專利名稱：一種心血管生理信號的檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種心血管生理信號的檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
有些心率異常(房顫)患者會規(guī)律地出現(xiàn)心悸、頭暈、胸痛和呼吸困難等癥狀，但是也有些患者很少或從不出現(xiàn)癥狀，所以只憑主觀感覺，患者因此常常得不到及時診斷和治療，從而增加了卒中風(fēng)險。
為了提升患者對于心率異常(房顫)及其卒中風(fēng)險的知曉率，為患者能得到及時診斷和治療以及減少卒中風(fēng)險提供一種客觀保障手段，因此需要能及時發(fā)現(xiàn)心臟節(jié)律和脈波速度等心血管生理信號的變化，如突然出現(xiàn)心率過快、過慢、不齊、脈搏短絀(脈搏次數(shù)少于心搏次數(shù))、心搏強(qiáng)弱不等以及血壓變化等癥候。因此需要一種不依賴患者的主觀感覺，可以在日?；顒又袩o拘束地及時檢測心率變化、脈波速度及血壓等心血管生理信號變化的裝置。
然而，現(xiàn)有技術(shù)中使用的常規(guī)檢測心率、脈波、血壓等心血管生理信號的檢測裝置，通常需要將檢測裝置安放、夾持或者佩戴在被檢測人的身體上，容易造成用戶身體上的不適或心理上的緊張，并且檢測到的心血管生理信號容易受到環(huán)境的影響而噪聲信號過多，使檢測到的心血管生理信號不準(zhǔn)確，容易造成用戶的病情延誤。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種心血管生理信號的檢測裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中檢測心血管生理信號不準(zhǔn)確的問題。
為此，本發(fā)明提供一種心血管生理信號的檢測裝置，其中，包括采集單元和自適應(yīng)處理單元；
所述采集單元用于采集心血管生理信號；
所述自適應(yīng)處理單元與所述采集單元連接，用于對所述心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心血管生理信號；
其中，還包括分析單元和輸出單元；
所述分析單元與所述自適應(yīng)處理單元連接，用于根據(jù)所述信干噪比最大的心血管生理信號對心血管生理參數(shù)作出分析判斷；
所述輸出單元與所述分析單元連接，用于將所述分析單元的判斷結(jié)果輸出。
其中，所述采集單元包括心搏信號采集模塊和至少一個脈搏信號采集模塊；
所述心搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的心搏信號，所述心搏信號采集模塊包括至少兩個心搏信號采集器；
所述脈搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的脈搏信號，每個所述脈搏信號采集模塊包括至少兩個脈搏信號采集器。
其中，所述心搏信號采集器中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，所述模數(shù)變換通道用于將所述心搏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述脈搏信號采集器中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，所述模數(shù)變換通道用于將所述脈搏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。其中，所述自適應(yīng)處理単元包括心搏自適應(yīng)處理模塊和脈搏自適應(yīng)處理模塊；所述心搏自適應(yīng)處理模塊用于對所述心搏信號進(jìn)行自適應(yīng)處理；所述脈搏自適應(yīng)處理模塊用于對所述脈搏信號進(jìn)行自適應(yīng)處理。其中，所述心搏自適應(yīng)處理模塊包括相位調(diào)整子模塊、均衡處理子模塊和信號合成子模塊；所述均衡處理子模塊包括濾波通道組，用于對所述心搏信號采集模塊采集的心搏信號以由所述相位調(diào)整模塊輸出設(shè)定的濾波系數(shù)進(jìn)行匹配濾波；所述相位調(diào)整子模塊的輸入端分別與所述濾波器組的心搏信號的輸入端和輸出端連接，用于計算所述心搏信號的濾波系數(shù)，所述均衡濾波器組根據(jù)所述濾波系數(shù)對所述心搏信號進(jìn)行匹配濾波；所述信號合成子模塊用于將經(jīng)過匹配濾波后的所述心搏信號進(jìn)行求和計算，得到信干噪比最大的心搏信號。其中，所述相位調(diào)整子模塊包括自適應(yīng)濾波器和通道選擇部；其中，所述脈搏自適應(yīng)處理模塊包括參數(shù)估計算法子模塊和空間自適應(yīng)濾波子模塊；所述參數(shù)估計算法子模塊用于計算所述脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值和濾波權(quán)值；所述空間自適應(yīng)濾波子模塊根據(jù)所述濾波權(quán)值對所述脈搏信號進(jìn)行加權(quán)求和計算，得到信干噪比最大的脈搏信號。其中，所述參數(shù)估計算法子模塊包括演算通道選擇部、通道選通部和估計算法部；所述演算通道選擇部用于選擇演算通道；所述估計算法部用于計算脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值和濾波權(quán)值。其中，所述分析単元分析的心血管生理參數(shù)包括心搏信號強(qiáng)度、脈搏信號強(qiáng)度、脈波傳導(dǎo)速度和血壓變化值中的至少ー種。其中，所述采集単元為心搏信號采集模塊，所述心搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的心搏信號，所述心搏信號采集模塊包括至少兩個心搏信號采集器。其中，所述采集単元由至少ー個脈搏信號采集模塊組成，所述脈搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的脈搏信號，每個所述脈搏信號采集模塊包括至少兩個脈搏信號采集器。本發(fā)明還提供了ー種心血管生理信號的檢測方法，其中，包括采集單元采集心血管生理信號；自適應(yīng)處理單元對所述心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心
血管生理信號。其中，分析単元根據(jù)所述信干噪比最大的心血管生理信號對心血管生理參數(shù)作出分析判斷；
輸出單元將所述分析単元的判斷結(jié)果輸出。本發(fā)明具有下述有益效果本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測裝置，通過自適應(yīng)處理單元對心血管生理信號例如心搏信號、脈搏信號等進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得高増益的心血管生理信號，減少環(huán)境噪聲的影響，抗干擾能力強(qiáng)，提高了對心血管生理信號檢測精度，用戶可以在床上或座椅進(jìn)行檢測，確保用戶檢測時能夠在放松、無心理或生理負(fù)擔(dān)的情況下無拘束地完成心血管生理信號的檢測。本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測方法，通過對心血管生理信號例如心搏信號、脈搏信號等進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得高増益的心血管生理信號，提高了對心血管生理信號檢測精度，用戶可以在床上或座椅進(jìn)行檢測，確保用戶檢測時能夠在放松、無心理或生理負(fù)擔(dān)的情況下完成心血管生理信號的檢測。


圖1為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中的心搏自適應(yīng)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中的均衡處理子模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖4中的相位合成模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖4所示的心搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程圖；圖8為圖3中的脈搏自適應(yīng)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖8所示的脈搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程圖；圖10為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第五實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測方法第一實施例的流程圖；圖13為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測方法第二實施例的流程圖。
具體實施例方式為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 1所示，本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測裝置包括采集單元10和自適應(yīng)處理單元20， 其中，采集單元10用于采集心血管生理信號，心血管生理信號包括脈搏、心搏等，自適應(yīng)處理單元20與采集單元10連接，自適應(yīng)處理單元20對采集単元10采集的心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，自適應(yīng)處理有助于減少環(huán)境噪聲的影響，提高抗干擾能力強(qiáng)，得到信干噪比最大的心血管生理信號。圖2為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 2所示，在第一實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測裝置還包括分析単元 30和輸出單元40，其中，分析単元30根據(jù)自適應(yīng)處理単元20得到的信干噪比最大的心血管生理信號，對心血管生理參數(shù)及身體狀況作出分析判斷，分析人體的心血管生理參數(shù)是否異常，如是否心率不齊、心顫等；還可以來分析被檢測人的睡眠狀況，例如睡眠障礙、無呼吸癥等癥狀。輸出單元40將分析単元30的分析結(jié)果輸出，例如通過手機(jī)、電腦顯示器或打印機(jī)等數(shù)字終端輸出給用戶端。圖3為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，在本發(fā)明實施例中，采集單元10包括心搏信號采集模塊11和至少ー個脈搏信號采集模塊12，其中，心搏信號采集模塊11用于采集心血管生理信號中的心搏信號，心搏信號采集模塊11中包括至少兩個心搏信號采集器111，脈搏信號采集模塊12用于采集心血管生理信號中的脈搏信號，脈搏信號采集模塊12中包括至少兩個脈搏信號采集器121， 在本發(fā)明實施例中，心搏信號采集模塊11中包括N個心搏信號采集器111，脈搏信號采集模塊12的數(shù)量為D (D > 0)，每個脈搏信號采集模塊12中包括M個脈搏信號采集器121。 心搏信號采集器111和脈搏信號采集器121中都包括有模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，模數(shù)轉(zhuǎn)換通道用于將心搏信號和脈搏信號進(jìn)行放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，分別將心搏信號和脈搏信號轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行數(shù)字處理的心搏信號和脈搏信號，心搏信號采集器111和脈搏信號采集器121可以采用光纖式采集器、壓電式采集器、駐極電容式采集器、氣囊壓力式采集器、微機(jī)電系統(tǒng) (Micro-Electro-Mechanical SystemsMEMS)加速度式采集器或超聲波采集器等。在實際采集心血管生理信號如心搏信號或脈搏信號吋，可以將N個心搏信號采集器111和M*D個脈搏信號采集器121按照血液的流動方向依次排列，將用戶的心臟部位與心搏信號采集器111接觸、將用戶的心臟以外部位的動脈與脈搏信號采集器121接觸即可。在本發(fā)明實施例中，將N個心搏信號采集器111和M*D個脈搏信號采集器121按照下行大動脈中血液的流動方向依次排列鋪設(shè)在床上或座椅上，用戶可以躺在床上或坐在座椅上，只需要將用戶的心臟部位與心搏信號采集器111接觸和將用戶的心臟以下部位與脈搏信號采集器121接觸即可，不需要將來集単元中的心搏信號采集器111或脈搏信號采集器 121佩戴或夾持在用戶身體上，確保用戶可以在放松的狀態(tài)下，無心理負(fù)擔(dān)、無拘束地進(jìn)行檢測，有利于獲得用戶的更精準(zhǔn)的心搏信號或脈搏信號等心血管生理信號。在實際應(yīng)用中， 信號采集頻率f可以設(shè)置為45000次/秒，心搏信號采集器111或脈搏信號采集器121排列的間隔距離可以設(shè)置為10mm，心搏信號采集器111或脈搏信號采集器121也可以不是等距離排列，只要排列距離分別小于心搏信號或脈搏信號的波長即可。圖3所示的心血管生理信號的檢測裝置中的自適應(yīng)處理單元20包括心搏自適應(yīng)處理模塊21和脈搏自適應(yīng)處理模塊22，心搏自適應(yīng)處理模塊21與心搏信號采集模塊11連接，心搏自適應(yīng)處理模塊21對心搏信號采集模塊11采集的心搏信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得信干噪比最大的心搏信號，并將信干噪比最大的心搏信號發(fā)送到的分析単元30，脈搏自適應(yīng)處理模塊22與D個脈搏信號采集模塊12連接，脈搏自適應(yīng)處理模塊22用于對D個脈搏信號采集模塊采集的脈搏信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得信干噪比最大的脈搏信號，并將信干噪比最大的脈搏信號發(fā)送到的分析単元30。圖4為圖3中的心搏自適應(yīng)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示并結(jié)合圖3，心搏自適應(yīng)處理模塊21包括均衡處理子模塊211、相位調(diào)整子模塊212和相位合成模塊213，其中，相位調(diào)整子模塊212用于設(shè)定心搏信號的濾波系數(shù)，相位調(diào)整子模塊212的輸入端分別連接在均衡處理子模塊211的心搏信號的輸入端和輸出端，相位調(diào)整子模塊212的輸出端與均衡處理子模塊211的濾波系數(shù)輸入端連接，均衡處理子模塊211根據(jù)相位調(diào)整子模塊 212得到的濾波系數(shù)對心搏信號進(jìn)行匹配，信號合成子模塊213與均衡處理子模塊211連接，信號合成子模塊213對均衡處理子模塊211輸入的心搏信號進(jìn)行合成求和計算以得到信干噪比最大的心搏信號。圖5為圖4中的均衡處理子模塊結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示并結(jié)合圖3，均衡處理子模塊211包括脈沖響應(yīng)長度為L的N路濾波通道，濾波通道由加法器2111等組成，N路濾波通道的輸入端分別連接到心搏信號采集模塊11中的N個心搏信號采集器111，用于接收心搏信號ん \，N路濾波通道的輸出端Y1 ん將經(jīng)過均衡處理的心搏信號輸出到信號合成子模塊213。圖6為圖4中的相位合成模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示并結(jié)合圖5，相位調(diào)整子模塊212包括自適應(yīng)濾波器2121和通道選擇部2122，其中，自適應(yīng)濾波器2121可以采用維納(Wiener)最優(yōu)濾波方法、遞歸最小ニ乘(RLQ自適應(yīng)濾波方法等自適應(yīng)濾波方法。本發(fā)明實施例中，自適應(yīng)濾波器2121采用最小均方(Least MeanSquade, LMS)自適應(yīng)濾波方法，構(gòu)成最小均方(Least Mean Squade, LMS)自適應(yīng)濾波器。LMS自適應(yīng)濾波器的收斂系數(shù)μ，滿足收斂條件0< μ <2/R= λ_，其中R= λ _為輸入心搏信號Xj的自相關(guān)矩陣最大特征值。圖7為圖4所示的心搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程圖。如圖7所示并結(jié)合圖5和圖6，本發(fā)明實施例中的心搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程具體包括如下工作步驟步驟601、設(shè)置N路濾波通道的初始濾波系數(shù)。在實施例中，均衡處理子模塊211中N路濾波通道的脈沖響應(yīng)長度為L，相位調(diào)整子模塊212設(shè)定N路濾波通道的初始濾波系數(shù)，N路濾波通道的初始濾波系數(shù)為=W11 W W W
nIL' · · · nNl nNL0步驟602、通道選擇子模塊選擇參考濾波通道。在本發(fā)明實施例中，通道選擇子模塊來2122選擇均衡處理子模塊211中的第i路濾波通道作為參考濾波通道，第i路濾波通道的濾波系數(shù)為Wil Wル，第i路濾波通道的輸入和輸出的濾波信號為\和Yi,然后進(jìn)入步驟603在本步驟中，如果i > N，則選擇第1路濾波通道作為參考濾波通道。步驟603、選擇調(diào)整濾波通道。通道選擇部2122選擇第j路濾波通道作為調(diào)整濾波通道，第j路濾波通道的輸入和輸出的濾波信號為ん和Yp其中，如果j = i，則選擇第j+1條濾波通道作為調(diào)整濾波通道，如果j > N，則選擇第1路濾波通道作為調(diào)整濾波通道，然后，進(jìn)入步驟604。步驟604、判斷參考濾波通道輸出的心搏信號和調(diào)整濾波通道輸出的心搏信號的偏差值是否收斂。參考濾波通道輸出的心搏信號Yi和調(diào)整濾波通道輸出的心搏信號Yj的偏差值 e，預(yù)設(shè)最大偏差值為￡，如果6< ε，說明收斂，預(yù)設(shè)最大偏差值為ε根據(jù)以往的偏差值 e (η)發(fā)散收斂的經(jīng)驗值取得，然后進(jìn)入步驟605，否則，則進(jìn)入步驟602。步驟605、計算調(diào)整濾波通道的濾波系數(shù)。在本發(fā)明實施例中，自適應(yīng)濾波器2121采用LMS自適應(yīng)濾波器，自適應(yīng)濾波器 2121對接收到的調(diào)整濾波通道輸入的心搏信號Xi和輸出的心搏信號Yi以及參考濾波通道CN 102525431 A
輸出的心搏信號Yj進(jìn)行時域自適應(yīng)處理，得到的調(diào)整濾波通道的濾波系數(shù)Wjl Wp然后進(jìn)入步驟606。步驟606、更新調(diào)整濾波通道的濾波系數(shù)。步驟605中計算得到的作為調(diào)整濾波通道的第j路濾波通道的濾波系數(shù)W^ W^ 更新到第j路濾波通道中，然后進(jìn)入步驟607。選擇第j+Ι條濾波通道作為調(diào)整濾波通道，循環(huán)進(jìn)行步驟603-606的時域自適應(yīng)處理。步驟607、根據(jù)調(diào)整濾波通道的濾波系數(shù)進(jìn)行匹配濾波。均衡處理子模塊211根據(jù)調(diào)整濾波通道的濾波系數(shù)進(jìn)行匹配濾波，然后將經(jīng)過匹配濾波之后的心搏信號輸出到信號合成子模塊213，然后進(jìn)入步驟608。步驟608、獲取信干噪比最大的心搏信號。信號合成子模塊213對均衡處理子模塊211輸入的心搏信號進(jìn)行合成求和計算以獲取信干噪比最大的心搏信號。需要指出的是，心搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程也可以通過其它自適應(yīng)濾波的方式來實現(xiàn)，在此不再對其它自適應(yīng)濾波的方式進(jìn)行一一論述。圖8為圖3中的脈搏自適應(yīng)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示并結(jié)合圖3， 脈搏自適應(yīng)處理模塊22包括參數(shù)估計算法子模塊221和空間自適應(yīng)濾波子模塊222， 其中，參數(shù)譜估計算法子模塊221計算脈搏信號的濾波權(quán)值和脈搏傳導(dǎo)速度(pulse wave averagevelocity, PffV)，空間自適應(yīng)濾波子模塊222根據(jù)參數(shù)估計算法子模塊221計算得到的濾波權(quán)值對脈搏信號進(jìn)行加權(quán)求和計算，得到信干噪比最大的脈搏信號，然后將信干噪比最大的脈搏信號和脈搏傳導(dǎo)速度輸出到分析単元30。參數(shù)估計算法子模塊221包括 演算通道選擇部2211、通道選通部2212和估計算法部2213，其中，演算通道選擇部2211 用于循環(huán)選擇演算通道，估計算法部2213用于計算脈搏信號的濾波權(quán)值和脈波傳導(dǎo)速度， 第d路脈搏信號的脈波傳導(dǎo)速度為PWVd，通道選通部2212用于選通傳輸通道。估計算法部2213可以采用最小均方誤差(Minimum Mean Squared Error, MMSE)估計方法、恒模算法 (Constant Modulus Algorithm, CMA)估計方法、超分辨譜估計算法的多重信號分類(Multi SignalClassification, MUSIC)估計刀法ネロ萬足轉(zhuǎn)刁ヽ變技術(shù)(Estimating signalparameter via rotational invariance techniques，ESPRIT)估計方法等空間自適應(yīng)濾波的參數(shù)估計方法?？臻g自適應(yīng)濾波子模塊222包括D路濾波通道，D路濾波通道分別連接到D個脈搏信號采集模塊，每一路濾波通道具有M路輸入端，分別連接到M個脈搏信號采集器121。圖9為圖8所示的脈搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程圖。如圖9所示，脈搏自適應(yīng)處理模塊的工作流程具體包括如下步驟步驟801、計算脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值。在本發(fā)明實施例中，通過估計算法部2213利用超分辨譜估計算法的多重信號分類(Multi Signal Classification, MUSIC)計算方法計算脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值。 首先從脈搏信號的中心頻率提取出MUSIC計算方法所需要的窄帶信號，該脈搏信號的中心頻率的波長大于在檢測用戶時的兩個脈搏信號采集器121之間排列距離。演算通道選擇部 2211選擇接通D路濾波通道中的第d路濾波通道，估計算法部2213接收通過第d路濾波通道傳輸?shù)牡赿個脈搏信號采集模塊12采集到的脈搏信號Ydl YdM，然后提取第d個脈搏信號采集模塊12中M個脈搏信號Ydl YdM的中心頻率下的窄帶信號Q和I值，生成M維的信號矢量X (t)，脈搏信號矢量X及其協(xié)方差矩陣R分別如公式(1)和公式(2)所示X(t) = [X1U), ...Xm(t), ...XM(t)]T (1)R = E[X(t)X(t)H](2)其中，T表示矢量轉(zhuǎn)置，H表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置，信號矢量X(t)中的元素Xm(t) (1彡m彡M，m為自然數(shù))的虛部和實部分別為Q和I，Xm(t)為第m個脈搏信號Ydffl的復(fù)數(shù)值，t為脈搏信號一定時間間隔的采樣時刻。在實際應(yīng)用中，協(xié)方差矩陣R的最大擬然函數(shù)如公式(3)所示，Rxx=(^)XTh(3)公式(3)中的χ = [X(I),...X(T)], X為脈搏信號的向量矩陣，T為采集到的脈搏信號的段數(shù)，T可以為1280。計算協(xié)方差矩陣R的最大擬然函數(shù)Rxx的本征值A(chǔ)1 λ M(其中，X1^ A2^... > λ Μ)，根據(jù)超過預(yù)設(shè)噪聲功率的Rxx的本征值設(shè)置脈搏信號入射波數(shù)量，計算對應(yīng)于本征值λ i λ Μ的本征矢量ei ％。然后得到噪聲本征矢量En，En為低于噪聲功率的(M-G) 個本征值對應(yīng)的本征矢量，G為脈搏信號的入射波數(shù)量，即信號源數(shù)量，其中，も如公式(4) 所示，En = (eG+1，· · · eM) (4)根據(jù)窄帶遠(yuǎn)場的數(shù)學(xué)模型，可以將公式⑴所示的信號矢量X(t)表示用公式(5) 長不，X(t) = AF(t)+N(t) (5)其中，N(t)表示M維的噪聲信號矢量，F(xiàn)(t)表示G維的空間信號矢量，A為M*G維的導(dǎo)向矢量矩陣，A如公式(6)所示A = [a ( τ J，a ( τ 2)，· · ·，a ( τ G) ] (6)其中，導(dǎo)向矢量如公式(7)所示A ( τ j) = [exp (“ j ω 0 τ i2) , . . . , exp (-j ω 0 τ iM) ] T (7)其中，= 2 π f，f為脈搏信號的頻率，脈搏信號采集器121的延遲時間τ ,為如公式⑶所示^ij=(サ)Sin沒(8)
へ其中，j為脈搏信號采集器的序列號碼，Sj為第j號脈搏信號采集器與第一個脈搏信號采集器之間的距離，i為被脈搏信號采集器檢測到的脈搏信號源序列號碼，Vi為脈搏信號源的信號傳輸速度，θ為脈搏信號的方向，在本實施例中，脈搏信號采集器的排列方向與脈搏信號的傳播方向相同，取θ為90°，公式⑶可以用公式(9)和(10)來表示η廣(令)(9)Ti = [( +…+Sj)バ(ト1)轉(zhuǎn)》](10)根據(jù)公式(4)和(7)可以獲得評價函數(shù)Ρ (τ)，評價函數(shù)Pmu(T)如公式(11)所示，
し(り=a"⑴*EnE>⑴(U)其中，a( τ )表示脈搏信號采集器關(guān)于延遲時間τ的復(fù)響應(yīng)。根據(jù)公式(11)找出評價函數(shù)Ρ ( τ )的極大值點對應(yīng)的延遲時間就是相鄰脈搏信號采集器的脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值τ ρ，然后進(jìn)入步驟802。步驟802，計算脈搏信號的濾波權(quán)值。濾波系數(shù)的計算公式如公式(12)所示，Wh = (AhA) ^1Ah = [W1, W2, ... , WJh (12)然后根據(jù)公式(6)、公式(7)和公式(12)以及脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值τ ρ 計算第d路濾波通道的濾波權(quán)值Wkl Wka,然后進(jìn)入步驟803。步驟803、獲取信干噪比最大的脈搏信號。根據(jù)脈搏信號采集模塊采集到的脈搏信號Y1 Ym以及濾波權(quán)值Wkl -Wka進(jìn)行復(fù)共軛相乘加權(quán)求和運(yùn)算，獲取信干噪比最大的脈搏信號，然后將信干噪比最大的脈搏信號輸送到分析単元。以圖3所示的心血管生理信號的檢測裝置為例，當(dāng)分析単元30接收到如圖7和如圖9得到的信干噪比最大的心搏信號和脈搏信號，提取單位時間內(nèi)心搏信號和脈搏信號出現(xiàn)的峰值次數(shù)分別作為心搏信號次數(shù)和脈搏信號次數(shù)，計算心搏信號和脈搏信號在單位時間內(nèi)信號強(qiáng)度作為心搏信號強(qiáng)度和脈搏信號強(qiáng)度，并提取第d路脈搏信號的脈波傳導(dǎo)速度 PWVd，然后根據(jù)PWV計算心搏信號和脈搏信號的平均脈波傳導(dǎo)速度(pulse wave average velocity, PWAV)，單位為m/s，計算PWV與PWAV的差值，計算出血壓變化值(Press Diff, PD)，單位為mmHg，其中，平均脈波傳導(dǎo)速度PWAV和血壓變化值PD分別公式(1 和公式 (14)所示PffAV (t+Ι) = β *PWAV(t) + (l-3 )*PWV(t)PD = γ * (PffV (t) -PffAV (t)其中，β為脈波傳導(dǎo)速度的移動平均系數(shù)(0. 01 < β <0.98), γ為脈波傳導(dǎo)速度變化與血壓值變化比例系數(shù)(10 < γ < 60)，t為脈波傳導(dǎo)速度檢測時刻，通常以一定的時間間隔進(jìn)行脈波信號的檢測。分析単元根據(jù)信干噪比最大的心血管生理信號對心血管生理參數(shù)及身體狀況作出分析判斷。本發(fā)明實施例，根據(jù)心搏信號強(qiáng)度、脈搏信號強(qiáng)度、脈波傳導(dǎo)速度和血壓變化值等中的ー種或多種心血管生理參數(shù)來分析被檢測人是否發(fā)生心血管疾病，例如心率異常、血壓異常等。然后將分析結(jié)果發(fā)送到顯示終端，顯示終端可以是手機(jī)、打印機(jī)或電腦等數(shù)字終端。本發(fā)明實施例通過自適應(yīng)處理單元對心血管生理信號例如心搏信號、脈搏信號等進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得高増益的心血管生理信號，減少環(huán)境噪聲的影響，抗干擾能力強(qiáng)，提高了對心血管生理信號檢測精度，用戶可以在床上或座椅進(jìn)行檢測，確保用戶檢測時能夠在放松、無心理或生理負(fù)擔(dān)的情況下完成心血管生理信號的檢測。圖10為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測裝置可以只包括心搏信號采集模塊11和心搏自適應(yīng)處理模塊21，其中，心搏自適應(yīng)處理模塊21的工作流程如圖7所示，在此不再贅3dio圖11為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測裝置第五實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11所示，本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測裝置也可以只包括脈搏信號采集模塊12 和脈搏自適應(yīng)處理模塊22，其中，脈搏自適應(yīng)處理模塊22的具體工作流程如圖9所述，在此不再贅述。圖12為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測方法第一實施例的流程圖。如圖12 所示，本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測方法的具體工作流程圖包括如下步驟步驟121、采集心血管生理信號。在本發(fā)明實施例中，采用如圖1所示的心血管生理信號的檢測裝置，采集單元10 用于采集心血管生理信號，心血管生理信號包括脈搏、心搏等，然后進(jìn)入步驟122。步驟122、對心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心血管生理信號。自適應(yīng)處理單元20對采集単元10采集的心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，自適應(yīng)處理有助于減少環(huán)境噪聲的影響，提高抗干擾能力強(qiáng)，得到信干噪比最大的心血管生理信號。圖13為本發(fā)明提供的心血管生理信號的檢測方法第二實施例的流程圖。如圖13 所示，本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測方法的具體工作流程圖包括如下步驟步驟131、采集心血管生理信號；在本發(fā)明實施例中，采用如圖2所示的心血管生理信號的檢測裝置，采集單元10 用于采集心血管生理信號，心血管生理信號包括脈搏、心搏等，然后進(jìn)入步驟132。步驟132、對心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心血管生理信號。自適應(yīng)處理單元20對采集単元10采集的心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心血管生理信號。步驟133、根據(jù)信干噪比最大的心血管生理信號對心血管生理參數(shù)作出分析判斷；步驟134、將判斷結(jié)果輸出。本發(fā)明實施例通過對心血管生理信號例如心搏信號、脈搏信號等進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得高増益的心血管生理信號，提高了對心血管生理信號檢測精度，用戶可以在床上或座椅進(jìn)行檢測，確保用戶檢測時能夠在放松、無心理或生理負(fù)擔(dān)的情況下完成心血管生理信號的檢測。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于包括采集單元和自適應(yīng)處理單元；所述采集單元用于采集心血管生理信號；所述自適應(yīng)處理單元與所述采集單元連接，用于對所述心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心血管生理信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，還包括分析單元和輸出單元；所述分析單元與所述自適應(yīng)處理單元連接，用于根據(jù)所述信干噪比最大的心血管生理信號對心血管生理參數(shù)作出分析判斷；所述輸出單元與所述分析單元連接，用于將所述分析單元的判斷結(jié)果輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述采集單元包括心搏信號采集模塊和至少一個脈搏信號采集模塊；所述心搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的心搏信號，所述心搏信號采集模塊包括至少兩個心搏信號采集器；所述脈搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的脈搏信號，每個所述脈搏信號采集模塊包括至少兩個脈搏信號采集器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于所述心搏信號采集器中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，所述模數(shù)變換通道用于將所述心搏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述脈搏信號采集器中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，所述模數(shù)變換通道用于將所述脈搏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述自適應(yīng)處理單元包括心搏自適應(yīng)處理模塊和脈搏自適應(yīng)處理模塊；所述心搏自適應(yīng)處理模塊用于對所述心搏信號進(jìn)行自適應(yīng)處理；所述脈搏自適應(yīng)處理模塊用于對所述脈搏信號進(jìn)行自適應(yīng)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述心搏自適應(yīng)處理模塊包括相位調(diào)整子模塊、均衡處理子模塊和信號合成子模塊；所述均衡處理子模塊包括濾波通道組，用于對所述心搏信號采集模塊采集的心搏信號以由所述相位調(diào)整模塊輸出設(shè)定的濾波系數(shù)進(jìn)行匹配濾波；所述相位調(diào)整子模塊的輸入端分別與所述濾波器組的心搏信號的輸入端和輸出端連接，用于計算所述心搏信號的濾波系數(shù)，所述均衡濾波器組根據(jù)所述濾波系數(shù)對所述心搏信號進(jìn)行匹配濾波；所述信號合成子模塊用于將經(jīng)過匹配濾波后的所述心搏信號進(jìn)行求和計算，得到信干噪比最大的心搏信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述相位調(diào)整子模塊包括自適應(yīng)濾波器和通道選擇部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述脈搏自適應(yīng)處理模塊包括參數(shù)估計算法子模塊和空間自適應(yīng)濾波子模塊；所述參數(shù)估計算法子模塊用于計算所述脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值和濾波權(quán)值；所述空間自適應(yīng)濾波子模塊根據(jù)所述濾波權(quán)值對所述脈搏信號進(jìn)行加權(quán)求和計算，得到信干噪比最大的脈搏信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述參數(shù)估計算法子模塊包括演算通道選擇部、通道選通部和估計算法部；所述演算通道選擇部用于選擇演算通道；所述估計算法部用于計算脈搏信號傳導(dǎo)延遲時間估計值和濾波權(quán)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述分析單元分析的心血管生理參數(shù)包括心搏信號強(qiáng)度、脈搏信號強(qiáng)度、脈波傳導(dǎo)速度和血壓變化值中的至少一種。
11.根據(jù)要求2所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述采集單元為心搏信號采集模塊，所述心搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的心搏信號，所述心搏信號采集模塊包括至少兩個心搏信號采集器。
12.根據(jù)要求2所述的心血管生理信號的檢測裝置，其特征在于，所述采集單元由至少一個脈搏信號采集模塊組成，所述脈搏信號采集模塊用于采集心血管生理信號中的脈搏信號，每個所述脈搏信號采集模塊包括至少兩個脈搏信號采集器。
13.—種心血管生理信號的檢測方法，其特征在于，包括 采集單元采集心血管生理信號；自適應(yīng)處理單元對所述心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到信干噪比最大的心血管生理信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的心血管生理信號的檢測方法，其特征在于，還包括 分析單元根據(jù)所述信干噪比最大的心血管生理信號對心血管生理參數(shù)作出分析判斷；輸出單元將所述分析單元的判斷結(jié)果輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種心血管生理信號的檢測裝置及方法，其中，檢測裝置包括采集單元和自適應(yīng)處理單元；采集單元用于采集心血管生理信號；自適應(yīng)處理單元用于對心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理以得到信干噪比最大的心血管生理信號。本發(fā)明實施例心血管生理信號的檢測裝置，通過對心血管生理信號進(jìn)行自適應(yīng)處理，獲得高增益的心血管生理信號，減少環(huán)境噪聲的影響，提高了對心血管生理信號檢測精度，用戶可以在無拘束的情況下完成心血管生理信號的檢測。
文檔編號A61B5/02GK102525431SQ20101058280
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者李祥 申請人:李祥