等参数进行分析,微血管内皮功能相关信息并无涉及。
中国发明专利CN103561639B提供一种评估血管内皮功能的方法和系统,通过监测来自受试者上肢的皮肤组织细胞的NADH荧光信号强度作为时间的函数,通过阻塞和释放所述受试者的同一上肢内的血流造成反应性充血,评估人受试者的血管内皮功能。然而该方法的阻断时间不能根据受试者情况进行相应调节,且荧光信号强度噪声过多,不如PPG信号稳定。
中国发明专利CN104367301B提供一种血管内皮功能无创检测仪及其检测方法,通过采集人体被测部位发出的热能信息,将热能信息通过硬件电路转换成数字信号。观察整个上肢因血流改变引起的热态分布变化及温度升降的幅度变化,对血管内皮功能做出及时准确的检测。然而该设备包括了一台移动式控制操作车、双屏显示器和背景装置等,体积庞大,不易搬运,不具有普适性。
中国发明专利CN109770864B提供一种血管内皮功能检测装置、方法及存储介质,通过测量指尖温度的回弹时间来获知心血管事件风险等级,然而该方法使用温度作为标准,容易受环境温度影响,重复性差。且温度波形波动大,不清晰。
中国发明专利CN111202505A提供一种检测血管内皮功能设备及其使用方法,通过对比眼底图像中人体血管注射或服用药物前后的区别,然后评价血管内皮功能。该方法有创,需要注射药物,同时需要影像设备处理,不方便且对受试者伤害大。
中国发明专利CN113507883A提供一种血管内皮功能的评价装置、方法、血管内皮功能的评价系统,该方法使用袖带加压,同时测量脉搏振幅,进行血管内皮功能的评价。该方法加压操作繁琐,且不能一次性分析全部的脉波振幅。且使用耐波振幅作为血管内皮功能的衡量标准,没有PPG信号所包含的信息全面,且其也无法对微血管进行内皮功能评价。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供了一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法。通过加压阻断后皮肤反应性充血方法,能够客观测量微血管内皮功能,准确评估微循环功能障碍的风险大小。使用的PPG信号,波形相对稳定,且相比其他技术,PPG波形特征包含了丰富的血管血运、微循环、动静脉相关信息。通过结合PPG信号和加压阻断后皮肤反应性充血方法,本发明实现以小巧便捷的检测设备,代替了需要专业操作者的设备和体积庞大,不宜移动的设备。本发明的加压设备具备手动调节功能,能够根据被测者实际情况调整更合理的加压参数,获得更准确的测量结果,同时减少被测者的不适。提供的皮肤微血管内皮功能检测设备能够无创、快速、方便和准确地评估使用者的内皮功能及微循环状况,实现血管内皮功能的评价。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
一种皮肤微血管内皮功能检测设备,包括:信息采集控制模块,袖带,传感器模块和上位机模块;
所述的信息采集控制模块,包括MCU单元,加压控制单元,气泵,AFE单元,通信单元和电源单元;所述的MCU单元用于控制AFE单元、加压控制单元和通信单元;所述的加压控制单元,用于控制气泵进行袖带的充气加压;所述的气泵用于给袖带充气;所述的AFE单元,用于控制传感器模块的工作;所述的通信单元,用于信息采集控制模块和上位机模块的信息交互;所述的电源单元,用于向信息采集控制模块供电;
所述的袖带,配置为对被测者手臂或脚踝加压,实现手部或足部加压阻断后皮肤反应性充血;
所述的传感器模块,配置为感应被测部位的PPG信号,其包括发射传感器和接收传感器;所述的发射传感器选择配置红光、绿光或红外光三种发光二极管;所述的接收传感器支持可见光和红外光波段光信号;所述传感器模块的固定形式为钳夹、贴合或包覆方式;
所述的上位机模块,包括输入功能和显示功能,输入功能包括支持用户手动输入加压阻断后皮肤反应性充血加压的时间参数和一般健康数据,所述的一般健康数据至少包括年龄、性别、身高、BMI信息;所述显示功能包括显示被测量者基础信息、PPG信号和皮肤微血管内皮功能评估结果;所述上位机模块存储有训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型,并对接收到的PPG信号进行预处理和特征提取,在训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型中传入提取的特征参数和一般健康数据输入进行计算分析,将皮肤微血管内皮功能评估输出到显示界面进行展示。
进一步地,所述的加压阻断后皮肤反应性充血用于研究和评估微血管内皮舒张功能,包括阻断前时间t1、阻断中时间t2、阻断后时间t3三个时间阶段的测量。
进一步地,所述的PPG信号包括直流信号DC和交流信号AC。
进一步地,所述的通信单元为USB或蓝牙两种工作模式。
进一步地,所述的袖带为大、中、小三种尺寸,以支持不同体型的人群。
进一步地,所述的传感器模块采用反射式和透射式两种工作模式。
进一步地,所述的上位机模块对PPG信号进行预处理,包括:对所述被测部位的PPG信号进行滤波、降噪、归一化、去除基线漂移和检波处理;所述的上位机模块对交流信号AC的特征参数进行提取,以及对加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数进行提取。
进一步地,所述的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型通过如下方法构建:
1)获取被测部位PPG信号,采用时/频域方法、提取交流信号AC的特征参数;
2)获取被测部位加压阻断后皮肤反应性充血曲线,采用时/频域分析方法提取加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数;
3)获取一般健康数据,包括年龄、性别、身高、体重、BMI;
4)根据临床诊断意见设置皮肤微血管内皮功能障碍风险等级标签;
5)以交流信号AC的特征参数、加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数、一般健康数据为输入,以皮肤微血管内皮功能障碍风险等级标签为输出,采用机器学习方法,构建皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型。
进一步地,所述的交流信号AC的特征参数包括:
脉动周期T,即一次完整脉动时间;
脉率HR,即容积脉搏波一分钟内周期性脉动次数;
峰值时间CT,即心肌收缩至速度最大值时间;
峰值比CTR,即心肌收缩至速度最大值所用时间,占整个脉动周期的时间比值;
峰-峰值时间PPT,即主波波峰与重搏波波峰或拐点时间差;
硬度指数SI,身高除以PPT,即反映脉搏波传导速度。
进一步地,所述的加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数包括:
峰值血流FZ,即在加压阻断后皮肤反应性充血反应期间观察到的最高流量值;
潜伏时间QF,当血流信号在阻断结束后开始上升并高于生物零点的时刻;
恢复时间HF,TL后血流恢复到静息血流值的时间;
达峰时间DF,即TL后到达血流峰值的时间;
充血后半衰期BS,即从血流峰值到恢复到1/2静息血流值的时间;
阻断面积ZD,即阻断曲线下面积;
充血面积CX,即充血曲线下面积;
充血补偿CX/ZD,即充血面积/阻塞面积。
本发明还提供一种皮肤微血管内皮功能检测设备的检测方法,检测步骤如下:
将传感器模块固定在被测部位,所述被测部位包括手指部位;将袖带佩戴在上臂肱动脉部位;由上位机模块发送启动指令,启动数据采集;待PPG信号稳定后,将PPG信号中的交流信号AC上传至上位机模块并保存;启动加压阻断后皮肤反应性充血测试流程,记录加压阻断后皮肤反应性充血曲线,并上传至上位机模块显示并保存;上位机模块根据波形处理算法,分别提取交流信号AC的特征参数、加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数,并将上述特征参数输入皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型进行计算;显示皮肤微血管内皮功能障碍风险等级大小。
与现有技术相比,本发明有益效果体现在:
本发明提出了一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法。采用无创、便携的PPG技术,通过加压阻断后反应充血方法,获取皮肤微循环内皮功能的特征参数,实现快速、稳定、准确、直观的内皮功能障碍风险等级评估;通过构建机器学习模型分析PPG信号特征和生理特征,模型能够自动学习信号中的各类特征,无需人工分析,且无需专业医师操作,消除操作人员偏差。该设备配置多种测量模式和光学传感器,适合多个部位检测评估,具有很好的适应性、重复性和稳定性,且设备测量成本低、体积小、便于携带,有利于大规模普筛。
附图说明
图1为本发明皮肤微血管内皮功能检测设备系统框图;
图2为本发明加压阻断后皮肤反应性充血曲线示意图;
图3为本发明皮肤微血管内皮功能检测设备数据采集流程图;
图4为本发明传感器模块的钳夹方式固定示意图;
图5为本发明实施例中基于PPG信号和一般健康数据的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型的构建流程图;
图6为本发明PPG原始信号预处理的流程图;
图7a为加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数示意图;
图7b为交流信号AC的特征参数示意图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清晰,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明,本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
为了更加准确和实时的对皮肤微血管内皮功能障碍做出早期筛查,本发明提出一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法。
根据本实施例,提供一种皮肤微血管内皮功能检测设备,如图1所示,其包括信息采集控制模块110,袖带120,传感器模块130和上位机模块140。
所述皮肤微血管内皮功能障碍设备中,信息采集控制模块110包括MCU单元111,加压控制单元112,气泵113,AFE单元114,通信单元115和电源单元116。MCU单元111配置为通过信号传输方式控制AFE单元114、加压控制单元112和通信单元115。
具体的,加压控制单元112用于控制气泵113进行袖带120的充气加压。其具备加压阻断后皮肤反应性充血功能,且具备自定义时间调节功能,调节参数如图2所示:阻断前时间t1,阻断中时间t2,阻断后时间t3。参数输入由上位机模块140进行手动输入,具体控制由上位机模块140传输参数至信息采集控制模块110,信息采集控制模块110中MCU单元111对加压控制单元112进行对应控制。
具体的,AFE单元114为光学集成前端,用于控制传感器模块130的工作。AFE单元包括发光二极管LED驱动131和光电二极管PD驱动132,分别控制传感器模块130中的LED和PD。
具体的,通信单元115用于信息采集控制模块110和上位机模块140的信息交互,作为两者的传输通道,可以采用USB或蓝牙两种工作模式进行工作。
具体的,电源单元116用于向信息采集控制模块110供电。
如图3所示,本发明的皮肤微血管内皮功能检测设备的工作流程具体包括以下步骤:
步骤S101、上位机模块140控制开始后,MCU单元111发送开始数据采集信号。
步骤S102、PPG信号采集启动。
步骤S103、当启动时间T等于阻断前时间t1时,启动袖带120加压过程。
步骤S104、当启动时间T等于阻断前时间t1+阻断中时间t2时,袖带120压力释放。
步骤S105、当启动时间T等于阻断前时间t1+阻断中时间t2+阻断后时间t3时,PPG信号采集停止。
步骤S106、数据上传上位机模块140,保存结果。
皮肤微血管内皮功能检测设备中,袖带120被配置为对被测者手臂或脚踝加压,实现手部或足部加压阻断后皮肤反应性充血;袖带120可选择配置为大、中、小三种尺寸,以支持不同体型的人群。
皮肤微血管内皮功能检测设备中,传感器模块130配置为感应被测部位的PPG信号,包括发射传感器和接收传感器。传感器的固定形式包括但不限于如图4所示的钳夹、贴合、包覆等方式。
具体的,所述发射传感器可以是红光、绿光和红外光三种发光二极管。所述的接收传感器支持可见光和红外光波段信号。
皮肤微血管内皮功能检测设备中,上位机模块140支持手动输入加压阻断后皮肤反应性充血加压的时间参数和一般健康数据,包括性别、年龄、身高、体重、BMI(Body MassIndex)等信息,并将这些信息储存。上位机模块140还可以被配置为显示用户血流障碍风险预测等信息,通过曲线、表格、文本、图片等多种形式显示预处理后的PPG波形、加压阻断后皮肤反应性充血曲线图、ABI、血流障碍风险等级以及血流障碍预防及改善建议等信息。上位机模块存储有训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型,并对接收到的手指PPG信号进行预处理和特征提取,在训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型中传入提取的特征和一般健康数据作为输入进行计算分析,将预测结果输出到显示界面进行展示。所述的PPG信号包括直流信号DC和交流信号AC。
具体的,上位机模块140计算分析的主要进行步骤如下:
(1)对采集到的原始PPG信号做预处理,包括滤波、降噪、归一化、去除基线漂移和检波;
(2)提取交流信号AC整体波形形态特征,提取预定义交流信号AC特征参数;提取加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数;
(3)接收操作人员通过人机交互界面输入的被测量者一般健康数据;
(4)将提取的交流信号AC特征参数、加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数,结合一般健康数据输入训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型;
(5)得到预测结果,并将预测结果进行显示。
如图5所示,根据本发明的实施例,所述上位机模块140的训练好的血流障碍风险评估模型是基于PPG信号和一般健康数据的构建得到的,具体包括以下步骤:
步骤S201、获取被测部位PPG信号,对PPG信号进行带通滤波、降噪、归一化、去除基线漂移和检波处理等预处理,提取交流信号AC,采用时/频域方法,提取交流信号AC特征参数。预处理步骤如图6所示,具体包括如下子步骤:
S2011、对原始PPG信号进行带通滤波。具体地,使用合适的滤波器对原始PPG信号进行滤波,例如,采用FIR(Finite Impulse Response)滤波器对原始PPG信号进行滤波处理。
S2012、利用小波去噪原理对信号进行降噪处理。
S2013、按照切割规则切割降噪后的PPG信号,得到单个波形。
S2014、将切割后的单个波形进行归一化操作,将波形归一化到同一范围内。
S2015、对所述的归一化后的PPG进行去除基线漂移和检波处理,以识别所述的PPG特征点。
步骤S202、获取被测部位加压阻断后皮肤反应性充血曲线,采用时/频域分析方法提取加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数;
步骤S201和S202的特征提取,包括:
(i)提取加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数,如图7a所示,加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数包括:
基线血流JX,即加压阻断后皮肤反应性充血前静息状态下的血流值;
峰值血流FZ,即在加压阻断后皮肤反应性充血反应期间观察到的最高流量值;
潜伏时间QF:当血流信号在阻断结束后开始上升并高于生物零点的时刻;
恢复时间HF:TL后血流恢复到静息血流值的时间;
达峰时间DF,即TL后到达血流峰值的时间;
充血后半衰期BS,即从血流峰值到恢复到1/2静息血流值的时间;
阻断面积ZD,即阻断曲线下面积;
充血面积CX,即充血曲线下面积;
充血补偿CX/ZD,即充血面积/阻塞面积。
接着选择足以包含至少两个心跳周期的固定大小的PPG信号间隔作为处理窗口,以预定时间间隔(至少两个心跳周期)截取出合格且完整的PPG信号,裁剪PPG信号作为输入特征;
(ii)将交流信号AC特征参数作为输入,具体包括交流信号AC波形特征参数如图7b所示,交流信号AC波形特征参数至少包括:
1)脉动周期T,即一次完整脉动时间;
2)脉率HR=60/T,即容积脉搏波一分钟内周期性脉动次数;
3)峰值时间CT,即心肌收缩至速度最大值时间;
4)峰值比CTR=CT/T,即心肌收缩至速度最大值所用时间占整个脉动周期的时间比值;
5)峰-峰值时间PPT,即主波波峰与重搏波波峰(或拐点)时间差;
6)硬度指数SI=H/PPT,即身高除以PPT。
步骤S203、获取一般健康数据,包括年龄、性别、身高、体重、BMI;
步骤S204、根据临床诊断意见,设置血流障碍风险等级。
步骤S205、模型训练及验证:将所提取的特征和一般健康数据作为输入,选取机器学习方法(Xgboost、DNN)作为分类方法,在PC端编写程序,结合血流障碍风险等级进行有监督分类学习,训练模型参数并在测试集上验证。其中分类结果的划分应与风险标签一致:正常、低危、中危、高危。
另外程序语言包括但不限于Python、Java、C#、C++等。
步骤S206、皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型移植:因为模型的训练过程花费时间长、计算量大,所以需要先进行模型训练,然后将训练好的模型移植到皮肤微血管内皮功能障碍检测设备的上位机模块。例如,采用Java、Python、C++等语言移植训练好的模型。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,包括:信息采集控制模块,袖带,传感器模块和上位机模块;
所述的信息采集控制模块,包括MCU单元,加压控制单元,气泵,AFE单元,通信单元和电源单元;所述的MCU单元用于控制AFE单元、加压控制单元和通信单元;所述的加压控制单元,用于控制气泵进行袖带的充气加压;所述的气泵用于给袖带充气;所述的AFE单元,用于控制传感器模块的工作;所述的通信单元,用于信息采集控制模块和上位机模块的信息交互;所述的电源单元,用于向信息采集控制模块供电;
所述的袖带,配置为对被测者手臂或脚踝加压,实现手部或足部加压阻断后皮肤反应性充血;
所述的传感器模块,配置为感应被测部位的PPG信号,其包括发射传感器和接收传感器;所述的发射传感器选择配置红光、绿光或红外光三种发光二极管;所述的接收传感器支持可见光和红外光波段光信号;所述传感器模块的固定形式为钳夹、贴合或包覆方式;
所述的上位机模块,包括输入功能和显示功能,输入功能包括支持用户手动输入加压阻断后皮肤反应性充血加压的时间参数和一般健康数据,所述的一般健康数据至少包括年龄、性别、身高、BMI信息;所述显示功能包括显示被测量者基础信息、PPG信号和皮肤微血管内皮功能评估结果;所述上位机模块存储有训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型,并对接收到的PPG信号进行预处理和特征提取,在训练好的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型中传入提取的特征参数和一般健康数据输入进行计算分析,将皮肤微血管内皮功能评估输出到显示界面进行展示。
2.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的加压阻断后皮肤反应性充血用于研究和评估微血管内皮舒张功能,包括阻断前时间t1、阻断中时间t2、阻断后时间t3三个时间阶段的测量。
3.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的PPG信号包括直流信号DC和交流信号AC。
4.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的通信单元为USB或蓝牙两种工作模式。
5.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的袖带为大、中、小三种尺寸,以支持不同体型的人群。
6.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的传感器模块采用反射式和透射式两种工作模式。
7.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的上位机模块对PPG信号进行预处理,包括:对所述被测部位的PPG信号进行滤波、降噪、归一化、去除基线漂移和检波处理;所述的上位机模块对交流信号AC的特征参数进行提取,以及对加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数进行提取。
8.根据权利要求1所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型通过如下方法构建:
1)获取被测部位PPG信号,采用时/频域方法、提取交流信号AC的特征参数;
2)获取被测部位加压阻断后皮肤反应性充血曲线,采用时/频域分析方法提取加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数;
3)获取一般健康数据,包括年龄、性别、身高、体重、BMI;
4)根据临床诊断意见设置皮肤微血管内皮功能障碍风险等级标签;
5)以交流信号AC的特征参数、加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数、一般健康数据为输入,以皮肤微血管内皮功能障碍风险等级标签为输出,采用机器学习方法,构建皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型。
9.根据权利要求7所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的交流信号AC的特征参数包括:
脉动周期T,即一次完整脉动时间;
脉率HR,即容积脉搏波一分钟内周期性脉动次数;
峰值时间CT,即心肌收缩至速度最大值时间;
峰值比CTR,即心肌收缩至速度最大值所用时间,占整个脉动周期的时间比值;
峰-峰值时间PPT,即主波波峰与重搏波波峰或拐点时间差;
硬度指数SI,身高除以PPT,即反映脉搏波传导速度。
10.根据权利要求7所述的皮肤微血管内皮功能检测设备,其特征在于,所述的加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数包括:
峰值血流FZ,即在加压阻断后皮肤反应性充血反应期间观察到的最高流量值;
潜伏时间QF,当血流信号在阻断结束后开始上升并高于生物零点的时刻;
恢复时间HF,TL后血流恢复到静息血流值的时间;
达峰时间DF,即TL后到达血流峰值的时间;
充血后半衰期BS,即从血流峰值到恢复到1/2静息血流值的时间;
阻断面积ZD,即阻断曲线下面积;
充血面积CX,即充血曲线下面积;
充血补偿CX/ZD,即充血面积/阻塞面积。
11.一种根据权利要求1-10之一所述的皮肤微血管内皮功能检测设备的检测方法,其特征在于,检测步骤如下:
1)将传感器模块固定在被测部位,所述被测部位包括手指部位;
2)将袖带佩戴在上臂肱动脉部位;
3)由上位机模块发送启动指令,启动数据采集;
4)待PPG信号稳定后,将PPG信号中的交流信号AC上传至上位机模块并保存;
5)启动加压阻断后皮肤反应性充血测试流程,记录加压阻断后皮肤反应性充血曲线,并上传至上位机模块显示并保存;
6)上位机模块根据波形处理算法,分别提取交流信号AC的特征参数、加压阻断后皮肤反应性充血曲线特征参数,并将上述特征参数输入皮肤微血管内皮功能障碍风险评估模型进行计算;
7)显示皮肤微血管内皮功能障碍风险等级大小。
CN202210762258.XA 2022-06-30 2022-06-30 一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法 Pending CN115137319A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210762258.XA CN115137319A (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210762258.XA CN115137319A (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115137319A true CN115137319A (zh) 2022-10-04

Family

ID=83410047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210762258.XA Pending CN115137319A (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115137319A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116687360A (zh) * 2023-07-28 2023-09-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于指标融合的血管内皮功能评估方法及系统
CN116831534A (zh) * 2023-08-23 2023-10-03 中国科学院合肥物质科学研究院 基于反应性充血的红外热成像糖尿病足风险评估系统
CN117045217A (zh) * 2023-10-13 2023-11-14 深圳市奋达智能技术有限公司 一种无袖带血压测量方法及其相关设备
CN117137465A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 深圳市奋达智能技术有限公司 一种血流动力参数测量方法及其相关设备

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116687360A (zh) * 2023-07-28 2023-09-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于指标融合的血管内皮功能评估方法及系统
CN116687360B (zh) * 2023-07-28 2023-10-24 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于指标融合的血管内皮功能评估方法及系统
CN116831534A (zh) * 2023-08-23 2023-10-03 中国科学院合肥物质科学研究院 基于反应性充血的红外热成像糖尿病足风险评估系统
CN117045217A (zh) * 2023-10-13 2023-11-14 深圳市奋达智能技术有限公司 一种无袖带血压测量方法及其相关设备
CN117045217B (zh) * 2023-10-13 2024-07-16 深圳市奋达智能技术有限公司 一种无袖带血压测量方法及其相关设备
CN117137465A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 深圳市奋达智能技术有限公司 一种血流动力参数测量方法及其相关设备
CN117137465B (zh) * 2023-11-01 2024-04-16 深圳市奋达智能技术有限公司 一种血流动力参数测量方法及其相关设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105877723B (zh) 无创连续血压测量装置
CN115137319A (zh) 一种皮肤微血管内皮功能检测设备及其检测方法
KR20210005644A (ko) 광체적변동기록 (ppg) 시그널에 기반하여 혈압 및 동맥 경직도를 추정하는 방법
JP3940150B2 (ja) カフレス電子血圧計
EP4225136A1 (en) Personal healthcare device
US20150088002A1 (en) Hydration monitoring
CN109310349A (zh) 舒张血压测量校准
US20060229517A1 (en) Apparatus and method for pulse detection
CN106901705A (zh) 一种无感知人体多生理参数采集装置及采集方法和应用
AU2004203059A1 (en) Apparatus and method for assessing peripheral circulation to evaluate a physiological condition
JP2008532719A (ja) 携帯診断装置
KR20120098365A (ko) 스트레스 분석 장치 및 방법
US20030032887A1 (en) Heartbeat synchronous information acquiring apparatus and pulse wave propagation velocity related information acquiring apparatus, blood pressure monitoring apparatus and preejection period measuring apparatus utilizing heartbeat synchronous information
KR20160113889A (ko) 생체 정보 검출 장치 및 방법
RU2701886C2 (ru) Система мониторинга частоты сердечных сокращений и способ определения состояния разогрева пользователя
US10595755B2 (en) System and method for monitoring glucose level
Yuan et al. Motion artefact minimization from photoplethysmography based non-invasive hemoglobin sensor based on an envelope filtering algorithm
WO2021124071A1 (en) Improved personal health data collection
WO2021240439A1 (en) Wearable device with plethysmogram sensor
CN205866733U (zh) 无创连续血压测量装置
CN116392091A (zh) 基于单通道指端ppg的连续动脉血压波形检测系统及设备
RU2268639C2 (ru) Способ пульсометрической оценки функционального состояния и характера вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы человека
WO2014030174A2 (en) Automated evaluation of arterial stiffness for a non-invasive screening
US20240215841A1 (en) Method and apparatus for hypertension classification
CN113171061B (zh) 一种无创血管功能评估方法、装置、设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination