專利名稱：一種非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，特別是無創(chuàng)電子血壓測量裝置，尤其涉及血壓測量過程中擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法。
背景技術(shù)：
目前人體血壓的無創(chuàng)測量一般采用基于袖帶脈搏波的振蕩方法，包括利用柯氏音的聽診法(簡稱柯氏音法)和利用袖帶振蕩波的比例系數(shù)法(簡稱振蕩法)。
柯氏音法是采用醫(yī)用聽診器、水銀壓力計及袖帶、充/放氣囊，通過將袖帶捆綁在受試者上臂的適當(dāng)位置，以聽診器貼近肱動脈，以充/放氣囊向袖帶充氣增加壓力直到阻塞手臂的血液流動，再通過充/放氣囊逐步減低袖帶壓力以恢復(fù)手臂的血液流動，利用此過程中手臂動脈血流脈動產(chǎn)生的一個由小到大，再由大到小的柯氏音變化，由有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)護(hù)人員借助聽診器聽取其變化，同時借助水銀壓力計來確定收縮壓和舒張壓。
電子血壓測量設(shè)備絕大多數(shù)是采用振蕩法。設(shè)備硬件包括有袖帶、放氣閥、充氣泵及充、放氣控制、與壓力傳感器連接的氣路，檢測袖帶壓力的壓力傳感器及處理電路，基于袖帶壓力變化的壓力脈搏波處理電路，用于采樣數(shù)據(jù)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換控制、計算分析的單片機(jī)系統(tǒng)。其測量血壓過程與聽診法類似，也通過袖帶充氣升壓以阻塞手臂的血液流動，再逐漸使袖帶放氣降壓以恢復(fù)手臂的血液流動；不同的是，它用電子傳感器采集放氣過程中的數(shù)據(jù)手臂動脈血流的脈動傳遞到袖帶內(nèi)所產(chǎn)生的壓力脈搏波的幅值，及其對應(yīng)的袖帶內(nèi)壓力值；從而得到一組幅度從小到大，再由大到小的壓力脈搏波數(shù)據(jù)及對應(yīng)的由大到小的袖帶壓力數(shù)據(jù)。振蕩法確定收縮壓和舒張壓利用的是，以壓力脈搏波的最大幅值所對應(yīng)的袖帶壓力為平均壓，以壓力脈搏波的比例幅度值(為最大幅值乘以二個小于1的經(jīng)驗(yàn)比例系數(shù)得到的二個幅度值)所對應(yīng)的袖帶壓力，高的為收縮壓，低的為舒張壓。
在血壓測量過程中，常用的放氣形式可以是連續(xù)均勻放氣，使袖帶壓力以3-5mmHg均勻遞減，同時檢測袖帶壓力和壓力脈搏波；也可以是臺階放氣，使袖帶壓力以5-10mmHg的臺階逐次減低，在每個壓力臺階上檢測壓力脈搏波，每次臺階壓力減低的大小將根據(jù)檢測到的脈搏波幅度來確定。連續(xù)均勻放氣形式將增加血壓測量過程的時間，也難于克服手臂運(yùn)動、體位變化對結(jié)果的影響，其應(yīng)用受到一定限制；而臺階放氣形式將減少血壓測量時間，并能克服由于手臂運(yùn)動、體位變化等引發(fā)的干擾，具備較好的抗干擾能力，所以血壓測量中大多采用臺階放氣形式。
系統(tǒng)的軟件在完成上述充、放氣控制的同時，還把放氣過程中各個臺階上檢測到的袖帶壓和袖帶內(nèi)脈搏波與特征波識別，恢復(fù)基于這個特征脈搏波的袖帶振蕩波趨勢包絡(luò)曲線。不同的設(shè)備廠家采用的恢復(fù)方法不盡相同。因恢復(fù)方法對形成包絡(luò)曲線有直接影響，從而很大程度上它將決定人體血壓測量的準(zhǔn)確度。目前主要被使用的方法是，先采用線性插值方法來恢復(fù)臺階之間的脈搏波振幅值，再采用多點(diǎn)滑動平均法來消除異常波動，由此線性擬合出脈搏波幅度包絡(luò)曲線。
上述現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)是，由于實(shí)際放氣過程中所產(chǎn)生的袖帶脈搏波的幅度改變趨勢是由小到大，到達(dá)幅度極值后再由大到小，形成非對稱并且非線性曲線包絡(luò)趨勢，所以用線性趨勢來擬合存在一定的缺陷，不能準(zhǔn)確恢復(fù)脈搏波幅度變化包絡(luò)曲線，不利于準(zhǔn)確計算后續(xù)的平均壓、收縮壓和舒張壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，用于電子血壓測量過程中的數(shù)據(jù)處理，它能準(zhǔn)確恢復(fù)脈搏波幅度變化趨勢包絡(luò)圖，從而準(zhǔn)確計算平均壓，為收縮壓和舒張壓的準(zhǔn)確計算奠定基礎(chǔ)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思為每個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)包括壓力脈搏波幅值及其對應(yīng)的袖帶壓力值，考慮到常用的臺階放氣形式，因?yàn)橄到y(tǒng)軟件根據(jù)檢測到的脈搏波幅度來控制每次臺階壓力的減低值，從而各相鄰采樣點(diǎn)的袖帶壓力差值不等。為了精確恢復(fù)包絡(luò)和便于計算，本方法選擇適當(dāng)?shù)牟竭M(jìn)差值，在采樣點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用逐點(diǎn)移動分段多次曲線擬合和非線性插值的方法，產(chǎn)生一系列相鄰等壓力差值的袖帶壓力所對應(yīng)的脈搏波幅值，并存儲之；再逐點(diǎn)平滑之，產(chǎn)生恢復(fù)后的脈搏波振蕩包絡(luò)趨勢；找出該趨勢曲線的最大值點(diǎn)，即為平均壓位置點(diǎn)。
作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)方案是，提供一種非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，用于電子血壓測量裝置測試血壓的步驟包括，先通過氣路加壓使袖帶壓力達(dá)到預(yù)定值；再軟件控制其放氣的同時采樣各點(diǎn)的壓力脈搏波幅值Y和袖帶壓力值X；尤其包括對采樣數(shù)據(jù)的處理步驟a.以所述采樣的首個采樣點(diǎn)X0、Y0為初始值，選擇一個壓力步長Δ，便于后續(xù)以所有采樣點(diǎn)Xn、Yn為處理中間值進(jìn)行趨勢項(xiàng)擬合時，產(chǎn)生Xm、Ym插值點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中n，m為自然數(shù)，Xm＝X0-mΔ；b.基于所述采樣點(diǎn)，依次逐一移動選取至少3個相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行如下處理，直至最后一個采樣點(diǎn)被選擇處理以所述至少3點(diǎn)構(gòu)造多次曲線進(jìn)行分段趨勢項(xiàng)擬合，在選定順序位置(第一和第二，或第二和第三，或其它)的兩相鄰采樣點(diǎn)之間，產(chǎn)生趨勢插值點(diǎn)Xm、Ym，并依次存儲之，其中Xm介于該所述兩采樣點(diǎn)的袖帶壓力值區(qū)間，n、m在此過程中逐一遞增；c.以所述存儲的各點(diǎn)脈搏波幅值為中間值進(jìn)行平滑處理逐一移動對所述各點(diǎn)幅值，使之與至少2個相鄰點(diǎn)的幅值一起加權(quán)平均，得到該點(diǎn)平滑后的幅值，并存儲之。
在上述得到的恢復(fù)后脈搏波振蕩包絡(luò)趨勢曲線數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，還可以包括步驟d.在所述存儲的平滑后曲線數(shù)據(jù)中查詢最大脈搏波幅值，以該位置為基準(zhǔn)選取其左右分別1點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)，與之共同構(gòu)造多次曲線，計算該多次曲線的最大值，作為振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)曲線的極值，所對應(yīng)的袖帶壓力為平均壓。
利用本發(fā)明方法，能準(zhǔn)確恢復(fù)脈搏波幅度變化趨勢包絡(luò)，使取得的平均壓更能符合臨床的實(shí)際情況。


圖1是本發(fā)明方法數(shù)據(jù)處理流程2是本發(fā)明脈搏波幅度變化趨勢包絡(luò)示意3是無創(chuàng)電子血壓測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明.
以圖3所示的模塊化無創(chuàng)血壓測量裝置為例，其結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)及外圍存儲器(中央處理單元)、壓力傳感器、袖帶壓力放大電路與脈搏波放大電路、氣路結(jié)構(gòu)。其中，單片機(jī)系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)測量過程中的監(jiān)控、控制，數(shù)據(jù)處理，結(jié)果計算，以及對上位控制系統(tǒng)的通訊。測量裝置系統(tǒng)先通過氣路加壓使袖帶壓力達(dá)到預(yù)定值，再軟件控制其放氣的同時采樣各點(diǎn)的壓力脈搏波幅值和相應(yīng)的袖帶壓力值，放氣形式為臺階放氣或連續(xù)放氣，則采樣到的數(shù)據(jù)以袖帶壓力為橫軸，振蕩脈搏波幅度為縱軸，可以表示為如圖2所示的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)A(X，Y)、B(X，Y)、C(X，Y)......，示例中XA、XB、XC......為非等差袖帶壓力采樣值。在擬合恢復(fù)曲線包絡(luò)時，為了便于計算和精細(xì)擬合，本方法通過非線性插值，使得到代表曲線包絡(luò)的一系列等壓力間隔的數(shù)據(jù)點(diǎn)(X0，Y0)，(X1，Y1)，(X2，Y2)，(X3，Y3)......其中X1-X0＝X2-X1＝X3-X2＝......＝Δ，再行計算處理。
具體處理流程如圖1所示，包括以下步驟a.以首個采樣點(diǎn)的袖帶壓力X0、Y0為初始值，選擇一個壓力步長Δ，便于后續(xù)以所有采樣點(diǎn)Xn、Yn為處理中間值進(jìn)行趨勢項(xiàng)擬合時，產(chǎn)生Xm、Ym插值點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中n，m為自然數(shù)，Xm＝X0-mΔ；b.基于所述采樣點(diǎn)，依次逐一移動選取3個相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以之構(gòu)造二次曲線進(jìn)行分段趨勢項(xiàng)擬合，在每第1點(diǎn)袖帶壓力值至第2點(diǎn)的袖帶壓力值止，產(chǎn)生該范圍內(nèi)的各預(yù)定袖帶壓力插值X0-mΔ處的壓力脈搏波幅度插值Ym，并依次存儲之；m在此過程中逐一遞增；c.以所述存儲的各點(diǎn)脈搏波幅值為中間值進(jìn)行平滑處理逐一移動對所述各點(diǎn)幅值Yn，使之與相鄰左右各2個點(diǎn)的幅值一起加權(quán)平均進(jìn)行平滑，得到該點(diǎn)平滑后的幅值，并存儲之；d.在所述存儲的平滑后數(shù)據(jù)中查詢最大脈搏波幅值，以該位置為基準(zhǔn)選取其左右分別1點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)，與之共同構(gòu)造多次曲線，計算該多次曲線的最大值，作為振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)曲線的極值，所對應(yīng)的袖帶壓力為平均壓。
其中，步驟a中步差Δ可以依測試人體的不同在3-5mmHg壓差范圍內(nèi)選值。
步驟b中的二次曲線用3點(diǎn)擬合，可表示為Y＝anX2+bnX+cn并滿足Yn＝Y(jié)(Xn)，Yn+1＝-Y(Xn+1)，Yn-1＝Y(jié)(Xn-1)由此確定an、bn、cn并進(jìn)一步推算出X0-mΔ≤Xn壓力處的Ym數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)有足夠的資源和運(yùn)算速度，可以用3點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)構(gòu)造多次擬合曲線，進(jìn)行非線性插值。
除了示例采用的在每一分段的首兩個采樣點(diǎn)之間插值，也可以采用在后兩個采樣點(diǎn)之間插值；在以所有采樣點(diǎn)Xn、Yn為處理中間值進(jìn)行分段趨勢項(xiàng)擬合時，一般因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)足夠多，從而可以允許放棄在最后兩個采樣點(diǎn)間或最先兩個采樣點(diǎn)間進(jìn)行插值。
步驟c中平滑濾波處理，采用相鄰點(diǎn)的滾動加權(quán)平均方法，以5點(diǎn)為例，實(shí)踐中不排除3點(diǎn)或4點(diǎn)的加權(quán)平均。所述加權(quán)平均也可以簡化為算術(shù)平均。
為使數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，上述步驟d可以進(jìn)一步處理，如圖2所示依據(jù)查詢到的極大值位置，往壓力遞增方向選相鄰1個數(shù)據(jù)點(diǎn)，壓力遞減方向選相鄰2個數(shù)據(jù)點(diǎn)，使趨勢較陡一端的數(shù)據(jù)點(diǎn)較多，以確保上升沿的趨勢權(quán)重；再依據(jù)上述的4個數(shù)據(jù)點(diǎn)，用最小二乘法構(gòu)造二次曲線，該曲線的頂點(diǎn)確認(rèn)為脈搏波幅度趨勢包絡(luò)的極值，對應(yīng)著平均壓；依此幅度極值還可以進(jìn)一步計算收縮壓和舒張壓對應(yīng)的幅度，從而依此包絡(luò)推算收縮壓和舒張壓。
系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理程序模塊在使用本發(fā)明方法時，還結(jié)合對脈搏波進(jìn)行基準(zhǔn)波的識別和幅度的計算和判斷，只有在出現(xiàn)正常的趨勢性脈搏時，才可以進(jìn)行后續(xù)的脈搏擬合和插值運(yùn)算，以及進(jìn)一步的血壓計算，而未能發(fā)現(xiàn)正常的趨勢性的脈搏時，將繼續(xù)尋找脈搏波或報異常，并產(chǎn)生相應(yīng)的錯誤信息，該處理過程不在本發(fā)明目的之內(nèi)，未加闡述。
運(yùn)用本發(fā)明方法，采用非線性擬合來恢復(fù)振蕩波的趨勢包絡(luò)，可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)極值脈搏波的獲取以及對平均壓的定位；臨床驗(yàn)證，取得的平均壓更能符合測試的實(shí)際情況，特別是能有效處理臺階放氣獲得的數(shù)據(jù)，從而縮短測試過程，有利于安全。
權(quán)利要求
1.一種非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，用于電子血壓測量裝置測試血壓的步驟包括，先通過氣路加壓使袖帶壓力達(dá)到預(yù)定值；再軟件控制其放氣的同時采樣各點(diǎn)的壓力脈搏波幅值Y和袖帶壓力值X；其特征在于，還包括對所述采樣數(shù)據(jù)的處理步驟a.以所述采樣的首個采樣點(diǎn)X0、Y0為初始值，選擇一個壓力步長Δ，便于后續(xù)以所有采樣點(diǎn)Xn、Yn為處理中間值進(jìn)行趨勢項(xiàng)擬合時，產(chǎn)生Xm、Ym插值點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中n，m為自然數(shù)，Xm＝X0-mΔ；b.基于所述采樣點(diǎn)，依次逐一移動選取至少3個相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行如下處理，直至最后一個采樣點(diǎn)被選擇處理以所述至少3點(diǎn)構(gòu)造多次曲線進(jìn)行分段趨勢項(xiàng)擬合，在選定順序位置(第一和第二，或第二和第三，或其它)的兩相鄰采樣點(diǎn)之間，產(chǎn)生趨勢插值點(diǎn)Xm、Ym，并依次存儲之，其中Xm介于該所述兩采樣點(diǎn)的袖帶壓力值區(qū)間，n、m在此過程中逐一遞增；c.以所述存儲的各點(diǎn)脈搏波幅值為中間值進(jìn)行平滑處理逐一移動對所述各點(diǎn)幅值，使之與至少2個相鄰點(diǎn)的幅值一起加權(quán)平均，得到該點(diǎn)平滑后的幅值，并存儲之。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，其特征在于還包括步驟d.在所述存儲的平滑后曲線數(shù)據(jù)中查詢最大脈搏波幅值，以該位置為基準(zhǔn)選取其左右分別1點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)，與之共同構(gòu)造多次曲線，計算該多次曲線的最大值，作為振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)曲線的極值，所對應(yīng)的袖帶壓力為平均壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，其特征在于所述步驟b中，是逐點(diǎn)移動分段采用3個相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)構(gòu)造二次擬合曲線，在每第1點(diǎn)袖帶壓力值至第2點(diǎn)的袖帶壓力值止，產(chǎn)生所述范圍內(nèi)的預(yù)定袖帶壓力值X0-mΔ處的壓力脈搏波幅度插值的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，其特征在于所述步驟c中，對每個存儲點(diǎn)的脈搏波幅值，是取其左右各2點(diǎn)脈搏波幅值數(shù)據(jù)，與之一起算數(shù)平均作平滑的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，其特征在于所述步驟d中，是以最大脈搏波幅值的位置為基準(zhǔn)，選取壓力遞增方向相鄰1個點(diǎn)數(shù)據(jù)，壓力遞減方向相鄰2個點(diǎn)數(shù)據(jù)，與之以最小二乘法共同構(gòu)造二次曲線，并求其極值的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，其特征在于所述步驟d中，是以最大脈搏波幅值的位置為基準(zhǔn)，選取左右相鄰各1個點(diǎn)數(shù)據(jù)，與之共同構(gòu)造二次曲線，并求其極值的。
全文摘要
一種非線性擬合恢復(fù)振蕩脈搏波趨勢包絡(luò)的方法，用于電子血壓測量裝置測試血壓的步驟包括，先通過氣路加壓使袖帶壓力達(dá)到預(yù)定值；再軟件控制其放氣的同時采樣各點(diǎn)的壓力脈搏波幅值Y和袖帶壓力值X；在采樣點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)?shù)男鋷毫Σ竭M(jìn)差值，利用逐點(diǎn)移動分段多次曲線擬合和非線性插值的方法，產(chǎn)生一系列相鄰等壓力差值的袖帶壓力所對應(yīng)的脈搏波幅值，并存儲之；再逐點(diǎn)平滑之，產(chǎn)生恢復(fù)后的脈搏波振蕩包絡(luò)趨勢，并利用多點(diǎn)曲線擬合方法擬合趨勢曲線；找出該趨勢曲線的最大值點(diǎn)，即為平均壓位置點(diǎn)。本方法能準(zhǔn)確恢復(fù)脈搏波幅度變化趨勢包絡(luò)曲線，從而準(zhǔn)確計算平均壓，為收縮壓和舒張壓的準(zhǔn)確計算奠定基礎(chǔ)。
文檔編號A61B5/0225GK1608584SQ20041005142
公開日2005年4月27日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者葉繼倫, 陶波, 余深衍 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司