CN116616759A - 一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法，包括采集模块，采集不同位置的原始脉搏波信号，供电与模数转换模块用于对反射式脉搏信号测量探头提供电压，原始脉搏波信号经过供电与模数转换模块转换成数字信号；数据处理模块对数字信号进行数据处理，计算得到氧饱和度与血压数据。本发明提供的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法，利用不同测量位置(多通道)间脉搏波的时间延迟，构建血压与脉搏波时间延迟模型，结合氧饱和度与血压计算方法实现组织氧饱和度与血压的连续监测，对多通道信号的实时采集、处理、显示与保存，可以实现对血压的无创、实时高精度测量，广泛应用于血液循环功能健康状态的监测。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体地，涉及一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法。
背景技术
本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
组织氧饱和度是监测人体血液红细胞和氧气结合、携带氧气的能力，是反应呼吸、血液循环功能的重要生理参数，也是疾病好转或加重的重要判断依据，被称为ICU的底物生命体征。血压是指血液在血管内流动时作用于单位米阿尼血管壁的侧压力，是推动血液在血管内流动的动力，他可以用来判断心脏功能与外周血管阻力，是诊断疾病、观察病情变化与判断治疗效果的一项重要内容。对组织氧饱和度和血压二者同时非侵入测量，在临床上具有强烈的需求和广泛的应用前景。
目前，医用氧饱和度测量方式主要以透射式光电测量为主，即采用发光二极管产生两种颜色的光照射待测组织(指端、耳垂等)，利用光电二极管接收穿透组织的剩余透射光，经光电转换和数据处理后得到氧饱和参数。因其采用透射方式工作，只能适用于有限的待测组织区域，如手指端、耳垂、脚趾等，无法实现对其他组织区域的测量；测量血压时往往以血压计为手段，利用袖带加压的方式实现测量。二者都属于接触式测量，易受测量区域和位置限制。
相比于透射式血氧饱和度测量方式，反射式氧饱和度测量方式不受待测组织区域的限制，不施加外力且无创。结合组织的后向散射特性和血液中含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的光谱吸收特性，利用位于同侧、相距一定距离的光源和光电探测器实现对待测组织区域氧饱和度的测量。然而，该种测量方式测量参数单一，同时会面临反射光信号弱、易受运动伪迹、环境光干扰等问题；此外，受组织内血压影响，不同组织区域的脉搏波信号会出现时间延迟，利用多通道同事测量可进一步建立血压与脉搏波时间延迟间的关系，实现血压的测量。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法，以解决目前反射式氧饱和度与血压测量方式反射光信号弱、易受运动伪迹、环境光干扰和测量参数单一的问题。
本发明公开了一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，包括：
采集模块，所述采集模块用于采集不同位置的原始脉搏波信号，所述采集模块为反射式脉博信号测量探头，所述反射式脉博信号测量探头包括至少两种工作波长发光二极管和两个雪崩光电二极管；所述发光二极管用于与待测组织内部相对设置，以使其发出光信号进入待测组织内部，从而经过组织后受血液变化吸收调制后的光信号散射至雪崩光电二极管；
供电与模数转换模块，所述供电与模数转换模块用于对所述反射式脉博信号测量探头提供电压，且用于所述原始脉搏波信号的直流滤波、交流放大、模拟/数字转换和接收，所述原始脉搏波信号经过所述供电与模数转换模块转换成数字信号；
数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述数字信号进行数据处理，计算得到氧饱和度与血压数据；
参数显示保存模块，所述参数显示保存模块用于对所述数据处理模块的各通道脉博信号、心率、氧饱和度与血压的显示与参数保存。
进一步的，上述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，所述反射式脉博信号测量探头采用柔性基底。
进一步的，上述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，其特征在于，所述发光二极管与雪崩光电二极管之间的距离为20mm。
进一步的，上述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，两种所述发光二极管的工作波长分别为660nm和940nm。
进一步的，本发明还公开了一种用于上述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置的监测方法，所述方法包括以下步骤：
所述采集模块获取不同位置的原始脉博波信号；
所述原始脉搏波信号经过所述供电与模数转换模块转换成数字信号送入数据处理模块；
所述数据处理模块根据滤波范围对所述数字信号进行数据处理，提取两种波长脉搏波信号的交流量并建立其比值，通过构建比值与氧饱和度间的函数关系，实现脉搏血氧饱和度的高精度测量；同时利用测量不同位置间脉搏波的时间延迟，构建血压与脉搏波时间延迟模型，实现血压的连续监测；
对所述数据处理模块的各通道脉博信号、心率以及非线性氧饱和度计算公式得到的氧饱和度与血压计算模型计算的血压值的显示与参数保存。
进一步的，上述的监测方法，所述数据处理模块对所述数字信号进行数据处理，包括脉搏波信号运动伪迹、噪声消除处理、交流量提取和氧饱和度与血压计算。
进一步的，上述的监测方法，所述脉搏波信号运动伪迹、噪声消除处理采用4阶巴特沃斯滤波器，所述数据处理的滤波范围为0.5Hz～3.5Hz，滤波计算过程为：
[b,a]＝butter(2,0.5,3.5)
PPGf＝filtfilt(b,aPPG)
其中，a和b为巴特沃斯滤波器系数，butter表示巴特沃斯滤波器，filtfilt表示零相移滤波器，PPG表示原始脉搏波信号，PPGf表示滤波后的脉搏波信号。
进一步的，上述的监测方法，所述氧饱和度的计算公式为：
其中，R＝Δln(ACλ1)/Δln(ACλ2)表示两种波长的发光二极管对应雪崩二极管接收的脉搏波信号交流幅值的对数之比，a、b、c、d、f和g表示定标系数，由六个不同血氧饱和值进行确定；交流幅值通过统计脉搏波信号的峰-谷值计算得到，同时通过统计分钟内的峰-谷计算得到心率参数。
进一步的，上述的监测方法，所述血压的计算模型为：
BP＝k1*ΔPTT1+k2ΔPTT2+···+b
其中，ΔPTT1表示放置在不同的第一位置的两通道间PPG信号的时间延迟量，ΔPTT2表示放置在第二位置的通道测量的PPG与第一位置PPG之间的时间延迟量，利用多通道测量的不同位置间PPG的时间延迟线性组合，得到待测量个体的血压。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法，利用不同测量位置(多通道)间脉搏波的时间延迟，构建血压与脉搏波时间延迟模型，结合氧饱和度与血压计算方法实现组织氧饱和度与血压的连续监测，通过数据处理模块实现对多通道信号的实时采集、处理、显示与保存，该监测装置具备多通道，抗干扰、大深度氧饱和度测量能力，同时可以实现对血压的无创、实时高精度测量，广泛应用于血液循环功能健康状态的监测。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明实施例中反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置的示意图；
图2是本发明实施例中反射式组织氧饱和度与血压连续监测方法的流程示意图；
图3是本发明实施例中脉搏波信号数据处理的流程示意图；
图4是本发明实施例中氧饱和度的计算流程示意图；
图5是本发明实施例中多通道血压的计算流程示意图。
附图说明：1、采集模块；11、发光二极管；12、雪崩光电二极管；2、供电与数模转换模块；3、数据处理模块；4、参数显示保存模块。
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，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参照图1，本实施例提供了一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，包括：
采集模块，所述采集模块用于采集不同位置的原始脉搏波信号，所述采集模块为反射式脉博信号测量探头，所述反射式脉博信号测量探头包括至少两种工作波长发光二极管和两个雪崩光电二极管；所述发光二极管发出的光线进入待测组织内部，受血液变化吸收调制的光信号经组织后向散射到达雪崩光电二极管，雪崩光电二极管主要解决后向散射弱光信号高灵敏探测问题；
供电与模数转换模块，主要通过线缆为反射式脉博信号测量探头中的发光二极管和雪崩光电二极管提供工作电压，且同时实现雪崩光电二极管模拟信号的滤波、放大、竖直转换和接收，所述原始脉搏波信号经过所述供电与模数转换模块转换成数字信号；
数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述数字信号进行数据处理，计算得到氧饱和度与血压数据；具体的，数据处理模块用于对雪崩光电二极管测量的脉搏波信号进行运动伪迹、噪声等处理，提取两种波长脉搏波信号的交流量并建立其比值，通过构建比值与氧饱和度间的函数关系，实现脉搏血氧饱和度的高精度测量；同时利用测量不同位置间脉搏波的时间延迟，构建血压与脉搏波时间延迟模型，实现血压的连续监测；
参数显示保存模块，所述参数显示保存模块用于对所述数据处理模块处理后的各通道脉博波信号、心率以及经非线性氧饱和度计算公式得到的氧饱和度与血压计算模型计算的血压值的显示与相关参数的保存。
具体的，本实施例中，所述反射式脉博信号测量探头采用柔性基底，易于待测组织区域贴合，防止环境光干扰。所述反射式脉博信号测量探头包括两组相距20mm距离的发光二极管和雪崩光电二极管，两个发光二极管的工作波长分别为660nm和940nm。
具体的，上述反射式脉博信号测量探头利用位于同一柔性基底、相距一定距离的两种发光二极管和对应工作波长的雪崩光电二极管实现对脉搏波信号的反射式测量，发光二极管发出的光进入待测组织，收到血液吸收的调制，后经组织后向散射传播到相距20mm距离的雪崩光电二极管，雪崩光电二极管具有高灵敏度的特点，将传播一定深度和距离的弱后向散射光信号转变为可探测的电信号。
本实施例还提供了一种用于上述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置的监测方法，所述方法包括以下步骤：
所述采集模块获取不同位置的原始脉博波信号；
所述原始脉搏波信号经过所述供电与模数转换模块转换成数字信号送入数据处理模块；
所述数据处理模块根据滤波范围对所述数字信号进行数据处理，提取两种波长脉搏波信号的交流量并建立其比值，通过构建比值与氧饱和度间的函数关系，实现脉搏血氧饱和度的高精度测量；同时利用测量不同位置间脉搏波的时间延迟，构建血压与脉搏波时间延迟模型，实现血压的连续监测；
对所述数据处理模块的各通道脉博信号、心率以及非线性氧饱和度计算公式得到的氧饱和度与血压计算模型计算的血压值的显示与参数保存。
具体的，在本实施例中，所述数据处理模块对所述数字信号进行数据处理，包括脉搏波信号运动伪迹、噪声消除处理、交流量提取和氧饱和度与血压计算。
具体的，在本实施例中，所述脉搏波信号运动伪迹、噪声消除处理采用4阶巴特沃斯滤波器，所述数据处理的滤波范围为0.5Hz～3.5Hz，滤波计算过程为：
[b,a]＝butter(2,0.5,3.5)
PPGf＝filtfilt(b,aPPG)
其中，a和b为巴特沃斯滤波器系数，butter表示巴特沃斯滤波器，filtfilt表示零相移滤波器，PPG表示原始脉搏波信号，PPGf表示滤波后的脉搏波信号。
具体的，在本实施例中，所述氧饱和度的计算公式为：
其中，R＝Δln(ACλ1)/Δln(ACλ2)表示两种波长的发光二极管对应雪崩二极管接收的脉搏波信号交流幅值的对数之比，a、b、c、d、f和g表示定标系数，由六个不同血氧饱和值进行确定；交流幅值通过统计脉搏波信号的峰-谷值计算得到，同时通过统计分钟内的峰-谷计算得到心率参数。
具体的，在本实施例中，所述血压的计算模型为：
BP＝k1*ΔPTT1+k2ΔPTT2+···+b
其中，ΔPTT1表示放置在不同的第一位置的两通道间PPG信号的时间延迟量，ΔPTT2表示放置在第二位置的通道测量的PPG与第一位置PPG之间的时间延迟量，利用多通道测量的不同位置间PPG的时间延迟线性组合，得到待测量个体的血压。
本实施例提供的一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置及方法，结合氧饱和度与血压计算方法实现组织氧饱和度与血压的连续监测，通过数据处理模块实现对多通道信号的实时采集、处理、显示与保存，该监测装置具备多通道，抗干扰、大深度氧饱和度测量能力，同时可以实现对血压的无创、实时高精度测量，广泛应用于血液循环功能健康状态的监测。
本发明中应用了具体实施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技术方案及其核心思想；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)
1.一种反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，其特征在于，包括：
采集模块，所述采集模块用于采集不同位置的原始脉搏波信号，所述采集模块为反射式脉博信号测量探头，所述反射式脉博信号测量探头包括至少两种工作波长发光二极管和两个雪崩光电二极管；所述发光二极管用于与待测组织内部相对设置，以使其发出光信号进入待测组织内部，从而经过组织后受血液变化吸收调制后的光信号散射至雪崩光电二极管；
供电与模数转换模块，所述供电与模数转换模块用于对所述反射式脉博信号测量探头提供电压，且用于所述原始脉搏波信号的直流滤波、交流放大、模拟/数字转换和接收，所述原始脉搏波信号经过所述供电与模数转换模块转换成数字信号；
数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述数字信号进行数据处理，计算得到氧饱和度与血压数据；
参数显示保存模块，所述参数显示保存模块用于对所述数据处理模块的各通道脉博信号、心率、氧饱和度与血压的显示与参数保存。
2.根据权利要求1所述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，其特征在于，所述反射式脉博信号测量探头采用柔性基底。
3.根据权利要求1所述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，其特征在于，所述发光二极管与雪崩光电二极管之间的距离为20mm。
4.根据权利要求1所述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置，其特征在于，两种所述发光二极管的工作波长分别为660nm和940nm。
5.一种用于权利要求1至4中任一项所述的反射式组织氧饱和度与血压连续监测装置的监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
所述采集模块获取不同位置的原始脉博波信号；
所述原始脉搏波信号经过所述供电与模数转换模块转换成数字信号送入数据处理模块；
所述数据处理模块根据滤波范围对所述数字信号进行数据处理，提取两种波长脉搏波信号的交流量并建立其比值，通过构建比值与氧饱和度间的函数关系，实现脉搏血氧饱和度的高精度测量；同时利用测量不同位置间脉搏波的时间延迟，构建血压与脉搏波时间延迟模型，实现血压的连续监测；
对所述数据处理模块的各通道脉博信号、心率以及非线性氧饱和度计算公式得到的氧饱和度与血压计算模型计算的血压值的显示与参数保存。
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述数据处理模块对所述数字信号进行数据处理，包括脉搏波信号运动伪迹、噪声消除处理、交流量提取和氧饱和度与血压计算。
7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述脉搏波信号运动伪迹、噪声消除处理采用4阶巴特沃斯滤波器，所述数据处理的滤波范围为0.5Hz～3.5Hz，滤波计算过程为：
[b,a]＝butter(2,0.5,3.5)
PPGf＝filtfilt(b,aPPG)
其中，a和b为巴特沃斯滤波器系数，butter表示巴特沃斯滤波器，filtfilt表示零相移滤波器，PPG表示原始脉搏波信号，PPGf表示滤波后的脉搏波信号。
8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述氧饱和度的计算公式为：
其中，R＝Δln(ACλ1)/Δln(ACλ2)表示两种波长的发光二极管对应雪崩二极管接收的脉搏波信号交流幅值的对数之比，a、b、c、d、f和g表示定标系数，由六个不同血氧饱和值进行确定；交流幅值通过统计脉搏波信号的峰-谷值计算得到，同时通过统计分钟内的峰-谷计算得到心率参数。
9.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述血压的计算模型为：
BP＝k1*ΔPTT1+k2ΔPTT2+···+b
其中，ΔPTT1表示放置在不同的第一位置的两通道间PPG信号的时间延迟量，ΔPTT2表示放置在第二位置的通道测量的PPG与第一位置PPG之间的时间延迟量，利用多通道测量的不同位置间PPG的时间延迟线性组合，得到待测量个体的血压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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