專利名稱：測(cè)量血壓變化率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量血壓的方法，尤其涉及一種測(cè)量與每一次或連續(xù)多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓變化率的方法。
背景技術(shù)：
測(cè)量血壓是了解健康情況和觀察病情的基本方法，對(duì)患有心血管疾病的中老年人尤其必要。血壓在一天中甚至在某一時(shí)段內(nèi)都往往會(huì)有較大的波動(dòng)，因此單次或者少量的測(cè)量難以提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)和足夠的有用信息，更無(wú)法計(jì)算出與心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓的各種變化率。具體地說，每一次心臟搏動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的血壓值，也就是說血壓值其實(shí)是像心率一樣連續(xù)變化并且與之一一對(duì)應(yīng)的，因此這樣連續(xù)測(cè)得的血壓值可稱之為與心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列，而對(duì)該序列進(jìn)行變化率的計(jì)算即可以得到與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓的變化率。
對(duì)血壓進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)量并計(jì)算與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓在某一時(shí)段內(nèi)的連續(xù)變化率對(duì)于監(jiān)測(cè)人體的一些生理狀態(tài)變化例如病情、病理、情緒狀態(tài)等是十分必要的，特別是對(duì)一些生理狀態(tài)時(shí)常有變化的人，例如運(yùn)動(dòng)員和忙碌工作的人群等。
測(cè)量血壓主要分為侵入式測(cè)量和無(wú)損式測(cè)量?jī)纱箢?。侵入式測(cè)量法是一種直接測(cè)量的方法，測(cè)量時(shí)要將一根導(dǎo)管插入到動(dòng)脈中，通過與流體柱相連接的轉(zhuǎn)換器來(lái)測(cè)量動(dòng)脈壓力。該方法需要由專業(yè)醫(yī)護(hù)人員操作，費(fèi)用高并且容易造成細(xì)菌感染和失血等醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，不適合日常測(cè)量與保健，更不可能進(jìn)行連續(xù)的血壓測(cè)量和進(jìn)行血壓的連續(xù)變化率的計(jì)算。
無(wú)損式測(cè)量法是一種間接的測(cè)量方法，主要采用三種類型的設(shè)備脈搏血壓計(jì)、音調(diào)測(cè)定血壓計(jì)和基于脈搏波傳輸時(shí)間的血壓計(jì)。
脈搏血壓計(jì)的測(cè)量方法有兩種聽診法和振蕩法。聽診法的原理是收集柯氏音，整個(gè)裝置包括可充放氣的袖帶、水銀壓力計(jì)(近年來(lái)也有采用電子壓力傳感器)和聽診器。測(cè)量上肢血壓時(shí)，先排盡袖帶內(nèi)的氣體，然后將袖帶平整無(wú)褶地纏于上臂，摸清肱動(dòng)脈的搏動(dòng)，置聽診器的胸件于該處。打開水銀柱開關(guān)，當(dāng)通過握有活閥的氣球向袖帶充氣時(shí)，水銀柱或表針隨即移動(dòng)，當(dāng)水銀柱上升至默認(rèn)值時(shí)，即停止充氣。然后，微微開啟氣球活閥慢慢放氣，水銀柱則慢慢下降(表針回轉(zhuǎn))，此時(shí)應(yīng)觀察水銀柱或表針移動(dòng)的刻度，如果聽到肱動(dòng)脈的第一聲音響，所示刻度即為收縮期血壓，簡(jiǎn)稱收縮壓；當(dāng)水銀柱下降到音響突然變?nèi)趸蚵牪坏綍r(shí)，刻度指示為舒張期血壓，簡(jiǎn)稱舒張壓。但是，該方法只能確定收縮壓和舒張壓，并且不適用于某些第5柯氏音較弱甚至聽不到的患者。
振蕩法可以在一定程度上彌補(bǔ)聽診法的上述不足，對(duì)于柯氏音較弱的病人也可測(cè)量到血壓。使用時(shí)將袖帶平整無(wú)褶地纏于上臂，對(duì)袖帶進(jìn)行充放氣。通過測(cè)量在膨脹的袖帶中壓力的振蕩幅度來(lái)確定血壓值，壓力的振蕩是由動(dòng)脈血管的收縮和擴(kuò)張所引起的。收縮壓、平均壓和舒張壓的數(shù)值可以從該袖帶緩慢放氣時(shí)監(jiān)測(cè)該袖帶中的壓力而獲得。平均壓對(duì)應(yīng)于該包絡(luò)峰值時(shí)刻在該袖帶的衰減裝置中的壓力。收縮壓通常估計(jì)為在該包絡(luò)峰值之前、對(duì)應(yīng)于該包絡(luò)幅度等于該峰值幅度的某一比例的時(shí)刻時(shí)該袖帶的衰減裝置中的壓力。舒張壓通常估計(jì)為在該包絡(luò)的峰值之后、對(duì)應(yīng)于該包絡(luò)的幅度等于該峰值幅度的某一比例的時(shí)刻時(shí)該袖帶的衰減裝置中的壓力。使用不同的比例值會(huì)影響到血壓測(cè)量的準(zhǔn)確性。
目前市場(chǎng)上的絕大部分產(chǎn)品都是采用聽診法或振蕩法。但由于這兩種方法都需要對(duì)袖帶進(jìn)行充放氣，因此難以實(shí)現(xiàn)頻繁測(cè)量，更不可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。而且，使用袖帶測(cè)量的頻率也受到對(duì)該袖帶進(jìn)行充氣所需要的時(shí)間和進(jìn)行測(cè)量時(shí)對(duì)該袖帶放氣所需要的時(shí)間的限制。通常，一次完整的血壓測(cè)量需要1分鐘左右。此外，袖帶尺寸的大小對(duì)血壓的測(cè)量結(jié)果也會(huì)造成影響。綜合以上幾個(gè)因素，使用傳統(tǒng)的聽診法或振蕩法無(wú)法連續(xù)測(cè)得多個(gè)血壓值，更無(wú)法測(cè)得與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列，因而也無(wú)法計(jì)算出與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓在某一時(shí)段內(nèi)的連續(xù)變化率。
音調(diào)測(cè)定血壓計(jì)的基本原理是當(dāng)血管受到外界物體壓迫時(shí)，血管壁的周向應(yīng)力消除了，這時(shí)血管壁的內(nèi)壓和外壓相等。通過對(duì)動(dòng)脈加壓，將動(dòng)脈壓平。記錄使動(dòng)脈保持扁平的壓力。利用一組置于表面動(dòng)脈上的壓力傳感器數(shù)組來(lái)測(cè)量此壓力，并從中計(jì)算患者的血壓。但是，該方法的缺點(diǎn)在于，其使用的傳感器的造價(jià)較高，并且其測(cè)量精度容易受到測(cè)量位置的影響，所以在市場(chǎng)上并不流行。很顯然，使用這種方法也無(wú)法連續(xù)測(cè)得多個(gè)血壓值，因而也無(wú)法計(jì)算出血壓在某一時(shí)段內(nèi)的連續(xù)變化趨勢(shì)。
基于脈搏波傳輸時(shí)間的血壓計(jì)是根據(jù)動(dòng)脈血壓和脈搏波傳輸速度之間的關(guān)系來(lái)確定血壓。當(dāng)血壓上升時(shí)，血管擴(kuò)張，脈搏波傳輸速度加快，反之，脈搏波傳輸速度減慢，具體內(nèi)容可參見如下文獻(xiàn)1)Messers.J.C.Bramwell和A.V.Hill所著的，“The Velocity of thePulse Wave in Man(人體中的脈搏波速度)”，刊載于倫敦皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)(Proceedings of the Royal Society，London)，第298-306頁(yè)，1922年；2)B.Gribbin，A.Steptoe，和P.Sleight所著的，“Pulse Wave Velocity asa Measure of Blood Pressure Change(作為對(duì)血壓變化的測(cè)量手段的脈搏波”，《精神生理學(xué)》第13卷第一期，第86-90頁(yè)(Psychophysiology，vol.13，no.1)，1976年。
該類血壓計(jì)在使用時(shí)通過從設(shè)置在指尖或其他末梢組織位置的光電傳感器采集光電體積描記信號(hào)和心電信號(hào)。該方法可以提供簡(jiǎn)單易用的血壓測(cè)量裝置，且相對(duì)于傳統(tǒng)的袖帶式血壓計(jì)而言，具有開發(fā)成本較低(成本可以減少一半以上)、體積小(大約可減小上百倍)、耗電量少(大約可減小幾百倍)、以及可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)脈血壓的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。采用該方法的血壓計(jì)測(cè)量血壓前，先要用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，即找到上臂血壓與脈搏波傳輸時(shí)間之間的關(guān)系。然后根據(jù)確定的血壓與脈搏波傳輸時(shí)間之間的關(guān)系式就可以連續(xù)測(cè)得多個(gè)血壓值。因此，基于脈搏波傳輸時(shí)間的血壓測(cè)量法可以實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間內(nèi)的連續(xù)的血壓測(cè)量。但是由于利用心電信號(hào)的方法需要在兩個(gè)手指(或其它部位)上同時(shí)采集信號(hào)。這仍給測(cè)量帶來(lái)了一定的不便，也難以實(shí)現(xiàn)真正意義上的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量。
基于光電體積描記信號(hào)的特征參數(shù)來(lái)進(jìn)行血壓測(cè)量的方法只需要從一個(gè)手指(或其它部位)上采集信號(hào)，因此可以為測(cè)量提供極大的便利，從而真正的實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)損連續(xù)測(cè)量。但是目前為止，尚無(wú)采用這種測(cè)量方法來(lái)具體確定與一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓或是血壓連續(xù)變化率的技術(shù)。需要說明，本說明書中所說的與幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓是指與幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的幾次血壓的平均值。因此，連續(xù)測(cè)量與每一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓及其變化率仍是一塊空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過連續(xù)的血壓測(cè)量得到在任意時(shí)段內(nèi)與每一次或每若干次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓的連續(xù)變化率(包括絕對(duì)變化率和相對(duì)變化率)的方法，從而為醫(yī)療和保健提供新的有用信息。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)量與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓參數(shù)的方法，包括以下步驟a)從人體采集與脈搏波相關(guān)的信號(hào)；b)從所采集的信號(hào)中獲取特征參數(shù)，得到相應(yīng)的特征參數(shù)序列；c)根據(jù)所確定的信號(hào)的特征參數(shù)序列，確定與每次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓參數(shù)。
在上述方法中，所述血壓參數(shù)可包括血壓值，血壓連續(xù)變化率，瞬時(shí)血壓變化率，以及與每次(或幾次)心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)血壓值的變化率。
其中，血壓連續(xù)變化率是指所測(cè)得的連續(xù)血壓值的變化率。連續(xù)血壓值是指在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量所得的與每一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列。而每隔一段時(shí)間測(cè)一個(gè)血壓值而得到的序列則稱為不連續(xù)測(cè)量的血壓值。在本發(fā)明中主要解決的是血壓連續(xù)變化率的確定。
其中血壓連續(xù)變化率的算法可包括血壓絕對(duì)變化率和/或血壓相對(duì)變化率。血壓絕對(duì)變化率的計(jì)算方法可包括時(shí)域和頻域方法。
當(dāng)采用時(shí)域方法時(shí)，可以采用如下的方法之一來(lái)確定血壓變化率假定T＝{t1，t2，t3，……tn}T表示血壓值序列，t表示序列T的平均值，T1＝{t1′，t2′，t3′，……tn-1′}T＝{t2-t1，t3-t2，t4-t3，……tn-tn-1}，t′表示序列T1的平均值。) (序列T的標(biāo)準(zhǔn)方差)
(序列T1的標(biāo)準(zhǔn)方差)所述頻域方法為對(duì)序列T進(jìn)行傅立葉變換(或其它時(shí)域到頻域的變換)，得到序列T的頻譜。
血壓相對(duì)變化率的計(jì)算方法可以表示為(±血壓絕對(duì)變化率÷血壓平均值)×100％。
瞬時(shí)血壓變化率是反映血壓隨時(shí)間變化的連續(xù)波形上任意一點(diǎn)的斜率，即dP/dt，其中P表示瞬時(shí)的血壓值。血壓隨時(shí)間變化的連續(xù)波形可以通過從與脈搏波的產(chǎn)生和傳輸特性相關(guān)的信號(hào)上提取特征參數(shù)并進(jìn)行估算而得到。瞬時(shí)血壓變化率的算法可包括瞬時(shí)血壓相對(duì)變化率(dP/dt/P)和瞬時(shí)血壓絕對(duì)變化率(|dP/dt|)。
與每次(或幾次)心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值的變化率是指連續(xù)兩個(gè)與每次(或幾次)心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值之間的變化情況。它可以是血壓相對(duì)變化率，也可以是血壓絕對(duì)變化率，取決于所采用的計(jì)算方法。例如，若采用將這兩次血壓值的差值除以該兩次血壓值的平均值再乘上100％的方法，則該瞬時(shí)變化率為相對(duì)變化率；若采用將這兩次血壓值的絕對(duì)差值除以兩次血壓值間隔的時(shí)間的方法，則該瞬時(shí)變化率為絕對(duì)變化率。
因此，在本發(fā)明中，血壓連續(xù)變化率，血壓瞬時(shí)變化率和與每次(或幾次)心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓變化率是三個(gè)并列的概念。而血壓相對(duì)變化率和血壓絕對(duì)變化率是指具體的變化率計(jì)算方法。
此外，所述脈搏波為心臟的收縮與擴(kuò)張所產(chǎn)生的波動(dòng)信號(hào)，或是由心臟搏動(dòng)所引起的與血流量相關(guān)的信號(hào)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，脈搏波的測(cè)量采用光電體積法，即利用光電傳感器從人體的末梢組織采集光電體積描記信號(hào)和心電信號(hào)。根據(jù)所采集到的光電體積描記信號(hào)，確定每一個(gè)波形的起始點(diǎn)和相應(yīng)頂點(diǎn)，并截取起始點(diǎn)與頂點(diǎn)之間的某一段作為光電體積描記信號(hào)的特征參數(shù)之一，可稱為FY間距。FY間距段可以取從起始點(diǎn)開始到頂點(diǎn)的整段時(shí)間，或者取其中的部分段時(shí)間。例如從起始點(diǎn)到頂點(diǎn)的90％的這一段時(shí)間，從起始點(diǎn)到頂點(diǎn)的80％的這一段時(shí)間，等等，依此類推。
在上述方案中，可以這樣來(lái)確定FY間距與血壓之間的關(guān)系血壓＝m·FYn+c，n≠0，式中FY表示FY間距，m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，即表示上臂血壓與FY間距之間的關(guān)系系數(shù)。校準(zhǔn)時(shí)適當(dāng)改變傳感器與身體被測(cè)位置之間的接觸壓力，并選擇在不同的接觸壓力值之下完成校準(zhǔn)。
另外，當(dāng)需要進(jìn)一步提高血壓測(cè)量的精度時(shí)，可以根據(jù)所確定的FY間距序列，結(jié)合脈搏波傳輸時(shí)間，以及光電體積描記信號(hào)的另一特征參數(shù)YG間距來(lái)計(jì)算血壓值。計(jì)算式為血壓＝m·FYn+a/PTT2+b·YG+d，n≠0，其中a∈
，b∈
。
所述步驟a)可包括確定所采集到的與脈搏波產(chǎn)生及傳輸時(shí)間相關(guān)的一系列信號(hào)的相應(yīng)的波形特征點(diǎn)位置；和根據(jù)所確定的信號(hào)的波形特征點(diǎn)，確定與一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或幾個(gè)脈搏波傳輸時(shí)間。
在上述方法中，對(duì)于光電體積描記信號(hào)而言，所述波形特征點(diǎn)為波形的頂點(diǎn)和/或底點(diǎn)；對(duì)于心電信號(hào)而言，所述波形特征點(diǎn)為R波頂點(diǎn)和/或R波起始點(diǎn)和/或R波終了點(diǎn)，以及Q波、S波和T波上的任意特征點(diǎn)。在這種情況下，可利用心電信號(hào)頂點(diǎn)時(shí)間或光電體積描記信號(hào)底點(diǎn)之間的時(shí)間差或利用心電信號(hào)頂點(diǎn)時(shí)間或光電體積描記信號(hào)頂點(diǎn)之間的時(shí)間差得到脈搏波傳輸時(shí)間序列。
本發(fā)明還可進(jìn)一步包括根據(jù)與每一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列，通過某種體現(xiàn)數(shù)值序列變化趨勢(shì)的方法，來(lái)獲得血壓的連續(xù)變化率。具體的方法可以是上面已說明的確定變化率的時(shí)域或頻域方法之一。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案中，所述確定血壓相對(duì)連續(xù)變化率的步驟可以是利用FY間距、YG間距、血容積與血壓之間的關(guān)系，由與一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的FY間距序列的相對(duì)變化趨勢(shì)以及YG間距的相對(duì)變化趨勢(shì)來(lái)反映與一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列的相對(duì)變化趨勢(shì)。即可以利用在一定時(shí)段內(nèi)一個(gè)或幾個(gè)FY間距波動(dòng)的相對(duì)百分比以及YG間距和血容積的相對(duì)變化百分比，來(lái)反映與之相對(duì)應(yīng)的血壓值波動(dòng)的相對(duì)百分比，以反映在一定時(shí)段內(nèi)血壓的相對(duì)變化趨勢(shì)。
可以利用對(duì)光電體積描記信號(hào)的波形面積(包括波形上升沿的面積、波形下降沿的面積和整個(gè)波形的面積)得到血容積量。
所述FY間距、YG間距、血容積與血壓之間的關(guān)系為血壓＝m·FYn+a·YG+b·SV+c，n≠0，其中m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，即表示上臂血壓與FY間距、YG間距以及血容積之間的關(guān)系系數(shù)，F(xiàn)Y表式FY間距，YG表示YG間距，SV表示血容積量，a、b、m為常數(shù)且a∈
，b∈
。
當(dāng)在指定時(shí)段內(nèi)心率變化率小于某一閾值時(shí)，血壓的計(jì)算還可以忽略心率的影響。此時(shí)可設(shè)a＝0。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，直接確定所述血壓連續(xù)變化率的方法可包括確定FY間距變化率，YG間距變化率以及血容積變化率；根據(jù)所確定的FY間距變化率，YG間距變化率以及血容積變化率，并基于血壓與這些參數(shù)之間的關(guān)系式，確定與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓的連續(xù)變化率。
利用時(shí)域方法或頻域方法確定FY間距變化率FYV，脈搏波傳輸時(shí)間變化率PTTV，YG間距變化率YGV，或血容積變化率VR，其中所述時(shí)域方法為采用下列等式中的任一項(xiàng)確定FYV設(shè)T＝{t1，t2，t3，……tn}T表示FY間距序列、脈搏波傳輸時(shí)間序列、YG間距序列、或血容積序列，t表示序列T的平均值，T1＝{t1′，t2′，t3′，……tn-1′}T＝{t2-t1，t3-t2，t4-t3，……tn-tn-1}，t′表示序列T1的平均值。
1)FYV、PTTV、YGV或VR=1n-1∑i=1n(ti-t‾)2,]]>2)FYV、PTTV、YGV或VR=1n-2∑i=1n-2(ti+1′-ti′)2]]>3)FYV、PTTV、YGV或VR=1n-2∑i=1n-1(ti′-t′‾)2]]>所述頻域方法為對(duì)所述序列T進(jìn)行傅立葉變換或其它時(shí)域到頻域的變換，得到序列T的頻譜。
在本發(fā)明的上述方法中，所述頻域方法可進(jìn)一步包括在所得到的序列T(例如血壓值序列，其相應(yīng)的頻譜則稱為血壓頻譜)的連續(xù)變化的頻譜中找出極低頻變化率、低頻變化率和高頻變化率，以及確定與所述血壓頻譜的極低頻變化率、低頻變化率和高頻變化率分別相對(duì)應(yīng)的生理狀況。
其中定義血壓頻譜的極低頻變化率、低頻變化率和高頻變化率采用面積法，即將各個(gè)頻率成分的面積比上頻譜的總面積來(lái)確定各個(gè)頻率成分的變化，從而反映與之相關(guān)的生理狀態(tài)的變化。
另外，定義血壓頻譜的超低頻變化率、極低頻變化率、低頻變化率和高頻變化率的方法為超低頻變化率0～0.003Hz范圍內(nèi)血壓頻譜的面積/血壓頻譜的總面積；極低頻變化率0.003～0.04Hz范圍內(nèi)血壓頻譜面積/血壓頻譜的總面積；低頻變化率0.04～0.15Hz范圍內(nèi)血壓頻譜的面積/血壓頻譜的總面積；高頻變化率0.15～0.4Hz范圍內(nèi)血壓頻譜的面積/血壓頻譜的總面積。
另外，在上述所有的相關(guān)方法中，可用脈搏波傳輸時(shí)間(PTT)替代FY間距進(jìn)行血壓或血壓變化率的估算。
本發(fā)明可用于對(duì)患有心血管疾病的中老年人，以及一些生理狀態(tài)時(shí)常有變化的人，例如運(yùn)動(dòng)員和忙碌工作的人群等，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)血壓測(cè)量，進(jìn)而得到該時(shí)間段內(nèi)與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓連續(xù)變化率，以反映人體的生理狀況或情緒狀態(tài)的變化等，甚至揭示一些難以被察覺的狀態(tài)變化，從而為醫(yī)療和保健提供足夠的有用信息。
附圖簡(jiǎn)要說明以下通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的描述，通過這些說明，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更加清楚。附圖包括

圖1用于說明血壓連續(xù)變化率的測(cè)量方法的流程圖；圖2用于說明確定血壓變化率的流程圖；圖3用于說明如何利用心電信號(hào)及光電體積描記信號(hào)定義FY間距，脈搏波傳輸時(shí)間，以及光電體積描記信號(hào)上的各個(gè)特征點(diǎn)；圖4是用于說明脈搏波傳輸時(shí)間在較短一段時(shí)間的波動(dòng)情況；圖5是用于說明血壓在一天中的波動(dòng)情況；圖6是用于說明與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值在較短一段時(shí)間的波動(dòng)情況；圖7是用于說明與每五次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值在較短一段時(shí)間的波動(dòng)情況；圖8是用于說明與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值在較短一段時(shí)間的頻譜；
圖9(a)是用于說明光電體積描記信號(hào)中與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的FY間距在較短一段時(shí)間的波動(dòng)情況，圖9(b)是與其相應(yīng)的頻譜；圖10示出了光電體積描記信號(hào)上的各個(gè)特征間距和幅度的具體定義；圖11是用于說明用FY間距估算的血壓值與真實(shí)值的比較(n＝2)。
具體實(shí)施例方式
圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量血壓連續(xù)變化率的方法的流程圖。如圖1所示，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，主要包括從人體采集信號(hào)的步驟101、信號(hào)預(yù)處理步驟102、確定信號(hào)中相應(yīng)的波形特征點(diǎn)的步驟103、確定FY間距、脈搏波傳輸時(shí)間和YG間距序列步驟104、確定FY間距變化率(FYV)、脈搏波傳輸時(shí)間變化率(PTTV)、心率變化率(HRV)，以及血容積變化率(VR)的步驟105、基于所確定的FYV、PTTV、HRV和VR等參數(shù)直接計(jì)算血壓變化率(BPV)的步驟106、計(jì)算血壓相對(duì)變化率的步驟107，用FY間距(或結(jié)合其它參數(shù))計(jì)算血壓的步驟108，以及從血壓值序列計(jì)算血壓變化率的步驟109。
下面對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。
●步驟101信號(hào)采集該步驟101包括采用一定的傳感器從人體的末梢部位(例如手指、耳垂和腳趾等位置)或其它非末梢部位(包括手腕、大腿等部位)采集與脈搏波相關(guān)的信號(hào)，例如心電信號(hào)或光電體積描記信號(hào)，從而確定與脈搏波相關(guān)的特征參數(shù)，例如脈搏波傳輸時(shí)間。信號(hào)采集的時(shí)間可以根據(jù)需要而定。關(guān)于這種信號(hào)采集方法的技術(shù)內(nèi)容可參見1)Allen，J.和Murray，A.所著的“Variability of photoplethysmographyperipheral pulse measurements at the ears，thumbs and toes(在耳部、手指、腳趾處的光體積描記圖脈搏測(cè)量的可變性”，刊登于IEEE Proceedings ofScience，Measurement and Technology(IEEE科學(xué)、測(cè)量和技術(shù)匯刊)，第147卷，第403-407頁(yè)，2000年；2)Allen，J.和Murray，A.所著的“Comparison of regional variability inmulti-site photoplethysmographic pulse wave characteristics(在多點(diǎn)光體積描記圖脈沖波特性中區(qū)域可變性的比較”，刊登于First International Conferenceon Advances in Medical Signal and Information Processing(第一屆國(guó)際醫(yī)學(xué)信號(hào)和信息處理進(jìn)展會(huì)議，第26-31頁(yè)，2000年；3)Chan，K.W.，Hung，K.，Zhang，Y.T.所著的“Noninvasive and cufflessmeasurements of blood pressure for telemedicine(用于遠(yuǎn)距離醫(yī)學(xué)的非侵入和無(wú)袖帶式的血壓測(cè)量)”，刊登于Proceedings of the 23rd Annual InternationalConference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(IEEE醫(yī)學(xué)和生物學(xué)會(huì)工程的第23屆國(guó)際年會(huì)匯刊)，第4卷，第3592-3593頁(yè)，2001年。等等●步驟102信號(hào)預(yù)處理該步驟102包括對(duì)步驟101所采集到的與脈搏波傳輸時(shí)間相關(guān)的一系列信號(hào)進(jìn)行噪聲去除和平滑等預(yù)處理。當(dāng)然，是否進(jìn)行預(yù)處理取決于所采集到的信號(hào)的質(zhì)量以及相關(guān)硬件的功能。其中噪聲去除主要采用對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波等方法，而平滑處理則可采用例如將信號(hào)細(xì)分為若干小段、并將每小段內(nèi)各點(diǎn)的值以該段的平均值取代。這些信號(hào)預(yù)處理方法均可采用已有的技術(shù)，此處不再贅述。
●步驟103確定信號(hào)中相應(yīng)的波形特征點(diǎn)該步驟103用于確定光電體積描記信號(hào)的FY間距截取方法，以及與脈搏波傳輸時(shí)間相關(guān)的一系列信號(hào)之間相應(yīng)的波形特征點(diǎn)位置。具體地說，可以利用信號(hào)某些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的生理意義來(lái)決定是否采用該點(diǎn)來(lái)計(jì)算脈搏波傳輸時(shí)間，可參考圖3所示?？梢远x相應(yīng)的FY間距、YG間距和脈搏波傳輸時(shí)間等參數(shù)。舉例而言，F(xiàn)Y間距段的截取方法包括從起始點(diǎn)開始到頂點(diǎn)的整段時(shí)間，從起始點(diǎn)到頂點(diǎn)的90％的這一段時(shí)間，從起始點(diǎn)到頂點(diǎn)的80％的這一段時(shí)間，等等依此類推。脈搏波傳輸時(shí)間的計(jì)算方法對(duì)于光電體積描記信號(hào)而言，該波形特征點(diǎn)可包括波形的頂點(diǎn)、底點(diǎn)以及介于這兩點(diǎn)之間的任意點(diǎn)。對(duì)于心電信號(hào)而言，該波形特征點(diǎn)可包括R波頂點(diǎn)、R波起始點(diǎn)、R波終了點(diǎn)和R波上的其他任意特征點(diǎn)，以及Q波、S波和T波上的任意特征點(diǎn)。
●步驟104確定FY間距、脈搏波傳輸時(shí)間和YG間距序列在該步驟104中，根據(jù)步驟103所確定的信號(hào)的各自的波形特征點(diǎn)，通過預(yù)定的方法來(lái)計(jì)算出每一個(gè)FY間距、YG間距和脈搏波傳輸時(shí)間。
圖3說明了如何確定信號(hào)中的光電體積描記信號(hào)的特征點(diǎn)F、Y、G等和相應(yīng)的脈搏波波形特征點(diǎn)，以及利用所確定的波形特征點(diǎn)計(jì)算FY間距、YG間距和脈搏波傳輸時(shí)間。其利用心電信號(hào)及光電體積描記信號(hào)定義脈搏波傳輸時(shí)間。如圖3(a)所示，時(shí)間301代表心電信號(hào)上的R波頂點(diǎn)在時(shí)間軸上的位置，時(shí)間302和時(shí)間303分別代表光電體積描記信號(hào)上的一個(gè)底點(diǎn)和一個(gè)頂點(diǎn)在時(shí)間軸上的位置。這些時(shí)間值可用于以不同的方式確定脈搏波傳輸時(shí)間。一種確定方法是計(jì)算時(shí)間301與時(shí)間302之間的時(shí)間差得到脈搏波傳輸時(shí)間Ts 304。另一種確定方法是計(jì)算時(shí)間301與時(shí)間303之間的時(shí)間差，以獲得脈搏波傳輸時(shí)間Td 305。
由于Td 304或Td 305是通過不同的光電體積描記信號(hào)的特征點(diǎn)所計(jì)算出來(lái)的，它們所傳遞的信息從生理上和數(shù)值上都是有所不同的。光電體積描記信號(hào)的各個(gè)特征點(diǎn)定義如下1)F309波形幅值快速上升的起始點(diǎn)(或是波形幅值從下降到快速上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn))；2)Y310波形幅值的最高點(diǎn)；3)W311波形下降沿的第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)(對(duì)于沒有這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)的信號(hào)，W點(diǎn)定義為波形下降沿上達(dá)到波形最高幅值的50％的點(diǎn))；4)G312波形下降沿上的第一個(gè)最低幅值點(diǎn)，如圖3(b)中G313所示；或是波形下降沿上達(dá)到波形最高幅值的1％的點(diǎn)，如圖3(b)中G312所示；或是和F點(diǎn)重合的點(diǎn)，如圖3(b)中G(F)314所示(不同的定義取決于不同的信號(hào))。其中利用光電體積描記信號(hào)定義FY間距，如圖3(a)所示，F(xiàn)Y間距段的截取方法包括從起始點(diǎn)開始到頂點(diǎn)的整段時(shí)間FY307，也可以包括從起始點(diǎn)到頂點(diǎn)的50％的這一段時(shí)間FY308等等，依此類推。
通過多次計(jì)算就可得到以Td 305或Td 306描述的脈搏波傳輸時(shí)間序列，以及F309、Y310和G312所確定的FY間距和YG間距。
此時(shí)如果不進(jìn)行血壓相對(duì)變化率的計(jì)算，則進(jìn)入步驟105確定FYV、PTTV、HRV和VR并進(jìn)而確定BPV；否則計(jì)算血壓相對(duì)變化率(步驟107)。
●步驟105確定FYV、PTTV、YGV和VR該步驟105用于利用一定時(shí)域和頻域的變化率分析法來(lái)計(jì)算FY間距變化率(FYV)、脈搏波傳輸時(shí)間的變化率(PTTV)，YG間距變化率(YGV)，以及與血容積相關(guān)的變化率(VR)。例如，具體方法可以是當(dāng)采用頻域方法時(shí)，設(shè)T＝{t1，t2，t3，……tn}T表示FY間距序列、或脈搏波傳輸時(shí)間、或YG間距，t表示序列T的平均值，則可以采用以下任一個(gè)等式來(lái)計(jì)算相應(yīng)的變化率FYV、PTTV或YGV。
1)FYV、PTTV或YGV=1n-1∑i=1n(ti-t‾)2]]>(序列T的標(biāo)準(zhǔn)方差)另外，假設(shè)T1＝{t1′，t2′，t3′，……tn-1′}T＝{t2-t1，t3-t2，t4-t3，……tn-tn-1}，t′表示序列T1的平均值。則上述變化率也可以由下面的計(jì)算式獲得2)FYV、PTTV或YGV=1n-2∑i=1n-2(ti+1′-ti′)2]]>3)FYV、PTTV或YGV=1n-2∑i=1n-1(ti′-t′‾)2]]>(序列T1的標(biāo)準(zhǔn)方差)此外，也可以采用頻域算法，對(duì)上述序列T或T1進(jìn)行傅立葉變換(或其它時(shí)域到頻域的變換)，得到序列T的頻譜。
其中頻域分析主要涉及幾個(gè)頻率分量極低頻分量(包括了超低頻分量)，大約在0～0.04Hz之間；低頻成分，大約在0.04～0.15Hz之間；以及高頻成分，大約在0.15～0.4Hz之間?？蓪?duì)頻譜上的幅度、面積等進(jìn)行計(jì)算，以獲得相應(yīng)的變化率。
圖4示例性地說明與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間序列所對(duì)應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間變化率PTTV的情況。如圖4所示，信號(hào)連續(xù)記錄的長(zhǎng)度為5分鐘左右，從而可以得到與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間序列和與每五次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間序列。
雖然本發(fā)明對(duì)于心臟搏動(dòng)的次數(shù)沒有嚴(yán)格的限制，但是次數(shù)取得太大就不能反映一些快速的血壓變化，即血壓變化率的高頻成分將不能被反映，因此次數(shù)最好還是取的越小越好。信號(hào)連續(xù)記錄的時(shí)間長(zhǎng)度取決于被測(cè)者所需要監(jiān)測(cè)的時(shí)間，從而可以反應(yīng)在該時(shí)段內(nèi)的病情等變化狀況。連續(xù)記錄的時(shí)間長(zhǎng)度是沒有限制的。
圖4中的變化率401和變化率402分別為相應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間序列的標(biāo)準(zhǔn)方差。圖4(a)示出了與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間，圖4(b)示出了與每五次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的脈搏波傳輸時(shí)間，即該序列的每一個(gè)值為每五個(gè)圖4(a)中所示的值的平均值。如圖所示，由圖4(a)和4(b)所示的示例的脈搏波傳輸時(shí)間序列在0.3秒和0.34秒之間都有較大的波動(dòng)。設(shè)T＝{t1，t2，t3，……tn}T表示脈搏波傳輸時(shí)間序列，t表示序列T的平均值，變化率PTTV 401和變化率PTTV 402均可以由上述的計(jì)算式1)-3)任一個(gè)獲得，或采用頻域分析法來(lái)計(jì)算PTTV，即對(duì)序列T進(jìn)行傅立葉變換(或其它時(shí)域到頻域的變換)，得到序列T的頻譜。通過對(duì)頻率分量進(jìn)行分析，找出與之相對(duì)應(yīng)的生理參數(shù)和所代表的生理狀況。
其中，對(duì)頻率分量的分析主要包括通過頻譜觀察該信號(hào)在哪些頻帶內(nèi)有顯著的成分，進(jìn)而可以計(jì)算出相應(yīng)頻帶的面積或相應(yīng)頻帶的面積與頻譜總面積的比值，從而可以反映與該頻帶相對(duì)應(yīng)的生理參數(shù)及所代表的生理狀況。舉例而言，通過計(jì)算心率的頻譜中0.04-0.15Hz的頻帶的面積或面積的比值既可以反映交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的活動(dòng)狀況等；而0.15-0.4Hz的頻率分量可以反映呼吸以及副交感神經(jīng)的活動(dòng)。
同樣，可通過體現(xiàn)數(shù)值序列變化趨勢(shì)的方法來(lái)計(jì)算YG間距變化率YGV(可參照上述方法)和血容積變化率(VR)。其計(jì)算方法仍可采用上所述的1)-3)的等式，或采用頻域分析法實(shí)現(xiàn)。
另外，在本發(fā)明中，心率信號(hào)可以通過心電信號(hào)或者光電體積信號(hào)得到；而血容積序列則可以從光電體積描記信號(hào)的波形面積中提取，包括波形上升沿的面積、波形下降沿的面積和整個(gè)波形的面積。得到心率序列和血容積序列之后，其變化率計(jì)算方法也可以采用上述的時(shí)域和頻域的計(jì)算方法。
此外，對(duì)血容積變化率(VR)的計(jì)算也可通過對(duì)光電體積描記信號(hào)的波形面積序列進(jìn)行求導(dǎo)得到。
舉例而言，在計(jì)算整個(gè)面積序列的情況下，由于光電體積描記信號(hào)有較為規(guī)則的波形，因此每一個(gè)單獨(dú)的波形既可以得到一個(gè)面積值，即從一個(gè)波形的起始點(diǎn)開始積分直至下一個(gè)波形的起始點(diǎn)就可以得到該波形的面積值，從而可以得到波形面積的序列，可以用上述的方法計(jì)算變化率，也可以對(duì)該面積序列進(jìn)行微分求導(dǎo)即可得到血容積變化率。
●步驟106確定血壓變化率BPV。BPV泛指血壓的連續(xù)變化率，可以包括血壓相對(duì)變化率以及血壓絕對(duì)變化率。
該步驟106利用步驟105所獲得的FY間距變化率(FYV)、YG間距變化率(YGV)、以及與血容積變化率(VR)和BPV之間的關(guān)系式，來(lái)直接計(jì)算血壓絕對(duì)變化率BPV。圖2用于說明上述的計(jì)算血壓變化率的流程圖。在步驟201，即按照步驟105所述的方法計(jì)算出FY間距變化率(FYV)、YG間距變化率(YGV)與血容積變化率(VR)。
計(jì)算BPV的關(guān)系式可表示為BPV＝f(FYV，YGV，VR，c)或是BPV＝f(PTTV，YGV，VR，c)，f( )的具體形式取決于確定變化率的具體方法，基于血壓和FY或PTT、HR和SV之間的關(guān)系血壓＝m·FYn+a·YG+b·SV+c或者血壓＝m/PTT2+a·YG+b·SV+c，n≠0。其中m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，即表示上臂血壓與FY間距、YG間距以及血容積之間的關(guān)系系數(shù)，F(xiàn)Y表式FY間距，PTT表示脈搏波傳輸時(shí)間，YG表示YG間距，SV表示血容積量，a、b、m為常數(shù)且a∈
，b∈
。并根據(jù)具體的變化率方法即可導(dǎo)出。可以采用校準(zhǔn)的方法，即用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行一次或幾次測(cè)量作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定這些常數(shù)。
舉例而言，若BP＝m·FY2+c(其中m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù))，則可通過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到BPV=mn-1∑i=1n(FYi2-FY2‾)2=m·FY2V.]]>以此類推，當(dāng)血壓的計(jì)算式中包含多個(gè)參數(shù)FY、YG和SV時(shí)，亦可得到相應(yīng)的BPV＝f(FYV，YGV，VR，c)。
進(jìn)一步，可以判斷在指定時(shí)間段內(nèi)的心率變化率HRV(標(biāo)準(zhǔn)方差)是否大于某一閾值Th。該閾值可以通過計(jì)算在指定時(shí)間段內(nèi)的心率變化的標(biāo)準(zhǔn)方差與心率平均值的比值來(lái)確定，若該比值小于3％，則可忽略心率變化率HRV的影響。如是，則用上面的式計(jì)算BPV(步驟203)；否則，血壓變化率的計(jì)算可以忽略心率變化率HRV的影響，此時(shí)用式BPV＝f(PTTV，VR，c)計(jì)算BPV(步驟204)。
可以通過在一定時(shí)段內(nèi)一個(gè)或幾個(gè)FY間距波動(dòng)的相對(duì)百分比以及YG間距和血容積等參數(shù)的相對(duì)變化百分比，來(lái)反映與之相對(duì)應(yīng)的血壓值波動(dòng)的相對(duì)百分比，因此可以反映在一定時(shí)段內(nèi)血壓的相對(duì)變化趨勢(shì)，而不是反映血壓數(shù)值的絕對(duì)變化率。這是因?yàn)?，由于血壓值的波?dòng)趨勢(shì)是FY間距、YG間距和血容積等參數(shù)波動(dòng)趨勢(shì)的線性疊加，因此知道了脈搏波傳輸時(shí)間和心率的波動(dòng)趨勢(shì)，即可以大致地確定血壓的波動(dòng)趨勢(shì)。
●步驟107計(jì)算血壓相對(duì)變化率該步驟107包括利用脈搏波傳輸時(shí)間和血壓(收縮壓和舒張壓)之間的關(guān)系計(jì)算血壓相對(duì)變化率，其關(guān)系式可表達(dá)為血壓＝m·FYn+a·YG+b·SV+c或者血壓＝m/PTT2+a·YG+b·SV+c，其中n≠0，m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，即表示上臂血壓與FY間距、YG間距以及血容積之間的關(guān)系系數(shù)，F(xiàn)Y表式FY間距，YG表示YG間距，SV表示血容積量，a、b、m為常數(shù)且a∈
，b∈
。
基于該關(guān)系式，不需要進(jìn)行校準(zhǔn)就可以通過FY間距、YG間距以及血容積等參數(shù)的相對(duì)變化率來(lái)反映與每一次(或幾次)心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列的相對(duì)變化率。即通過在一定時(shí)段內(nèi)每一個(gè)(或幾個(gè))FY間距波動(dòng)的相對(duì)百分比以及YG間距和血容積等參數(shù)的相對(duì)變化百分比，來(lái)反映與之相對(duì)應(yīng)的血壓值波動(dòng)的相對(duì)百分比。
圖6和圖7用于說明血壓值相對(duì)波動(dòng)的情況。圖6(a)示出了與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的收縮壓值序列在五分鐘之內(nèi)變化情況。由圖6(a)可以看到，即使在短短的5分鐘內(nèi)，與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的收縮壓在110mmHg和118mmHg之間亦有較大的波動(dòng)。
需要說明，圖6和圖7中所顯示僅僅是血壓的波動(dòng)情況，即將原序列減去平均值之后所得到的數(shù)值序列。變化率601為該收縮壓值序列的標(biāo)準(zhǔn)方差。圖6(b)示出了與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的舒張壓值序列在五分鐘之內(nèi)變化情況。由圖6(b)可以看到，在5分鐘內(nèi)，與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的舒張壓在68mmHg和73mmHg之間亦有較大的波動(dòng)，變化率602為該舒張壓值序列的標(biāo)準(zhǔn)方差。假設(shè)BP＝{P1，P2，P3，……Pn}T表示與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列，P表示序列BP的平均值，變化率601和變化率602均可以由下面的計(jì)算式得到式4 圖7說明了與每五次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值在較短一段時(shí)間的波動(dòng)情況。
圖7(a)示出了與每五次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的收縮壓值序列在五分鐘之內(nèi)變化情況。由圖7(a)可以看到，與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的收縮壓在110mmHg和117mmHg之間亦有較大的波動(dòng)，變化率701即為該收縮壓值序列的標(biāo)準(zhǔn)方差。圖7(b)示出了與每五次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的舒張壓值序列在五分鐘之內(nèi)變化的情況。由圖7(b)可以看到，在5分鐘內(nèi)，與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的舒張壓在68mmHg和73mmHg之間亦有較大的波動(dòng)，變化率702即為該舒張壓值序列的標(biāo)準(zhǔn)方差。計(jì)算變化率701和變化率702的方法如上式4所述。
●步驟108用FY間距(或結(jié)合其它參數(shù))計(jì)算血壓血壓＝m·FYn+c，n≠0，其中m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，即表示上臂血壓與FY間距之間的關(guān)系系數(shù)，F(xiàn)Y表示FY間距。校準(zhǔn)時(shí)適當(dāng)改變傳感器與身體被測(cè)位置之間的接觸壓力，并選擇在不同的接觸壓力值之下完成校準(zhǔn)。
另外，當(dāng)需要進(jìn)一步提高血壓測(cè)量的精度時(shí)，可以根據(jù)所確定的FY間距序列，結(jié)合脈搏波傳輸時(shí)間，以及光電體積描記信號(hào)的另一特征參數(shù)YG間距(其定義如圖10所示)，采用如下方法確定血壓＝m·FYn+a/PTT2+b·YG+d，其中a∈
，b∈
。
●步驟109從血壓值序列計(jì)算血壓變化率通過用FY間距(或結(jié)合其它參數(shù))測(cè)得的每一次(或幾次)心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列，并對(duì)該血壓值序列通過一定時(shí)域和頻域的變化率分析法進(jìn)行計(jì)算和分析?？梢圆捎们懊婷枋龅姆椒ǐ@得血壓在某一時(shí)段內(nèi)的變化趨勢(shì)，以反映相應(yīng)的生理狀態(tài)的變化。
圖5是用于說明血壓在一天中(從早上8點(diǎn)左右到下午4點(diǎn)左右)的絕對(duì)變化情況。如圖5所示，收縮壓和舒張壓在一天中不同的時(shí)段或是不同的狀態(tài)下都有明顯的變化。開車去工作時(shí)的血壓501對(duì)應(yīng)于早上9點(diǎn)左右，在該時(shí)段和該種狀態(tài)下收縮壓和舒張壓都處于一天之中相對(duì)較低的值。備課時(shí)的血壓502對(duì)應(yīng)于早上11點(diǎn)左右，在該時(shí)段和該種狀態(tài)下收縮壓和舒張壓都處于一天之中相對(duì)較高的值。外出就餐時(shí)的血壓503對(duì)應(yīng)于中午12點(diǎn)左右，在該時(shí)段和該種狀態(tài)下收縮壓和又回落到一天之中相對(duì)較低的值；舒張壓雖然也有所回落，但是回落的幅度沒有收縮壓大。在辦公室忙碌工作時(shí)的血壓504對(duì)應(yīng)于下午2點(diǎn)左右，在該時(shí)段和該種狀態(tài)下收縮壓又上升到一天之中相對(duì)較高的值；而舒張壓則比較平穩(wěn)，沒有顯著變化。上課時(shí)的血壓505對(duì)應(yīng)于下午3點(diǎn)左右，在該時(shí)段和該種狀態(tài)下收縮壓雖然較辦公室忙碌工作時(shí)的收縮壓有所回落，但仍處于一天中相對(duì)較高的值；而舒張壓較辦公室忙碌工作時(shí)的舒張壓有所上升，也處于一天中相對(duì)較高的值。
進(jìn)一步，本發(fā)明可以從血壓的頻譜中觀察到超低頻、極低頻、低頻和高頻成分，因而可以對(duì)各個(gè)頻率成分的變化率進(jìn)行定義，從而可以更好地反映與之相關(guān)的生理狀態(tài)的變化。頻率變化率的定義方法主要包括面積法等，即將各個(gè)頻率成分的面積比上頻譜的總面積來(lái)確定各個(gè)頻率成分的變化。
圖8用于說明根據(jù)本發(fā)明的方法所測(cè)量的與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值在較短一段時(shí)間內(nèi)的頻譜。圖8(a)所示為與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的收縮壓的頻譜，其中有3個(gè)較為顯著的頻率成分801、802和803。801為極低頻分量(包括了超低頻分量)，大約在0～0.04Hz之間；802為低頻成分，大約在0.04～0.15Hz之間；803為高頻成分，大約在0.15～0.4Hz之間。圖8(b)所示為與每一次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的舒張壓的頻譜，其中也有3個(gè)與(a)中頻率成分相一致的頻率分量804、805和806。這些頻率分量具有重要的生理意義，分別可以與交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)的活動(dòng)以及呼吸運(yùn)動(dòng)等相關(guān)聯(lián)。
圖9是用于說明光電體積描記信號(hào)的FY間距在較短一段時(shí)間的波動(dòng)情況，及其相應(yīng)的頻譜。圖9(a)所示為FY間距在1分鐘內(nèi)的波動(dòng)，其波動(dòng)范圍大約在±0.03秒之內(nèi)。圖9(b)為相應(yīng)于圖9(a)所示的FY間距序列的頻譜。由圖9(b)中可以清楚地看到兩個(gè)頻率分量大約在0.05Hz左右和0.3Hz左右。這兩個(gè)頻率分量分別可以與交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)的活動(dòng)以及呼吸運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。因此，F(xiàn)Y間距也包含了與心率和血壓相類似的頻率分量，可以體現(xiàn)重要的生理意義。
圖10是用于說明光電體積描記信號(hào)上的各個(gè)特征間距和幅度的具體定義，包括FY間距1001、YW間距1002、WG間距1003、GF間距1004、FG間距1007、FY幅度1005和YW幅度1006。其中F、Y、W和G的定義如圖3所述。FY間距的表示方法還可以包括FY間距1001中的任意段。
圖11是用于說明根據(jù)本發(fā)明的用FY間距估算的血壓值與真實(shí)值的比較(n＝2)。估算式可采用血壓＝m·FY2+c，其中m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，即表示上臂血壓與FY間距之間的關(guān)系系數(shù)，F(xiàn)Y表示FY間距。校準(zhǔn)時(shí)適當(dāng)改變傳感器與身體接觸端之間的壓力，并選擇在不同的壓力值之下進(jìn)行校準(zhǔn)。圖11(a)所示為估算的收縮壓與真實(shí)值的比較，橫坐標(biāo)表示分別在7個(gè)不同壓力值之下進(jìn)行的7次測(cè)量，縱坐標(biāo)表示收縮壓的數(shù)值；測(cè)量的平均誤差僅為-1.8mmHg，而標(biāo)準(zhǔn)方差為2.4mmHg。圖11(b)所示為對(duì)同一個(gè)被測(cè)者估算的舒張壓與真實(shí)值的比較，其橫坐標(biāo)所表示的7個(gè)不同壓力值分別與圖11(a)中的各個(gè)壓力值相對(duì)應(yīng)；測(cè)量的平均誤差僅為-2.2mmHg，而標(biāo)準(zhǔn)方差為3.3mmHg。
以上為說明的目的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，在本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、添加和替換都是可能的，并都在本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓參數(shù)的方法，包括以下步驟a.從人體采集與脈搏波相關(guān)的信號(hào)；b.從所采集的信號(hào)中獲取特征參數(shù)，得到相應(yīng)的特征參數(shù)序列；c.根據(jù)所確定的信號(hào)的特征參數(shù)序列，確定與每次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述血壓參數(shù)包括血壓值，血壓相對(duì)變化率和/或血壓連續(xù)變化率，瞬時(shí)血壓變化率，以及與每次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓變化率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述與脈搏波相關(guān)的信號(hào)為與脈搏波的產(chǎn)生和傳輸特性相關(guān)的信號(hào)，包括心臟的收縮與擴(kuò)張所產(chǎn)生的波動(dòng)信號(hào)，或是由心臟搏動(dòng)所引起的與血流量相關(guān)的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述脈搏波通過光傳感器、壓力傳感器、聲傳感器、光電傳感器、加速度傳感器、位移傳感器或是電極來(lái)測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a采用光電體積法來(lái)采集與脈搏波的傳輸時(shí)間相關(guān)的光電體積描記信號(hào)，并且所述步驟b進(jìn)一步包括根據(jù)所采集到的光電體積描記信號(hào)，確定其中每一個(gè)波形的起始點(diǎn)和相應(yīng)頂點(diǎn)，并截取所述起始點(diǎn)與頂點(diǎn)之間的一段作為FY間距，該FY間距作為所述光電體積描記信號(hào)的特征參數(shù)之一，其中所述FY間距包括從所述起始點(diǎn)開始到頂點(diǎn)的整段時(shí)間，或其中部分段時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟c進(jìn)一步包括根據(jù)所確定的FY間距，以及所述FY間距與血壓之間的關(guān)系血壓＝m·FYn+c，來(lái)獲取血壓值序列，其中n≠0，F(xiàn)Y表示FY間距，m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟c進(jìn)一步包括校準(zhǔn)步驟，其中在校準(zhǔn)時(shí)，改變傳感器與身體被測(cè)位置之間的接觸壓力，并在不同的接觸壓力值下進(jìn)行校準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟c進(jìn)一步包括根據(jù)所確定的FY間距序列，所述脈搏波傳輸時(shí)間，以及光電體積描記信號(hào)的另一特征參數(shù)YG間距，采用如下計(jì)算式來(lái)計(jì)算血壓值血壓＝m·FYn+a/PTT2+b·YG+d，其中n≠0，a∈
，b∈
其中所述YG間距為光電體積描記信號(hào)波形上的Y點(diǎn)與G點(diǎn)之間的間距，其中，Y點(diǎn)為光電體積描記信號(hào)波形的頂點(diǎn)；G點(diǎn)是波形下降沿上的第一個(gè)最低幅值點(diǎn)；或是波形下降沿上達(dá)到波形最高幅值的1％的點(diǎn)；或是和下一個(gè)起始點(diǎn)相重合的點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所確定的與每一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列，通過時(shí)域或頻域方法確定血壓的連續(xù)變化率BPV，其中所述時(shí)域方法為設(shè)T＝{t1，t2，t3，……tn}T表示血壓值序列，t表示序列T的平均值，T1＝{t1′，t2′，t3′，……tn-1′}T＝{t2-t1，t3-t2，t4-t3，……tn-tn-1}，t′表示序列T1的平均值方法一BPV=1n-1Σi=1n(ti-t‾)2]]>方法二BPV=1n-2Σi=1n-2(ti+1′-ti′)2]]>方法三BPV=1n-2Σi=1n-1(ti′-t′‾)2]]>所述頻域方法為對(duì)序列T進(jìn)行傅立葉變換或其它時(shí)域到頻域的變換，得到序列T的頻譜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括從所述光電體積描記信號(hào)的波形面積中提取相關(guān)信息，所述相關(guān)信息包括波形上升沿的面積、波形下降沿的面積和整個(gè)波形的面積，來(lái)確定血容積量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，利用FY間距或脈搏波傳輸時(shí)間，YG間距、血容積與血壓之間的關(guān)系，根據(jù)與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的FY間距序列的相對(duì)變化率，以及YG間距和血容積的相對(duì)變化率，確定與一次或幾次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓值序列的相對(duì)變化率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括利用在一定時(shí)段內(nèi)一個(gè)或多個(gè)FY間距波動(dòng)的相對(duì)百分比，以及所述YG間距和血容積的相對(duì)變化率，來(lái)確定相應(yīng)的血壓值波動(dòng)的相對(duì)百分比。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，按照如下方式確定所述FY間距、YG間距與血壓之間的關(guān)系血壓＝m·FYn+a·YG+b·SV+c，n≠0，其中m和c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)，表示上臂血壓與FY間距、YG間距以及血容積之間的關(guān)系，F(xiàn)Y表示FY間距，YG表示YG間距，SV表示血容積量，a、b為常數(shù)且a∈
，b∈
。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)在指定時(shí)段內(nèi)心率變化率小于某一閾值時(shí)，在確定血壓時(shí)忽略心率的影響，此時(shí)a＝0。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括利用時(shí)域方法或頻域方法確定FY間距變化率FYV，脈搏波傳輸時(shí)間變化率PTTV，YG間距變化率YGV，或血容積變化率VR，其中所述時(shí)域方法為采用下列等式中的任一項(xiàng)確定FYV設(shè)T＝{t1，t2，t3，……tn}T表示FY間距序列、脈搏波傳輸時(shí)間序列、YG間距序列、或血容積序列，t表示序列T的平均值，T1＝{t1′，t2′，t3′……tn-1′}T＝{t2-t1，t3-t2，t4-t3，……tn-tn-1}，t′表示序列T1的平均值。1)FYV、PTTV、YGV或VR=1n-1Σi=1n(ti-t‾)2,]]>2)FYV、PTTV、YGV或VR=1n-2Σi=1n-2(ti+1′-ti′)2]]>3)FYV、PTTV、YGV或VR=1n-2Σi=1n-1(ti′-t′‾)2]]>所述頻域方法為對(duì)所述序列T進(jìn)行傅立葉變換或其它時(shí)域到頻域的變換，得到序列T的頻譜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括利用如下關(guān)系式BPV＝f(FYV，YGV，VR，c)直接確定血壓變化率BPV，其中f()的具體形式取決于所述各參數(shù)變化率FYV，YGV，VR的具體計(jì)算方式，c表示對(duì)各個(gè)不同的被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括采用面積法確定血壓頻譜的極低頻變化率、低頻變化率和高頻變化率，其中所述面積法是將各個(gè)頻率成分的面積相對(duì)于所述血壓頻譜的總面積來(lái)確定各個(gè)頻率成分的變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述血壓頻譜的頻率分量包括超低頻分量，其頻率范圍在0～0.003Hz之間；極低頻分量，其頻率范圍在0.003～0.04Hz之間；低頻成分，其頻率范圍在0.04～0.15Hz之間；以及高頻成分，其頻率范圍在0.15～0.4Hz之間，所述確定血壓頻譜的超低頻變化率、極低頻變化率、低頻變化率和高頻變化率的方法為超低頻變化率0～0.003Hz范圍內(nèi)血壓頻譜的面積/血壓頻譜的總面積；極低頻變化率0.003～0.04Hz范圍內(nèi)血壓頻譜面積/血壓頻譜的總面積；低頻變化率0.04～0.15Hz范圍內(nèi)血壓頻譜的面積/血壓頻譜的總面積；高頻變化率0.15～0.4Hz范圍內(nèi)血壓頻譜的面積/血壓頻譜的總面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求5，6，8，13、14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在進(jìn)行血壓或血壓變化率的估算中，以脈搏波傳輸時(shí)間替代所述FY間距。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定所采集到的與脈搏波產(chǎn)生與傳輸時(shí)間相關(guān)的信號(hào)的相應(yīng)的波形特征點(diǎn)位置，和利用所確定的波形特征點(diǎn)位置計(jì)算與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)脈搏波傳輸時(shí)間序列，其中，對(duì)于光電體積描記信號(hào)，所述波形特征點(diǎn)為波形的頂點(diǎn)和/或底點(diǎn)；對(duì)于心電信號(hào)，所述波形特征點(diǎn)為R波頂點(diǎn)和/或R波起始點(diǎn)和/或R波終了點(diǎn)，以及Q波、S波和T波上的任意特征點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，利用心電信號(hào)頂點(diǎn)時(shí)間或光電體積描記信號(hào)底點(diǎn)之間的時(shí)間差，或心電信號(hào)頂點(diǎn)時(shí)間或光電體積描記信號(hào)頂點(diǎn)之間的時(shí)間差，確定所述脈搏波傳輸時(shí)間序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量與一次或多次心臟搏動(dòng)相對(duì)應(yīng)的血壓參數(shù)的方法，包括以下步驟1)從人體采集與脈搏波產(chǎn)生及傳輸特性相關(guān)的一系列信號(hào)；2)從所采集的信號(hào)中獲取信號(hào)的特征參數(shù)序列；3)根據(jù)所述獲取的信號(hào)特征參數(shù)序列確定血壓參數(shù)。本發(fā)明還可進(jìn)一步根據(jù)所述獲取的信號(hào)特征參數(shù)序列，結(jié)合脈搏傳輸時(shí)間序列以及其他相關(guān)的參數(shù)確定血壓參數(shù)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的血壓及血壓變化率的無(wú)損連續(xù)測(cè)量，適用于對(duì)患有心血管疾病的中老年人，為血壓變化率的測(cè)量帶來(lái)了極大的方便，為醫(yī)療和保健提供了有用信息。
文檔編號(hào)A61B5/021GK1698535SQ200410042410
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者張?jiān)? 顧穎穎, 鄭振輝 申請(qǐng)人:香港中文大學(xué)