本發(fā)明涉及醫(yī)療電子檢測及脈搏波信號檢測及處理領(lǐng)域，特別涉及一種脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀及方法。

背景技術(shù)：

隨著人們的生活節(jié)奏增加及工作壓力的增加，心臟病等心血管疾病發(fā)病率不斷增加，對心血管的相關(guān)檢測也越來越受到人們的關(guān)注。脈搏包含了人體心血管情況的重要信息，與多種疾病有密切關(guān)系，所以可以通過測量脈搏來判斷心血管的情況。

目前，測量脈搏主要有壓力式、脈診式、心電式和光電式的方法，壓力式通常采用壓敏元件制成的壓力傳感器實(shí)現(xiàn)，具有工藝復(fù)雜，制造成本高，設(shè)備笨重，不輕便及易誤報(bào)、漏報(bào)等缺點(diǎn)。脈診式，中醫(yī)脈象診斷技術(shù)就是脈搏測量在中醫(yī)上卓有成效的應(yīng)用，但是受人為的影響因素較大，測量精度不高；心電式是通過將安裝有心電傳感器的帶卷繞于被測定者的胸部，以心電方式測定被測定者的心臟跳動(dòng)來測定被測定者的脈搏數(shù)，該方法操作繁瑣，設(shè)備成本高，被測者檢測時(shí)感到不舒服，而光電式則利用光電傳感器以光電方式檢測被測定者血管的脈動(dòng)，來測定被測定者的脈搏數(shù)，后者主要使用光電容積的方法，光電容積法測量過程中存在重搏波，對測量結(jié)果造成干擾，導(dǎo)致心率測量結(jié)果不準(zhǔn)確；而血紅細(xì)胞濃度可以為醫(yī)學(xué)上的疾病判斷，在臨床上，可以使用血紅細(xì)胞濃度作為診斷腎上腺功能亢進(jìn)的重要依據(jù)，血紅細(xì)胞濃度是心血管疾病檢測的重要一項(xiàng)，同時(shí)可以輔助肺疾病的診斷治療，它不僅在臨床上有運(yùn)用，而且測試運(yùn)動(dòng)員的體能等方面運(yùn)用也比較廣，而目前鮮有監(jiān)測儀能同時(shí)測量脈博和血紅細(xì)胞濃度以滿足患者的需要，所以，提供一種脈博測量結(jié)果準(zhǔn)確且能同時(shí)測量血紅細(xì)胞濃度的監(jiān)測儀及方法非常有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用基于信號強(qiáng)度頻域調(diào)制的方法來處理強(qiáng)度信號而減少甚至消除重搏波提高測量結(jié)果的脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的：

一種脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀，包括夾指裝置，夾指裝置一端開口且內(nèi)設(shè)有腔體，腔體的上、下表面分別相對設(shè)有紅外光源和光電探測器，夾指裝置依次與儲存運(yùn)算裝置和顯示裝置連接；

夾指裝置，用于夾緊被測試者的手指指肚部分；

紅外光源，用于照射被測者的手指并透射出原始光強(qiáng)度信號；

光電探測器，用于接收紅外光源發(fā)出的原始光強(qiáng)度信號將光信號轉(zhuǎn)換為電信號以采集像素范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)并將電信號傳到儲存運(yùn)算裝置，光電探測器是基于CMOS相機(jī)，探測靈敏度和精度高；

儲存運(yùn)算裝置，用于儲存和處理原始光強(qiáng)度信號；

顯示裝置，用于顯示經(jīng)儲存運(yùn)算裝置處理后的脈搏數(shù)據(jù)和血紅細(xì)胞濃度數(shù)據(jù)。由此，通過在夾指裝置的腔體內(nèi)設(shè)置上下相對的紅外光源裝置和光電檢測器，采集手指經(jīng)紅外光源照射后透射出的光強(qiáng)度信號，由光電探測器對信號進(jìn)行預(yù)處理后，儲存運(yùn)算裝置采用基于信號強(qiáng)度頻域調(diào)制的方法得到平均調(diào)制深度從而得到血紅細(xì)胞濃度和脈搏頻率，并由顯示裝置顯示血紅細(xì)胞濃度和脈搏頻率，探測靈敏度和精度高，利于快速計(jì)算出紅細(xì)胞濃度和脈博頻率，提高了工作效率，對于緊急情況測量被測者的脈搏具有十分重要的意義。

進(jìn)一步地，所述夾指裝置的腔體呈U型，腔體的下表面設(shè)有一排或多排所述光電探測器，光電探測器沿橫向排列的寬度小于人體手指寬度，由此，將整體的光電探測器寬度設(shè)置為小于成人夾指寬度，安裝在夾指裝置的中部的光電探測器就主要對手指指肚測量，易測得脈搏等相關(guān)參數(shù)，避免因光電探測器大于手指面積，光電探測器會(huì)接收到部分不準(zhǔn)確的信號，平均后求值后影響最終測量的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述紅外光源與光電探測器一一對應(yīng)且平齊，由此，光電探測器可以比較容易測得脈搏等相關(guān)參數(shù)，避免因紅外光源與光電探測器不一一對應(yīng)時(shí)接收到的部分信號有遺失，導(dǎo)致測量結(jié)果不具有普遍性影響最終測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測方法，該方法基于上述脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀，包括以下步驟：

S1.將所述光電探測器的采集速率設(shè)置為F>350fps；

S2.采集被測部位經(jīng)紅外光源照射后透射出來光的強(qiáng)度信號并儲存，該強(qiáng)度信號是未處理、包含心跳信息的原始光強(qiáng)度信號；

S3.對S2中所得的光強(qiáng)信號進(jìn)行預(yù)處理，其中包括去除噪聲，采用傅里葉變換方法獲取頻域上的信號；

S4.對S3中經(jīng)預(yù)處理所得的信號，采用基于信號強(qiáng)度頻域調(diào)制方法計(jì)算出調(diào)制深度，算出的調(diào)制深度為實(shí)時(shí)調(diào)制深度；

S5.設(shè)光電探測器有n個(gè)，將S4中得到的n個(gè)調(diào)制深度求平均，則求平均調(diào)制深度，從而得出實(shí)時(shí)血紅細(xì)胞濃度，算出的平均調(diào)制深度是實(shí)時(shí)的，同時(shí)將時(shí)間和平均調(diào)制深度用坐標(biāo)表示；

S6.對S5中得到的平均調(diào)制深度進(jìn)行快速傅里葉變換得到頻域圖，再讀峰，得到脈搏數(shù)據(jù)，并由顯示裝置顯示脈搏數(shù)據(jù)和血紅細(xì)胞濃度。

進(jìn)一步地，所述S1中光電探測器的采集速率的設(shè)置是基于以下原理：正常人的最大脈搏在210次每分鐘，設(shè)一分鐘內(nèi)采集100幀的數(shù)據(jù)，而光電探測器的采集速度f要大于脈搏的速度以便能夠采集到完整的、準(zhǔn)確的、連續(xù)的強(qiáng)度信號，即100/F<60/210，得F>350fps；

所述S2中光強(qiáng)度信號的采集是被測者將一根手指放入夾指裝置中，夾指裝置上表面的紅外光源照射被測手指，由夾指裝置下表面的光電探測器接收原始的光強(qiáng)度信號；

所述S3中對原始光強(qiáng)信號進(jìn)行快速傅里葉變換(簡稱FFT)得到頻域信號頻譜強(qiáng)度I^j(u)：每次取m張數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT，每相鄰兩個(gè)信號值之間隔10張數(shù)據(jù)，即對第(1+10(j-1))張數(shù)據(jù)到第(m+10(j-1))張數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT后得到第j個(gè)信號值，可用如下關(guān)系式表示：

其中，j是信號值排序，t是時(shí)間，u是頻率，表示第j個(gè)頻域動(dòng)態(tài)信號，表示第j個(gè)頻域靜態(tài)信號；

所述S4中基于強(qiáng)度信號的頻域調(diào)制方法是：取S3中得到的各個(gè)信號值頻譜強(qiáng)度I^j(u)，包含靜態(tài)頻率和動(dòng)態(tài)頻率，分別提取一定范圍內(nèi)靜態(tài)頻域的頻率和動(dòng)態(tài)頻域的頻率并求強(qiáng)度，再把提取到的動(dòng)態(tài)頻率強(qiáng)度比靜態(tài)頻率強(qiáng)度得到調(diào)制深度，而調(diào)制深度與血紅細(xì)胞濃度成正比例關(guān)系，得出血紅細(xì)胞濃度；

所述S5中，在n個(gè)光電探測器的情況下，所有信號值排序與時(shí)間存在一一對應(yīng)關(guān)系，將S4中得到的調(diào)制深度求平均值，平均調(diào)制深度MD^j的公式可表示為：

所述S6中，得到的平均調(diào)制深度值即為時(shí)域上的平均調(diào)制深度值，對MD^j進(jìn)行FFT，

FFT(MD^j)＝A(δ(f+f₀)+δ(f-f₀))

讀峰求出被測者的脈搏頻率f，其中A為頻譜信號幅值，f₀為峰值所對應(yīng)的頻率。

本發(fā)明提供的脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、采用基于信號強(qiáng)度頻域調(diào)制的方法來處理光強(qiáng)度信號減少甚至消除了重搏波提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，且無需采用卷積等復(fù)雜的運(yùn)算操作，只需FFT等簡單運(yùn)算，極大降低計(jì)算復(fù)雜度，節(jié)省了儲存空間，便于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2、既可以集成于多參數(shù)檢測的脈搏血氧儀中，又可以作為獨(dú)立的脈搏及末梢血流量監(jiān)測儀，還可以作為中間件處理程序，便于無限監(jiān)測及網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，且簡潔實(shí)用無需人工重復(fù)預(yù)處理，實(shí)施時(shí)所需資源少，軟硬件開銷低。

3、整個(gè)監(jiān)測儀整體體積小，利于放置和對被監(jiān)測者的脈搏監(jiān)測，節(jié)省了空間，提高了空間的使用率，且監(jiān)測方法簡便，適用范圍廣，可應(yīng)用到醫(yī)院或家庭中。

4、使用基于CMOS相機(jī)的光電探測器采集信號，探測靈敏度和精度高，利于快速計(jì)算出紅細(xì)胞濃度和脈博頻率，提高了工作效率，對于緊急情況測量被測者的脈搏有重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中夾指裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測方法的流程圖；

圖4為光電檢測器采集到的部分光強(qiáng)度信號圖；

圖5為進(jìn)行傅里葉變換后得到的第二信號值圖；

圖6為平均調(diào)制深度時(shí)域圖；

其中：1—夾指裝置，2—紅外光源，3—光電檢測器，4—儲存運(yùn)算裝置，5—

顯示裝置，6—腔體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實(shí)物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

本發(fā)明實(shí)施例的附圖中相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，若有術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

如圖1和圖2所示，一種脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀，包括夾指裝置1，夾指裝置一端開口且內(nèi)設(shè)有腔體6，腔體6的上、下表面分別相對設(shè)有紅外光源2和光電探測器3，夾指裝置1依次與儲存運(yùn)算裝置4和顯示裝置5連接；夾指裝置1的腔體6呈U形，腔體6的下表面設(shè)有兩排光電探測器3；為了提高測量的準(zhǔn)確性，光電探測器3沿橫向排列的寬度小于人體手指寬度，光電探測器3就主要是對手指指肚測量，由此易測得脈搏等相關(guān)參數(shù)，避免因光電探測器3大于手指面積，光電探測器3會(huì)接收到部分不準(zhǔn)確的信號使平均后求值后影響最終測量的準(zhǔn)確性；

另外，紅外光源2與光電探測器3一一對應(yīng)且平齊，可避免因紅外光源2與光電探測器3不一一對應(yīng)時(shí)接收到的部分信號有遺失，導(dǎo)致測量結(jié)果不具有普遍性而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

其中，夾指裝置1，用于夾緊被測試者的手指指肚部分，光電檢測器3突出夾指裝置1腔體6的表面；紅外光源2，用于照射被測者的手指并透射出原始光強(qiáng)度信號；光電探測器3，用于接收紅外光源2發(fā)出的原始光強(qiáng)度信號將光信號轉(zhuǎn)換為電信號以采集像素范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)并將電信號傳到儲存運(yùn)算裝置4；儲存運(yùn)算裝置4，用于儲存和處理原始光強(qiáng)度信號；顯示裝置5，用于顯示經(jīng)儲存運(yùn)算裝置4處理后的脈搏數(shù)據(jù)和血紅細(xì)胞濃度數(shù)據(jù)。

使用該裝置進(jìn)行脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測時(shí)，被測者將手指伸入夾指裝置1的U形腔體6中，手指指肚緊貼腔體6內(nèi)的光電檢測器3一側(cè)，如圖4所示，經(jīng)紅外光源2照射被測者的手指背面后透射出的原始光強(qiáng)度信號由光電探測器3采集后經(jīng)噪聲處理和傅立葉變換對信號進(jìn)行預(yù)處理，再經(jīng)儲存運(yùn)算裝置4中基于信號強(qiáng)度頻域調(diào)制的方法得到血紅細(xì)胞濃度，經(jīng)傅立葉變換得到脈博數(shù)據(jù)，最后由顯示裝置5將計(jì)算得到的血紅細(xì)胞濃度和脈博數(shù)據(jù)顯示出來。

一種脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測方法，如圖3所示，該方法基于上述脈搏及血紅細(xì)胞濃度監(jiān)測儀，包括以下步驟：

S1.將所述光電探測器3的采集速率設(shè)置為F>350fps，光電探測器3的采集速率的設(shè)置是基于以下原理：正常人的最大脈搏在210次每分鐘，設(shè)一分鐘內(nèi)采集100幀的數(shù)據(jù)，而光電探測器3的采集速度f要大于脈搏的速度以便能夠采集到完整的、準(zhǔn)確的、連續(xù)的強(qiáng)度信號，即100/F<60/210，得F>350fps；

S2.采集被測部位經(jīng)紅外光源2照射后透射出來光的強(qiáng)度信號并儲存，該強(qiáng)度信號是未處理、包含心跳信息的原始光強(qiáng)度信號，S2中光強(qiáng)度信號的采集是被測者將一根手指放入夾指裝置1中，夾指裝置1腔體6內(nèi)上表面的紅外光源2照射被測手指，由夾指裝置1腔體6的下表面的光電探測器3接收原始的光強(qiáng)度信號；

S3.對S2中所得的光強(qiáng)信號進(jìn)行預(yù)處理，其中包括去除噪聲，采用傅里葉變換方法獲取頻域上的信號，S3中對原始光強(qiáng)信號進(jìn)行快速傅里葉變換(簡稱FFT)得到頻域信號頻譜強(qiáng)度I^j(u)：每次取m張數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT，每相鄰兩個(gè)信號值之間隔10張數(shù)據(jù)，即對第(1+10(j-1))張數(shù)據(jù)到第(m+10(j-1))張數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT后得到第j個(gè)信號值，如由第1張數(shù)據(jù)到第m張數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT得到對應(yīng)第一信號值，第11張數(shù)據(jù)到第m+10張數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT得第二信號值，如圖5所示。頻域信號頻譜強(qiáng)度I^j(u)可用如下關(guān)系式表示：

其中，j是信號值排序，t是時(shí)間，u是頻率，表示第j個(gè)頻域動(dòng)態(tài)信號，表示第j個(gè)頻域靜態(tài)信號；

S4.對S3中經(jīng)預(yù)處理所得的信號，采用基于信號強(qiáng)度頻域調(diào)制方法計(jì)算出調(diào)制深度，算出的調(diào)制深度為實(shí)時(shí)調(diào)制深度，S4中基于強(qiáng)度信號的頻域調(diào)制方法是：取S3中得到的各個(gè)信號值頻譜強(qiáng)度I^j(u)，包含靜態(tài)頻率和動(dòng)態(tài)頻率，分別提取一定范圍內(nèi)靜態(tài)頻域的頻率和動(dòng)態(tài)頻域的頻率并求強(qiáng)度，再把提取到的動(dòng)態(tài)頻率強(qiáng)度比靜態(tài)頻率強(qiáng)度得到調(diào)制深度，而調(diào)制深度與血紅細(xì)胞濃度成正比例關(guān)系，得出血紅細(xì)胞濃度，但不受血流速度影響；

S5.設(shè)光電探測器3有n個(gè)，將S4中得到的n個(gè)調(diào)制深度求平均，如圖6所示，同時(shí)將時(shí)間和平均調(diào)制深度用坐標(biāo)表示，在n個(gè)光電探測器的情況下，所有信號值排序與時(shí)間存在一一對應(yīng)關(guān)系，將S4中得到的調(diào)制深度求平均值，從而得出實(shí)時(shí)血紅細(xì)胞濃度，算出的平均調(diào)制深度是實(shí)時(shí)的，平均調(diào)制深度MD^j的公式可表示為：

得到的平均調(diào)制深度值即為時(shí)域上的平均調(diào)制深度值，對MD^j進(jìn)行FFT，

FFT(MD^j)＝A(δ(f+f₀)+δ(f-f₀))

讀峰求出被測者的脈搏頻率f，其中A為頻譜信號幅值，f₀為峰值所對應(yīng)的頻率；

S6.對S5中得到的平均調(diào)制深度進(jìn)行快速傅里葉變換得到頻域圖，再讀峰，得到脈搏數(shù)據(jù)，并由顯示裝置顯示脈搏數(shù)據(jù)和血紅細(xì)胞濃度。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。