專利名稱：基于波形特征點(diǎn)分析的雙通道容積脈搏波檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電子醫(yī)療儀器領(lǐng)域。是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)采集技術(shù)、數(shù)字信 號(hào)處理技術(shù)等，將采集到的容積脈搏波波形進(jìn)行自動(dòng)分析與判別，用于評(píng)價(jià)微血管功能的
直O(jiān)
背景技術(shù)：
容積脈搏波是動(dòng)脈血液在心臟搏動(dòng)下流過(guò)外周血管中的微動(dòng)脈、毛細(xì)血管和微靜 脈等微血管時(shí)，該部分微血管的血液容積出現(xiàn)的脈動(dòng)性變化。由于容積脈搏波是微循環(huán)中 微血管的血流容積搏動(dòng)，它處在動(dòng)脈系統(tǒng)的末梢，因而容積脈搏波包含有豐富的微循環(huán)信 息，以及與之密切相關(guān)的微血管功能等信息。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多科學(xué)研究人員在容積脈搏波領(lǐng)域做了大量研究工作，20世紀(jì) 九十年代初，北京工業(yè)大學(xué)羅志昌教授提出一個(gè)以脈圖面積變化為基礎(chǔ)的脈搏波波形特征
量κ值，其定義為x =其中，
弋論為一個(gè)心動(dòng)周期T中，脈搏壓力ρ(t)
的平均值；ps、Pd分別為收縮壓和舒張壓。但近年來(lái)臨床實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，此方法存在某些不足之 處。這種方法將整個(gè)脈搏波圖面積作為一個(gè)整體，它所表示的波形特征量K值沒有明確的 表明收縮與舒張這兩個(gè)不同的生理過(guò)程。因此，在不同的生理病理狀態(tài)下其升支面積和降 支面積可能各不相同，但脈搏波圖總面積卻有可能相同。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于波形特征點(diǎn)的分析容積脈搏波的 裝置，通過(guò)應(yīng)用裝置，能夠同時(shí)獲得上肢、下肢的容積脈搏波圖數(shù)據(jù)，以及根據(jù)波圖特征點(diǎn) 將波圖面積細(xì)致劃分而得到的全新的波形參數(shù)，因此能夠更加全面、有效地反映微動(dòng)脈血 流狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)價(jià)微動(dòng)脈功能。本檢測(cè)裝置依次包括光電換能器模塊、模擬信號(hào)預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片 機(jī)控制模塊、通訊模塊以及計(jì)算機(jī)中的波圖數(shù)據(jù)處理模塊；光電換能器模塊中具有雙路光 電換能器，分別為換能器1和換能器2，換能器1采集手指端容積脈搏波圖，換能器2采集足 趾容積脈搏波圖，將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并輸出至模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中的放大電 路，經(jīng)過(guò)放大，再將信號(hào)輸出至模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中的濾波電路，經(jīng)過(guò)放大和濾波處理后 的信號(hào)被輸送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)相連，并通過(guò)單片機(jī)控制模塊分 別對(duì)兩路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信號(hào)上傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行波圖數(shù)據(jù)分析處理。在該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中采用兩個(gè)AD0804的數(shù)據(jù)線同時(shí)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連，利 用單片機(jī)的一個(gè)I/O 口作為控制口，分時(shí)獲得兩個(gè)AD的數(shù)據(jù)，將這個(gè)I/O 口直接和一個(gè) AD0804的CS端口相連，同時(shí)通過(guò)一個(gè)反向門電路連接到另一個(gè)AD0804的CS端口，當(dāng)這個(gè) I/O 口按照一定時(shí)間間隔反復(fù)輸出“O”和“1”時(shí)，就分別選通了兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件，達(dá)到了分 時(shí)控制的目的。[0007]應(yīng)用這樣的檢測(cè)裝置，同時(shí)獲取手指、足趾容積脈搏波圖，能夠根據(jù)波圖特征點(diǎn)更 加有效地區(qū)分正常人群的脈搏波圖和異常人群(患有微循環(huán)障礙或微血管病變)的脈搏波 圖，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，正常人群和異常人群相比，脈搏波圖特征參數(shù)具有 顯著性差異，因此本實(shí)用新型所提供的脈圖分析裝置對(duì)微血管病變具有提示作用。

圖1是檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖2是典型的容積脈搏波圖及其特征點(diǎn)。圖3是單片機(jī)控制雙路AD轉(zhuǎn)換器原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本檢測(cè)裝置主要包括光電換能器模塊、模擬信號(hào)預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊、單片機(jī)控制模塊、通訊模塊以及計(jì)算機(jī)中的波圖數(shù)據(jù)處理模塊。在光電換能器模塊 中，包含換能器1和換能器2，如臨床監(jiān)護(hù)儀上常用的透射式血氧探頭，換能器1的輸出作 為第一級(jí)信號(hào)，被傳遞給模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中的放大電路1，放大電路1由現(xiàn)有集成運(yùn)放 和電阻元件構(gòu)成，如LM324。信號(hào)被放大后進(jìn)入濾波電路1，該部分電路采用壓控電壓源二 階低通濾波電路，由運(yùn)算放大器和電容元件、電阻元件構(gòu)成，模擬信號(hào)預(yù)處理模塊的輸出信 號(hào)被連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換1的輸入端管腳上。與換能器2相連的是模擬信號(hào) 預(yù)處理模塊中的放大器2，放大后的信號(hào)經(jīng)濾波電路2進(jìn)行濾波處理，被輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換1和數(shù)模轉(zhuǎn)換2的數(shù)據(jù)線均與單片機(jī)控制模塊的數(shù)據(jù)線相連，并利用單片 機(jī)的一個(gè)I/O 口作為控制口，分時(shí)獲得兩個(gè)AD的數(shù)據(jù)，參見圖3，將這個(gè)I/O 口直接和一個(gè) AD0804的CS端口相連，同時(shí)通過(guò)一個(gè)反向門電路連接到另一個(gè)AD0804的CS端口，當(dāng)這個(gè) I/O 口按照一定時(shí)間間隔反復(fù)輸出“0”和“1”時(shí)，就分別選通了兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件，達(dá)到了分 時(shí)控制的目的。這樣，將前一級(jí)的兩路模擬信號(hào)分時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并以串口通信的方式 通過(guò)通訊模塊傳送給計(jì)算機(jī)上的波圖數(shù)據(jù)處理模塊。應(yīng)用上述裝置進(jìn)行一種基于波形特征點(diǎn)分析容積脈搏波圖，是由脈搏波圖采集裝 置和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的采集環(huán)境，波圖采集裝置用于獲得數(shù)字化的容積脈搏波圖，并將波圖數(shù) 據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，步驟a 從波圖采集裝置的存儲(chǔ)設(shè)備中獲得原始波形。步驟b 根據(jù)現(xiàn)有的方法找到波圖最大值點(diǎn)。步驟c 從波圖最大值點(diǎn)向時(shí)間軸做垂線，將波圖面積分為升支、降支兩部分，分 別計(jì)算容積脈搏波波形總面積、波形升支面積、和降支面積。計(jì)算方法為論，
A'd = I" Q{t)dt ,A'c = Q(t)dt。其中，A'是容積脈搏波波圖總面積，A/是波圖的升支面
積，Ac'是波圖的降支面積，T為波圖的一個(gè)周期，Td是一個(gè)波圖開始到波圖最大值點(diǎn)所對(duì) 應(yīng)的時(shí)間，dt是每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔，Q(t)是波圖的包絡(luò)所構(gòu)成的時(shí)間的函數(shù)。步驟d 根據(jù)容積脈搏波所代表的生理特征，波圖上升沿的斜率和幅度與人體血 管硬化等因素有關(guān)，同時(shí)，波圖下降沿速度等特征與外周阻力的大小密切相關(guān)，因此，分別 計(jì)算波圖的升支面積和降支面積，可一定程度上反映出微血管的功能狀態(tài)，計(jì)算方法為
為升支面積特征參數(shù)，K2'為降支面積特征參數(shù)，
，
在這里Qmin代表0到T時(shí)間段內(nèi)血液容積最小值，Qfflax代表0到T時(shí)間段內(nèi)血液容積最大
值，
mdt分別代表在波圖上升沿這段時(shí)間內(nèi)血液
的平均容量，和在波圖下降沿段時(shí)間內(nèi)的血液平均容量。實(shí)驗(yàn)得出，若K/值大于0.55和 (或)K2'值大于0. 42，則提示可能存在微血管舒張功能障礙。步驟e 為了進(jìn)一步考察升支面積、降支面積的敏感性，求得升支、降 支面積與波圖總面積的相對(duì)關(guān)系，計(jì)算 并且存在關(guān)系α+β = 1，這兩部分面積與波圖整個(gè)面積的相對(duì)關(guān)系能夠比較敏 感地提示微血管功能異常，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，當(dāng)α大于0.24時(shí)，存在微血管病變及微循環(huán)障 礙的可能性較大。步驟f 根據(jù)步驟a-e，分別得到上肢容積脈搏波圖參數(shù)α工和下肢容積脈搏波如
參數(shù)α2。計(jì)算
此參數(shù)的概念是以被測(cè)體上肢為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)更容易產(chǎn)生微循
環(huán)障礙的下肢遠(yuǎn)端微循環(huán)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，當(dāng)TFI-α小于等于1.30時(shí)，提示微循環(huán)功 能障礙。并且此參數(shù)與波圖參數(shù)α相比更為敏感。步驟g:輸出評(píng)價(jià)微循環(huán)狀態(tài)的參數(shù)K值、K/值、K2'值、α值、β值與TFI-a值。
權(quán)利要求一種基于波形特征點(diǎn)分析的雙通道容積脈搏波檢測(cè)裝置，其特征在于，本檢測(cè)裝置依次包括光電換能器模塊、模擬信號(hào)預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、通訊模塊以及計(jì)算機(jī)中的波圖數(shù)據(jù)處理模塊；光電換能器模塊中具有雙路光電換能器，分別為換能器1和換能器2，換能器1采集手指端容積脈搏波圖，換能器2采集足趾容積脈搏波圖，兩路換能器將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并分別輸出至模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中的放大電路1和放大電路2，經(jīng)過(guò)放大，再將信號(hào)分別輸出至模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中的濾波電路1和濾波電路2，經(jīng)過(guò)放大和濾波處理后的信號(hào)被輸送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)相連，并通過(guò)單片機(jī)控制模塊分別對(duì)兩路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信號(hào)上傳給計(jì)算機(jī)，由波圖數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，在上述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中采用兩個(gè) AD0804的數(shù)據(jù)線同時(shí)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連，利用單片機(jī)的一個(gè)I/O 口作為控制口，分時(shí) 獲得兩個(gè)AD的數(shù)據(jù)，將這個(gè)I/O 口直接和一個(gè)AD0804的CS端口相連，同時(shí)通過(guò)一個(gè)反向 門電路連接到另一個(gè)AD0804的CS端口，當(dāng)這個(gè)I/O 口按照一定時(shí)間間隔反復(fù)輸出“0”和 “ 1”時(shí)，就分別選通了兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換器件，達(dá)到了分時(shí)控制的目的。
專利摘要基于波形特征點(diǎn)分析的雙通道容積脈搏波檢測(cè)裝置屬電子醫(yī)療儀器領(lǐng)域。本裝置依次包括光電換能器模塊、模擬信號(hào)預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、通訊模塊以及計(jì)算機(jī)中的波圖數(shù)據(jù)處理模塊；光電換能器模塊中具有雙路光電換能器，分別采集手指端和足趾端容積脈搏波波圖，兩路換能器將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和濾波處理后的信號(hào)被輸送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)相連，并通過(guò)單片機(jī)控制模塊分別對(duì)兩路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信號(hào)上傳給計(jì)算機(jī)，由波圖數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理。應(yīng)用本裝置，同時(shí)獲取手指、足趾容積脈搏波圖，能夠更有效地區(qū)分正常人群和異常人群(患有微循環(huán)障礙或微血管病變)的脈搏波圖。
文檔編號(hào)A61B5/0295GK201641996SQ201020000790
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者張松, 楊琳, 楊益民, 王楊柳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué);北京易思醫(yī)療器械有限責(zé)任公司