CN115998276A - 一种脉搏波传导速度采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉搏波传导速度采集装置及方法，涉及生理信号检测技术领域，其中，信号处理模块和控制单元均设置于外壳内；信号采集模块在被测者处于测试姿势时采集被测者的手部生理信号和被测部位生理信号；信号处理模块根据手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；控制单根据脉搏信号和心电信号，确定被测者的脉搏波传导速度。本发明通过将信号处理模块和控制单元设置于中空杆状结构的外壳内，并将第一信号采集模块和第二信号采集模块设置于中空杆状结构的外壳外壁，使得脉搏波传导速度采集装置具有便携、体积小、制作成本低和操作简单的优点。

Description

一种脉搏波传导速度采集装置及方法

技术领域

本发明涉及生理信号检测技术领域，特别是涉及一种脉搏波传导速度采集装置及方法。

背景技术

心血管疾病是威胁人类生命健康的主要疾病之一，具有突发性和高危险性。而动脉硬化病变是多种心血管疾病的病理生理基础，及时准确地监测动脉硬化是预防和治疗心血管疾病的有效方法，其中以脉搏波传导速度为代表的无创动脉功能检测手段逐渐发展，用于反映主动脉僵硬度及预测心脑血管事件。

但目前基于脉搏波传导速度的动脉硬化检测设备作为医疗器械仅用于医疗场所，设备体积较大、价格昂贵且操作复杂，不适用于家庭或者个人的日常检测，不利于非医务工作者的日常脉搏波传导速度监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉搏波传导速度采集装置及方法，脉搏波传导速度采集装置具有便携、体积小、制作成本低和操作简单的优点，能够使非医务工作者完成脉搏波传导速度检测，降低脉搏波传导速度采集者的专业程度要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种脉搏波传导速度采集装置，包括：外壳、第一信号采集模块、第二信号采集模块、信号处理模块和控制单元；

所述外壳为中空杆状结构；所述信号处理模块和所述控制单元均设置于所述外壳内；所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块均与所述信号处理模块连接；所述信号处理模块与所述控制单元连接；

所述第一信号采集模块设置于所述外壳的外壁上；所述第二信号采集模块设置于所述外壳一端的外壁上；

所述第一信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的手部生理信号；

所述第二信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的被测部位生理信号；

所述测试姿势为被测者手握所述外壳使所述外壳的测试端与被测部位接触；所述测试端为所述外壳上设置有所述第二信号采集模块的一端；被测者处于测试姿势时，第一信号采集模块与被测者的手部接触，第二信号采集模块与被测者的被测部位接触；

所述信号处理模块用于根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；

所述控制单元用于根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。

可选的，所述信号处理模块包括：心电信号采集单元和脉搏波信号采集单元；

所述心电信号采集单元分别与所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块连接；所述心电信号采集单元用于根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的手部到被测部位的心电信号；

所述脉搏波信号采集单元分别与所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块连接；所述脉搏波信号采集单元用于根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号。

可选的，所述第二信号采集模块的结构与第一信号采集模块相同；

所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块均包括：心电电极、脉搏波传感器、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管和第四发光二极管；

所述第一信号采集模块中的脉搏波传感器和所述第二信号采集模块中的脉搏波传感器均与脉搏波信号采集单元连接；在被测者处于测试姿势时，所述第一信号采集模块中的脉搏波传感器、所述第二信号采集模块中的脉搏波传感器、被测者和脉搏波信号采集单元形成通路，脉搏波信号采集单元确定被测者的脉搏信号；

所述第一信号采集模块中的第一发光二极管、所述第一信号采集模块中的第三发光二极管、所述第二信号采集模块中的第一发光二极管和所述第二信号采集模块中的第三发光二极管均与所述心电信号采集单元连接；所述第一信号采集模块中的第一发光二极管和所述第一信号采集模块中的第三发光二极管连接；所述第二信号采集模块中的第一发光二极管和所述第二信号采集模块中的第三发光二极管连接；

在被测者处于测试姿势时，所述第一信号采集模块中的第一发光二极管、所述第一信号采集模块中的第三发光二极管、被测者、所述第二信号采集模块中的第一发光二极管、所述第二信号采集模块中的第三发光二极管和所述心电信号采集单元形成通路，心电信号采集单元确定被测者的心电信号。

可选的，心电电极为环形干电极；

脉搏波传感器为圆形光敏二极管；

在同一信号采集模块中，所述心电电极与所述脉搏波传感器同心设置；所述信号采集模块为第一信号采集模块或第二信号采集模块；

在同一信号采集模块中，所述第一发光二极管、所述第二发光二极管、所述第三发光二极管和所述第四发光二极管间隔设置于所述脉搏波传感器的外环。

可选的，所述装置还包括：无线传输单元；

所述无线传输单元设置于所述外壳内；所述无线传输单元与所述控制单元连接；所述无线传输单元还与终端设备连接；

所述无线传输单元用于将被测者的脉搏波传导速度传输至终端设备。

可选的，所述无线传输单元通过蓝牙、WIFI(无线网，Wireless Fidelity)或Zigbee(紫蜂协议)的方式与终端设备进行与无线通讯。

可选的，所述终端设备为上位机或手机。

可选的，所述装置还包括：电源模块；

所述电源模块分别与所述第一信号采集模块、所述第二信号采集模块、所述信号处理模块和所述控制单元连接。

一种脉搏波传导速度采集方法，所述方法应用于所述的一种脉搏波传导速度采集装置，所述方法包括：

获取被测者处于测试姿势时的手部生理信号；

获取被测者处于测试姿势时的被测部位生理信号；

根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；

根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种脉搏波传导速度采集装置及方法，装置包括：外壳、第一信号采集模块和第二信号采集模块、信号处理模块和控制单元；外壳为中空杆状结构；信号处理模块和控制单元均设置于外壳内；第一信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的手部生理信号；第二信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的被测部位生理信号；信号处理模块用于根据手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；控制单元用于根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。本发明通过将信号处理模块和控制单元设置于中空杆状结构的外壳内，并将第一信号采集模块和第二信号采集模块设置于中空杆状结构的外壳外壁，使得脉搏波传导速度采集装置具有便携、体积小、制作成本低和操作简单的优点，能够使非医务工作者完成脉搏波传导速度检测，降低脉搏波传导速度采集者的专业程度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中脉搏波传导速度采集装置结构示意图；

图2为本发明实施例1中第一信号采集模块结构示意图；

图3为本发明实施例1中第二信号采集模块结构示意图；

图4为本发明实施例1中脉搏波传导速度采集装置结构简化图；

图5为本发明实施例1中被测者测试姿势示意图；

图6为本发明实施例1中被测部位举例示意图；

图7为本发明实施例1中脉搏波传导速度采集装置模块连接图；

附图标记说明：1-电源模块；2-心电信号采集单元；3-信号采集模块；4-脉搏波信号采集单元；5-控制单元；6-无线传输单元；7-终端设备；8-外壳；9-第一发光二极管；10-心电电极；11-第二发光二极管；12-第三发光二极管；13-脉搏波传感器；14-第四发光二极管；15-测试端；16-电路板。

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。

本发明的目的是提供一种脉搏波传导速度采集装置及方法，脉搏波传导速度采集装置具有便携、体积小、制作成本低和操作简单的优点，能够使非医务工作者完成脉搏波传导速度检测，降低脉搏波传导速度采集者的专业程度要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1和图4所示，本实施例提供了一种脉搏波传导速度采集装置，包括：外壳8、信号采集模块3(包括第一信号采集模块和第二信号采集模块)、信号处理模块和控制单元5；外壳为中空杆状结构；信号处理模块和控制单元均设置于外壳内；第一信号采集模块和第二信号采集模块均与信号处理模块连接；信号处理模块与控制单元连接；第一信号采集模块设置于外壳的外壁上；第二信号采集模块设置于外壳一端的外壁上；第一信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的手部生理信号；第二信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的被测部位(如图6)生理信号；如图5，测试姿势为被测者手握外壳使外壳的测试端与被测部位接触；测试端15为外壳上设置有第二信号采集模块的一端；被测者处于测试姿势时，第一信号采集模块与被测者的手部接触，第二信号采集模块与被测者的被测部位接触；信号处理模块用于根据手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；控制单元用于根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。

具体的，信号处理模块包括：心电信号采集单元2和脉搏波信号采集单元4；心电信号采集单元2分别与第一信号采集模块和第二信号采集模块连接；心电信号采集单元2用于根据手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的手部到被测部位的心电信号；心电信号采集单元2的心电采集芯片的两个引脚相连，通过人体构成回路采集到人体的心电信号，心电采集芯片可以但不限于德州仪器公司生产的型号为ADS1292的芯片。脉搏波信号采集单元4分别与第一信号采集模块和第二信号采集模块连接；脉搏波信号采集单元4用于根据手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号。

其中，如图2、图3和图7，第二信号采集模块的结构与第一信号采集模块相同；第一信号采集模块和第二信号采集模块均包括：心电电极10、脉搏波传感器13、第一发光二极管9、第二发光二极管11、第三发光二极管12和第四发光二极管14。第一信号采集模块中的脉搏波传感器和第二信号采集模块中的脉搏波传感器均与脉搏波信号采集单元连接；在被测者处于测试姿势时，第一信号采集模块中的脉搏波传感器、第二信号采集模块中的脉搏波传感器、被测者和脉搏波信号采集单元形成通路，脉搏波信号采集单元确定被测者的脉搏信号；第一信号采集模块中的第一发光二极管、第一信号采集模块中的第三发光二极管、第二信号采集模块中的第一发光二极管和第二信号采集模块中的第三发光二极管均与心电信号采集单元连接；第一信号采集模块中的第一发光二极管和第一信号采集模块中的第三发光二极管连接；第二信号采集模块中的第一发光二极管和第二信号采集模块中的第三发光二极管连接；在被测者处于测试姿势时，第一信号采集模块中的第一发光二极管、第一信号采集模块中的第三发光二极管、被测者、第二信号采集模块中的第一发光二极管、第二信号采集模块中的第三发光二极管和心电信号采集单元形成通路，心电信号采集单元确定被测者的心电信号。

具体的，心电电极为环形干电极；脉搏波传感器为圆形光敏二极管；在同一信号采集模块中，心电电极与脉搏波传感器同心设置；信号采集模块为第一信号采集模块或第二信号采集模块；在同一信号采集模块中，第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管和第四发光二极管间隔设置于脉搏波传感器的外环。

第一信号采集模块的心电电极与第二信号采集模块的心电电极共同形成同一回路，并由心电采集单元控制，用以采集人体的心电图(ECG)信号；第一发光二极管和第二发光二极管相互串联，并发出红光，第三发光二极管和第四发光二极管相互串联，并发出红外光，两种个光线均由脉搏波信号采集单元控制，交替闪烁，同时脉搏波传感器则接收人体反射回来的红光与红外光，用以采集人体的光电容积描记法(PPG)信号。第一信号采集模块的四个发光二极管向测试者手部皮肤发出穿透光，同时脉搏波传感器接收反射光，传感器的正负引脚分别与脉搏波信号采集单元的脉搏波采集芯片的两个引脚相连，通过脉搏波传感器的电流变化大小转变成脉搏波信号，脉搏波传感器可以但不仅限于德州仪器公司生产的型号为AFE4490的芯片。第二信号采集模块原理与第一信号采集模块相同。

此外，本实施例提供的一种脉搏波传导速度采集装置，还包括：无线传输单元6和电源模块1；无线传输单元设置于外壳内；无线传输单元与控制单元连接；无线传输单元还与终端设备连接；无线传输单元用于将被测者的脉搏波传导速度传输至终端设备7。无线传输单元通过蓝牙、WIFI或Zigbee的方式与终端设备进行与无线通讯。终端设备为上位机或手机。(图1中以终端设备为上位机为例)。电源模块分别与第一信号采集模块、第二信号采集模块、信号处理模块和控制单元连接。具体的，外壳为绝缘材料。外壳内部形成空间；控制单元、心电信号采集单元、脉搏波信号采集单元、无线传输单元设置在电路板16上；电路板16设置于在所述外壳内。

本发明提供的脉搏波传导速度采集装置，通过笔杆式的采集设备能够采集到指尖到身体任何部位的心电数据和脉搏波数据，并根据实际两点测试位置的距离换算出脉搏波传导速度，实现了任意局部动脉的脉搏波传导速度的测量，满足了用户随时随地的使用需求，解决了当前其它脉搏波传导速度采集设备体积较大、价格昂贵、操作相对复杂，不适用于家庭或者个人的日常检测，对于慢性疾病的长期监测以及非疾病人群的检测存在困难的问题。

实施例2

本实施例提供了一种脉搏波传导速度采集方法，所述方法应用于实施例1所述的一种脉搏波传导速度采集装置，方法包括：获取被测者处于测试姿势时的手部生理信号；获取被测者处于测试姿势时的被测部位生理信号；根据手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。具体的，使用者任意一只手握住笔身，保持手部皮肤与笔身的第一信号采集模块直接接触；移动设备，将笔头对准身体任意被测位置，并使笔头的第二信号采集模块与被测位置皮肤接触；心电信号采集单元和脉搏波信号采集单元对2个生理信号采集模块传递的原始心电信号和脉搏波信号进行采集，经控制单元转换为心电数据和脉搏波数据，并根据所测身体位置与握笔手指的相对距离计算出脉搏波传导速度，最后通过无线传输单元将脉搏波传导速度数据传送给外部的终端设备。

脉搏波传导速度的计算方式如下：

T_PPG_Peak_Hand-T_ECG_Peak＝ΔT_hand_ecg；

T_PPG_Peak_Other-T_ECG_Peak＝ΔT_other_ecg；

ΔT_other_ecg-ΔT_hand_ecg＝PWTT_hand_other；

S_hand_other/PWTT_hand_other＝PWV_hand_other；

其中，T_PPG_Peak_Hand表示通过第一信号采集模块测得的手部光电脉搏波信号峰值时间点；T_PPG_Peak_Other表示通过第二信号采集模块测得的其它位置光电脉搏波信号峰值时间点；T_ECG_Peak表示采集到的心电信号R峰时间点；ΔT_hand_ecg表示手部光电脉搏波信号峰值时间点与心电信号R峰时间点的时间差；ΔT_other_ecg表示其它位置光电脉搏波信号峰值时间点与心电信号R峰时间点的时间差；PWTT_hand_other表示手部与其它位置之间的脉搏波传导时间；S_hand_other表示手部与其它位置之间的相对距离；PWV_hand_other表示手部与其它位置之间的脉搏波传导速度。

实施例3

本实施例提供了一种脉搏波传导速度采集方法，与实施例2不同之处在于，本实施例中脉搏波传导速度的计算方式如下：

T_PPG_Peak_Other-T_PPG_Peak_Hand＝PWTT_hand_other；

S_hand_other/PWTT_hand_other＝PWV_hand_other。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，包括：外壳、第一信号采集模块、第二信号采集模块、信号处理模块和控制单元；

所述外壳为中空杆状结构；所述信号处理模块和所述控制单元均设置于所述外壳内；所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块均与所述信号处理模块连接；所述信号处理模块与所述控制单元连接；

所述第一信号采集模块设置于所述外壳的外壁上；所述第二信号采集模块设置于所述外壳一端的外壁上；

所述第一信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的手部生理信号；

所述第二信号采集模块用于在被测者处于测试姿势时采集被测者的被测部位生理信号；

所述测试姿势为被测者手握所述外壳使所述外壳的测试端与被测部位接触；所述测试端为所述外壳上设置有所述第二信号采集模块的一端；被测者处于测试姿势时，第一信号采集模块与被测者的手部接触，第二信号采集模块与被测者的被测部位接触；

所述信号处理模块用于根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；

所述控制单元用于根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。

2.根据权利要求1所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：心电信号采集单元和脉搏波信号采集单元；

所述心电信号采集单元分别与所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块连接；所述心电信号采集单元用于根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的手部到被测部位的心电信号；

所述脉搏波信号采集单元分别与所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块连接；所述脉搏波信号采集单元用于根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号。

3.根据权利要求2所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，所述第二信号采集模块的结构与第一信号采集模块相同；

所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块均包括：心电电极、脉搏波传感器、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管和第四发光二极管；

所述第一信号采集模块中的脉搏波传感器和所述第二信号采集模块中的脉搏波传感器均与脉搏波信号采集单元连接；在被测者处于测试姿势时，所述第一信号采集模块中的脉搏波传感器、所述第二信号采集模块中的脉搏波传感器、被测者和脉搏波信号采集单元形成通路，脉搏波信号采集单元确定被测者的脉搏信号；

所述第一信号采集模块中的第一发光二极管、所述第一信号采集模块中的第三发光二极管、所述第二信号采集模块中的第一发光二极管和所述第二信号采集模块中的第三发光二极管均与所述心电信号采集单元连接；所述第一信号采集模块中的第一发光二极管和所述第一信号采集模块中的第三发光二极管连接；所述第二信号采集模块中的第一发光二极管和所述第二信号采集模块中的第三发光二极管连接；

在被测者处于测试姿势时，所述第一信号采集模块中的第一发光二极管、所述第一信号采集模块中的第三发光二极管、被测者、所述第二信号采集模块中的第一发光二极管、所述第二信号采集模块中的第三发光二极管和所述心电信号采集单元形成通路，心电信号采集单元确定被测者的心电信号。

4.根据权利要求3所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，心电电极为环形干电极；

脉搏波传感器为圆形光敏二极管；

在同一信号采集模块中，所述心电电极与所述脉搏波传感器同心设置；所述信号采集模块为第一信号采集模块或第二信号采集模块；

在同一信号采集模块中，所述第一发光二极管、所述第二发光二极管、所述第三发光二极管和所述第四发光二极管间隔设置于所述脉搏波传感器的外环。

5.根据权利要求1所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，所述装置还包括：无线传输单元；

所述无线传输单元设置于所述外壳内；所述无线传输单元与所述控制单元连接；所述无线传输单元还与终端设备连接；

所述无线传输单元用于将被测者的脉搏波传导速度传输至终端设备。

6.根据权利要求5所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，所述无线传输单元通过蓝牙、WIFI或Zigbee的方式与终端设备进行与无线通讯。

7.根据权利要求5所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，所述终端设备为上位机或手机。

8.根据权利要求1所述的一种脉搏波传导速度采集装置，其特征在于，所述装置还包括：电源模块；

所述电源模块分别与所述第一信号采集模块、所述第二信号采集模块、所述信号处理模块和所述控制单元连接。

9.一种脉搏波传导速度采集方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-8任一项所述的脉搏波传导速度采集装置，所述方法包括：

获取被测者处于测试姿势时的手部生理信号；

获取被测者处于测试姿势时的被测部位生理信号；

根据所述手部生理信号和被测部位生理信号，确定被测者的脉搏信号，以及被测者的手部到被测部位的心电信号；

根据脉搏信号、心电信号，以及被测者的手部到被测部位的距离，确定被测者的脉搏波传导速度。

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