CN115363553B - 一种糖尿病足检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种糖尿病足检测方法，属于糖尿病领域，通过输入体征参数、光电传感器采集足部血流数据、分析血流数据、三轴加速度传感器采集体动信号、分析体动信号、综合分析以及提醒就医等步骤，以低成本的方式实现居家糖尿病足病程监测，通过对足底血流动力学的测量，量化足底健康状态并予以适当干预，延缓病程进展。本发明还涉及一种实施上述糖尿病足检测方法的糖尿病足检测系统。
Description
技术领域
本发明涉及糖尿病足，尤其是涉及糖尿病足检测方法及系统。
背景技术
糖尿病足是糖尿病严重的并发症之一，目前我国糖尿病足呈现出治愈率提高、截肢率明显下降，但发病率却逐年升高的趋势。我国50岁以上的糖尿病患者中，糖尿病足的发病率高达8.1％。据估计，全球每20秒就有1位糖尿病患者因糖尿病足而截肢，糖尿病足截肢患者死亡率高达22％，溃疡患者年死亡率高达11％。
糖尿病足有如下症状：
间歇性跛行：行走时突然感到下肢疼痛难忍，以至不得不一瘸一拐地走路。主要是因为下肢缺血，致使肌肉血供不足所致。
足部畸形：患该病者，肢端会营养不良、肌肉会萎缩，屈肌跟伸肌的牵引张力平衡会失去正常，导致骨头下陷，趾间部位的关节弯曲，形成弓形足、鸡爪趾等足部畸形。
皮肤症状，患该病者下肢会因为缺血，发生营养不良，肌肉萎缩，导致皮肤干燥，弹力变差，皮温降低，色素沉着，下肢末端动脉的搏动变弱或消失。血管狭窄的地方，还可闻及杂音。此外，当患者病情严重的时候，患者还会出现坏疽症状。
由于这些症状缺乏家用医疗器械的监测，往往就医时为时已晚，为延缓疾病发展，及早发现糖尿病足并予以干预，是目前急需解决的问题。现有的智能鞋仅能提供足底压力检测，并不能进行关键血流动力学参数及行为模式监测，因此无法及早发现糖尿病足。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种通过血流动力学参数及行为模式监测，及早发现糖尿病足的检测方法。
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种通过血流动力学参数及行为模式监测，及早发现糖尿病足的检测系统。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种糖尿病足检测方法，包括以下步骤：
输入体征参数：向糖尿病足检测系统中输入人体的体征参数；
光电传感器采集足部血流数据：通过光电传感器采集足部的接触压力，由于接触压力差等于透壁压差，通过压力-体积转换公式 得到足部血容积波PPG，V是指定透壁压Ptransm对应的血容量，V0是零Ptransm对应的V值，Vmax是最大血容量；Cmax是零Ptransm时的最大顺应性；
分析血流数据：分析足部血容积波PPG评估血流灌注、足部血流速度、重灌注时间、心率变异性、血管健康程度等指标；
三轴加速度传感器采集体动信号：通过三轴加速度传感器得到足部的加速度；
分析体动信号：根据加速度信息判断步长、步速，活动时间，计算最大代谢能力；将末端加速度与体征参数中的体重结合，反推心脏跳动输出力；将加速度信息与血容积波PPG结合判断运动后血流动力学恢复能力及时间周期以及睡眠中心输出动力与末梢灌注的关联，计算血流阻力；
综合分析：根据分析血流数据以及体动信号得到的指标，结合体征参数，判别是否存在糖尿病足，如存在糖尿病足，则判断糖尿病足程度以及趋势；
提醒就医：当糖尿病足程度较高或者趋势控制不理想时，提醒用户就医。
进一步的，在所述输入体征参数步骤中，人体的体征参数包括年龄、身高、足部畸形、皮肤病症、体重以及服用药物。
进一步的，所述体征参数需要周期性更新。
进一步的，在所述分析血流数据步骤中，血流灌注通过脉搏搏动的平均幅值来评估，通过计算足部PPG幅值与心脏动力的比值，评估末梢循环受阻的程度。
进一步的，在所述分析血流数据步骤中，心脏搏动时，躯体随之微震，产生加速度尖峰；心脏输出血液流动至足部时，产生血压峰值；足部血流速度通过计算加速度尖峰与压力峰值的时间差，评估血流速度。
进一步的，在所述分析血流数据步骤中，重灌注时间为步行过程中，脚趾一直处于受压、放松交替状态，在受压时，血流受阻，放松时，血流重新灌注。
进一步的，在所述分析血流数据步骤中，心率变异性体现了自主神经功能，心率变异性计算方式为LF/HF，其中LF为0.04-0.15Hz的功率密度谱能量，HF为0.15-0.4Hz的功率密度谱能量。
进一步的，在所述分析血流数据步骤中，血管健康程度根据PPG加速度图谱评估，当PPG回弹受限时，意味着局部血管功能下降，弹性丧失，血流受限。
进一步的，所述糖尿病足检测方法还包括红外光理疗步骤，所述红外光理疗步骤为，当综合分析存在糖尿病足但糖尿病足程度不严重时，采用红外光对足底进行日常护理。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种糖尿病足检测系统，用以实施上述糖尿病足检测方法，所述糖尿病足检测系统包括光电传感器、三轴加速度传感器、处理器、输入装置以及提醒装置，所述光电传感器、所述三轴加速度传感器、所述输入装置以及所述提醒装置均与所述处理器通信连接，所述光电传感器采集足部血流数据，所述三轴加速度传感器采集体动信号，所述处理器分析所述足部血流数据以及所述体动信号，所述输入装置用于输入所述体征参数，当糖尿病足程度较高或者趋势控制不理想时，所述提醒装置提醒用户就医。
相比现有技术，本发明糖尿病足检测方法通过光电传感器采集足部血流数据，分析足部血容积波PPG评估血流灌注、足部血流速度、重灌注时间、心率变异性、血管健康程度等指标；通过三轴加速度传感器得到足部的加速度；根据加速度信息判断步长、步速，活动时间，计算最大代谢能力；将末端加速度与体征参数中的体重结合，反推心脏跳动输出力；将加速度信息与血容积波PPG结合判断运动后血流动力学恢复能力及时间周期以及睡眠中心输出动力与末梢灌注的关联，计算血流阻力；根据分析血流数据以及体动信号得到的指标，结合体征参数，判别是否存在糖尿病足，如存在糖尿病足，则判断糖尿病足程度以及趋势，以低成本的方式实现居家糖尿病足病程监测，通过对足底血流动力学的测量，量化足底健康状态并予以适当干预，延缓病程进展。
附图说明
图1为本发明糖尿病足检测方法的流程图；
图2为本发明糖尿病足检测方法使用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为本发明糖尿病足检测方法的流程图，本发明糖尿病足检测方法包括以下步骤：
输入体征参数：向糖尿病足检测系统中输入人体的体征参数；
光电传感器采集足部血流数据：通过光电传感器采集足部的接触压力，由于接触压力差等于透壁压差，通过压力-体积转换公式 得到足部血容积波PPG，V是指定透壁压Ptransm对应的血容量，V0是零Ptransm对应的V值，Vmax是最大血容量；Cmax是零Ptransm时的最大顺应性；
分析血流数据：分析足部血容积波PPG评估血流灌注、足部血流速度、重灌注时间、心率变异性、血管健康程度等指标；
三轴加速度传感器采集体动信号：通过三轴加速度传感器得到足部的加速度；
分析体动信号：根据加速度信息判断步长、步速，活动时间，计算最大代谢能力；将末端加速度与体征参数中的体重结合，反推心脏跳动输出力；将加速度信息与血容积波PPG结合判断运动后血流动力学恢复能力及时间周期以及睡眠中心输出动力与末梢灌注的关联，计算血流阻力；
综合分析：根据分析血流数据以及体动信号得到的指标，结合体征参数，判别是否存在糖尿病足，如存在糖尿病足，则判断糖尿病足程度以及趋势；
提醒就医：当糖尿病足程度较高或者趋势控制不理想时，提醒用户就医。
具体的，在输入体征参数步骤中，人体的体征参数包括年龄、身高、足部畸形、皮肤病症、体重以及服用药物等参数，因为上述参数不同，会影响人体的足底血流动力数据。在上述参数中，年龄、足部畸形、皮肤病症、体重以及服用药物会随时间变化而改变，因此需要周期性更新，以避免参数变化导致的误差。
光电传感器采集足部血流数据步骤中，如图2所示，光电传感器为LED光源及光电二极管，LED光源及光电二极管安装于脚底部，并且光电传感器采集的压力信息通过蓝牙发送到手机。光电传感器采集的压力信息通过压力-体积转换公式得到足部血容积波PPG，V是指定透壁压Ptransm对应的血容量，V0是零Ptransm对应的V值，Vmax是最大血容量；Cmax是零Ptransm时的最大顺应性。
分析足部血容积波PPG评估血流灌注具体为：血流灌注可以通过脉搏搏动的平均幅值来评估，通过计算足部PPG幅值与心脏动力的比值，可以评估末梢循环受阻的程度。之所以采用平均幅值，因为PPG搏动受到足部压力影响，在神经活动控制下，存在周期性的收缩和舒张，需要在较长时间段进行平均计算。压力可以由薄膜压力传感器得出，在对比PPG幅值的多时间尺度改变时，必须考虑压力的波动并予以纠正。
分析足部血容积波PPG评估足部血流速度具体为：心脏搏动时，躯体随之微震，产生加速度尖峰，可由足部传感器监测到，心脏输出血液流动至足部时，产生血压峰值，通过计算加速度尖峰与压力峰值的时间差，可以评估血流速度。
分析足部血容积波PPG评估重灌注时间具体为：步行过程中，脚趾一直处于受压、放松交替状态，在受压时，血流受阻，放松时，血流重新灌注。重灌注时间反映了血管弹性和血管壁压力受体的灵敏度。
分析足部血容积波PPG评估心率变异性具体为：心率变异性体现了自主神经功能。通常计算方式为LF/HF，其中LF为0.04-0.15Hz的功率密度谱能量，HF为0.15-0.4Hz的功率密度谱能量。
分析足部血容积波PPG评估血管健康程度具体为：可参考PPG加速度图谱，当PPG回弹受限时，意味着局部血管功能下降，弹性丧失，血流受限。
本发明中，PPG主要用于评估足部血流灌注、血流速度、肢端血压及神经功能。与激光多普勒相比，PPG对足部血流的测量和激光多普勒具有较好的相关性，对末梢血管阻力能够较为准确的判别，对自主神经损伤具备预警能力。
三轴加速度传感器采集体动信号主要用于评估步态，协助评估血流速度。
三轴加速度传感器可根据加速度信息判断步长、步速，活动时间，计算最大代谢能力。三轴加速度传感器采集的足部加速度为末端加速度，末端加速度与体重结合，可反推心脏跳动输出力。
加速度与PPG结合，能够产出有关联的综合参数，如：
运动后血流动力学恢复能力及时间周期；
睡眠中心输出动力与末梢灌注的关联，计算血流阻力；
体态变换时，PPG的响应速度，计算血管内压力感受器的敏感度。
以上参数均与糖尿病足相关，并参与糖尿病足判别流程。
糖尿病足检测方法还包括红外光理疗步骤，红外光理疗步骤具体为，当综合分析存在糖尿病足但糖尿病足程度不严重时，采用红外光对足底进行日常护理，以防止感染及缺血，保证血流通畅为主，因此需要监测足底血流，日常予以低剂量防护。红外光有良好的抗炎，促进循环功能，因此，可通过低剂量红外织物光源，对足底进行日常护理。
本发明可以以低成本的方式实现居家糖尿病足病程监测，通过对足底血流动力学的测量，量化足底健康状态并予以适当干预，延缓病程进展。
本发明还涉及一种糖尿病足检测系统，用以实施上述糖尿病足检测方法，糖尿病足检测系统包括光电传感器、三轴加速度传感器、处理器、输入装置以及提醒装置，光电传感器、三轴加速度传感器、输入装置以及提醒装置均与处理器通信连接，光电传感器采集足部血流数据，三轴加速度传感器采集体动信号，处理器分析足部血流数据以及体动信号，输入装置用于输入体征参数，当糖尿病足程度较高或者趋势控制不理想时，提醒装置提醒用户就医。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种糖尿病足检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
输入体征参数：向糖尿病足检测系统中输入人体的体征参数；
光电传感器采集足部血流数据：通过光电传感器采集足部的接触压力，由于接触压力差等于透壁压差，通过压力-体积转换公式 得到足部血容积波PPG，V是指定透壁压Ptransm对应的血容量，V0是Ptransm＝0对应的V值，Vmax是最大血容量；Cmax是Ptransm=0时的最大顺应性；
分析血流数据：分析足部血容积波PPG评估血流灌注、足部血流速度、重灌注时间、心率变异性、血管健康程度等指标，人体步行过程中，脚趾一直处于受压、放松交替状态，在受压时，血流受阻，放松时，血流重新灌注，所述重灌注时间为从受压状态结束到放松状态血流重新灌注至正常水平的时间，所述血管健康程度根据PPG加速度图谱评估，当PPG回弹受限时，意味着局部血管功能下降，弹性丧失，血流受限；心率变异性指标为LF/HF；
三轴加速度传感器采集体动信号：通过三轴加速度传感器得到足部的加速度；
分析体动信号：根据加速度信息判断步长、步速、活动时间，计算最大代谢能力；将末端加速度与体征参数中的体重结合，反推心脏跳动输出力；将加速度信息与血容积波PPG结合判断运动后血流动力学恢复能力及时间周期以及睡眠中心输出动力与末梢灌注的关联，计算血流阻力；
综合分析：根据分析血流数据以及体动信号得到的指标，结合体征参数，判别是否存在糖尿病足，如存在糖尿病足，则判断糖尿病足程度以及趋势；
提醒就医：当糖尿病足程度较高或者趋势控制不理想时，提醒用户就医。
2.根据权利要求1所述的糖尿病足检测方法，其特征在于：在所述输入体征参数步骤中，人体的体征参数包括年龄、身高、足部畸形、皮肤病症、体重以及服用药物。
3.根据权利要求1所述的糖尿病足检测方法，其特征在于：所述体征参数需要周期性更新。
4.根据权利要求1所述的糖尿病足检测方法，其特征在于：在所述分析血流数据步骤中，血流灌注通过脉搏搏动的平均幅值来评估，通过计算足部PPG幅值与心脏动力的比值，评估末梢循环受阻的程度。
5.根据权利要求1所述的糖尿病足检测方法，其特征在于：在所述分析血流数据步骤中，心脏搏动时，躯体随之微震，产生加速度尖峰；心脏输出血液流动至足部时，产生血压峰值；足部血流速度通过计算加速度尖峰与压力峰值的时间差，评估血流速度。
6.根据权利要求1所述的糖尿病足检测方法，其特征在于：在所述分析血流数据步骤中，心率变异性体现了自主神经功能，LF为0.04-0.15Hz的功率密度谱能量，HF为0.15-0.4Hz的功率密度谱能量。
7.根据权利要求1所述的糖尿病足检测方法，其特征在于：所述糖尿病足检测方法还包括红外光理疗步骤，所述红外光理疗步骤为，当综合分析存在糖尿病足但糖尿病足程度不严重时，采用红外光对足底进行日常护理。
8.一种糖尿病足检测系统，用以实施如权利要求1-7任意一项所述的糖尿病足检测方法，其特征在于，所述糖尿病足检测系统包括光电传感器、三轴加速度传感器、处理器、输入装置以及提醒装置，所述光电传感器、所述三轴加速度传感器、所述输入装置以及所述提醒装置均与所述处理器通信连接，所述光电传感器采集足部血流数据，所述三轴加速度传感器采集体动信号，所述处理器分析所述足部血流数据以及所述体动信号，所述输入装置用于输入所述体征参数，当糖尿病足程度较高或者趋势控制不理想时，所述提醒装置提醒用户就医。
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