一種可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置及其數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是一種可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置及其數(shù)據(jù)處理方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)脈硬化及其相關(guān)的血管病變是導(dǎo)致心腦血管事件的主要原因，是心肌梗死、腦 卒中等常見(jiàn)心腦血管疾病的共同病理學(xué)基礎(chǔ)。因此，動(dòng)脈血管硬化程度往往反應(yīng)了人體潛 在的心血管疾病發(fā)病可能，及早發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈血管硬化并采取有效治療可以減緩甚至逆轉(zhuǎn)心血 管疾病的發(fā)生和發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)檢測(cè)動(dòng)脈血管硬化狀況早期預(yù)警心血管疾病的潛在危 險(xiǎn)，就需要能夠?qū)崟r(shí)獲知?jiǎng)用}血管的功能狀況，進(jìn)而早期發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈血管的結(jié)構(gòu)和功能病變， 及時(shí)引入有效的醫(yī)學(xué)干預(yù)。
[0003] 目前，評(píng)價(jià)動(dòng)脈血管功能狀況的方法主要包括間接法、影像診斷法和脈搏波檢測(cè) 法。間接法是指通過(guò)血糖、血脂等生化指標(biāo)或內(nèi)皮功能檢測(cè)來(lái)間接判斷動(dòng)脈硬化程度，但上 述生化指標(biāo)水平并不總與動(dòng)脈硬化的病變過(guò)程同行，無(wú)法直接反映動(dòng)脈的彈性特性。利用 血管造影術(shù)檢查、核磁共振成像檢查、CT掃描檢查、彩色超聲檢查等影像診斷法只能對(duì)局部 血管進(jìn)行測(cè)量分析，了解某一截面動(dòng)脈管腔的彈性功能變化，不能詳細(xì)了解動(dòng)脈整體的彈 性功能。而且，上述兩種方法均需要借助很強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)和昂貴的檢測(cè)儀器方能進(jìn)行，不適 合在社區(qū)和家庭中應(yīng)用。脈搏波檢測(cè)法是指依據(jù)脈搏波特征參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)脈血管彈性功能 的方法，其測(cè)量原理是：動(dòng)脈血管硬化后導(dǎo)致血管的物理性質(zhì)發(fā)生改變，并在脈搏波信號(hào)上 產(chǎn)生相應(yīng)的變化，可以通過(guò)檢測(cè)脈搏波波形的變化情況判斷出動(dòng)脈血管的硬化程度，主要 包括脈搏波傳導(dǎo)速度、反射波增強(qiáng)指數(shù)、舒張期脈搏波分析法和套袖壓力震蕩波分析測(cè)量 等。盡管此方法在準(zhǔn)確性方面比不上影像診斷法，但是由于具有良好的預(yù)見(jiàn)能力和方便、易 行的檢測(cè)流程，適合在社區(qū)和家庭進(jìn)行推廣使用。
[0004] 但是，現(xiàn)有脈搏波診斷儀器操作復(fù)雜，只適于在醫(yī)院由醫(yī)生進(jìn)行操作；可以同時(shí)檢 測(cè)多項(xiàng)生理參數(shù)，但是無(wú)法根據(jù)檢測(cè)得到的參數(shù)形成綜合的評(píng)價(jià)情況，需要由醫(yī)生進(jìn)行診 斷，不利于居家使用；現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜，不適合社區(qū)和家庭推廣；現(xiàn)有 的設(shè)備使用加壓式的套袖，用戶體感不好，不適合長(zhǎng)時(shí)間佩戴，無(wú)法連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)生 理參數(shù)。本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)適用于家庭、社區(qū)的可穿戴式的無(wú)創(chuàng)動(dòng)脈血管硬化檢測(cè) 系統(tǒng)，為早期預(yù)警心血管疾病的潛在危險(xiǎn)因素提供一種有效的技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置，旨在提供一種可 穿戴的動(dòng)脈硬化檢測(cè)系統(tǒng)，以連續(xù)、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地檢測(cè)多項(xiàng)生理參數(shù)，綜合評(píng)價(jià)動(dòng)脈硬化水 平，及時(shí)給予風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提出了一種用于可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)處理方 法，以得到多方位的生理參數(shù)，以方便經(jīng)過(guò)下一步學(xué)習(xí)處理后得出最終指導(dǎo)性結(jié)果。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的，提供了一種可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置，包括：
[0008] 心電傳感器模塊，其內(nèi)設(shè)置有用于采集動(dòng)態(tài)心電數(shù)據(jù)的心電傳感器；心音傳感器 模塊，其內(nèi)設(shè)置有用于采集動(dòng)態(tài)心音數(shù)據(jù)的心音傳感器；脈搏波傳感器模塊，其內(nèi)設(shè)置有若 干個(gè)用于采集動(dòng)態(tài)脈搏波數(shù)據(jù)的反射式光電傳感器，且每個(gè)均攜帶有獨(dú)立的相對(duì)位置傳感 器；以及健康管理模塊，其內(nèi)設(shè)置有用于接收所述動(dòng)態(tài)心電、心音和脈搏波數(shù)據(jù)的無(wú)線數(shù)據(jù) 接收器，所述健康管理模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算分析后給予綜合學(xué)習(xí)指數(shù)；其中，所述心電 傳感器至少有3導(dǎo)聯(lián)位于左胸腔，且與所述心音傳感器封裝在同一個(gè)小貼片內(nèi)，所述小貼 片內(nèi)設(shè)置有一個(gè)基準(zhǔn)位置傳感器，作為所述相對(duì)位置傳感器的基準(zhǔn)坐標(biāo)。
[0009] 優(yōu)選的，所述心電、心音和脈搏波傳感器模塊中分別設(shè)置有電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、 同步信號(hào)觸發(fā)器和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸器。
[0010] 優(yōu)選的，所述可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置還包括分別與所述心電、心音、脈搏波傳感器 模塊和健康管理模塊無(wú)線連接的系統(tǒng)控制/信號(hào)處理模塊，其內(nèi)設(shè)置有同步時(shí)序信號(hào)發(fā)生 器、多通道無(wú)線數(shù)據(jù)接收/發(fā)送器、信號(hào)處理器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
[0011] 優(yōu)選的，所述心電、心音傳感器模塊被封裝于同一個(gè)大貼片內(nèi)或緊身衣服內(nèi)，所述 大貼片或緊身衣服外表設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述心電、心音傳感器位置的開(kāi)口。
[0012] 優(yōu)選的，所述脈搏波傳感器模塊包含2個(gè)或4個(gè)反射式光電傳感器，其分別通過(guò)緊 固式套袖固定在肱動(dòng)脈處和踝動(dòng)脈處，所述相對(duì)位置傳感器安裝在所述套袖內(nèi)。
[0013] 提出了一種用于可穿戴的動(dòng)脈檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)處理方法，包括：
[0014] 步驟1)同步時(shí)序信號(hào)發(fā)生器發(fā)送時(shí)序觸發(fā)信號(hào)，心電、心音和反射式光電傳感器 按照時(shí)序觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行同步信號(hào)采樣，同時(shí)相對(duì)位置傳感器測(cè)量套袖相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)的距 離；
[0015] 步驟2)分別將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后無(wú)線發(fā)送到系統(tǒng)控制/信號(hào)處理模 塊，系統(tǒng)控制/信號(hào)處理模塊中的信號(hào)處理器對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行并行化處理，將處 理后的信號(hào)無(wú)線發(fā)送至健康管理模塊；
[0016] 步驟3)健康管理模塊根據(jù)動(dòng)態(tài)心電、心音和脈搏波信號(hào)，以及套袖相對(duì)位置，計(jì) 算和記錄以下動(dòng)態(tài)多生理參數(shù)：肱動(dòng)脈動(dòng)態(tài)收縮壓/舒張壓/平均血壓、踝動(dòng)脈動(dòng)態(tài)收縮壓 /舒張壓/平均血壓、動(dòng)態(tài)踝臂指數(shù)、動(dòng)態(tài)脈搏波傳導(dǎo)速率、動(dòng)態(tài)心踝血管指數(shù)、動(dòng)態(tài)心電波 形、動(dòng)態(tài)心音波形、動(dòng)態(tài)心率、動(dòng)態(tài)射血前期、動(dòng)態(tài)射血時(shí)間、動(dòng)態(tài)射血指數(shù)、動(dòng)態(tài)波形上升 時(shí)間、動(dòng)態(tài)脈搏波體積記錄；
[0017] 步驟4)將計(jì)算得到的全部動(dòng)態(tài)生理參數(shù)按照動(dòng)態(tài)心電信號(hào)的節(jié)律劃分為多個(gè)時(shí) 間窗，接著按照劃分好的時(shí)間窗，將全部長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)生理參數(shù)分解到多個(gè)短時(shí)間的動(dòng)態(tài) 生理參數(shù)，然后將同一時(shí)間窗內(nèi)的全部動(dòng)態(tài)生理信號(hào)進(jìn)行排列，組織成為按時(shí)間排列的高 維特征向量，最后將多個(gè)時(shí)間窗的高維特征向量同時(shí)輸入到深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，依次 對(duì)輸入向量進(jìn)行有監(jiān)督的深度學(xué)習(xí)，提取有效信息，得出經(jīng)降維處理后的綜合學(xué)習(xí)指數(shù)，以 待進(jìn)行下一步學(xué)習(xí)處理后得出最終學(xué)習(xí)結(jié)果。
[0018] 優(yōu)選的，步驟2)中的并行化處理過(guò)程包括：對(duì)心電、心音信號(hào)進(jìn)行帶通濾波、降 噪、平滑等處理，對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波放大、脈搏波信號(hào)背景噪聲分離和脈搏波信號(hào)提 取。
[0019] 優(yōu)選的，步驟3)中利用相對(duì)位置傳感器標(biāo)定各個(gè)反射式光電傳感器相對(duì)于基準(zhǔn) 坐標(biāo)的位置；利用心電、心音信號(hào)校準(zhǔn)脈搏波傳輸時(shí)間；根據(jù)心電、心音波形信號(hào)和脈搏波 傳輸時(shí)間信號(hào)，利用血壓測(cè)量金標(biāo)準(zhǔn)和脈搏波傳輸時(shí)間建立線性回歸方程，通過(guò)心音信號(hào) 對(duì)射血前期的時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定，再對(duì)回歸方程的參數(shù)進(jìn)行校正，基于動(dòng)態(tài)心電、心音、脈搏波 傳輸傳輸時(shí)間、線性回歸方程和相對(duì)位置傳感器的坐標(biāo)位置來(lái)計(jì)算所述生理參數(shù)。
[0020] 優(yōu)選的，部分計(jì)算過(guò)程包括：計(jì)算脈搏波傳導(dǎo)速率PWV，具體的：計(jì)算上臂PWV、右 PWV和左PWV，上臂PWV (心臟到上臂套袖肱動(dòng)脈處）=D1/T1 ;右PWV (右上臂肱動(dòng)脈到右腳 踝踝動(dòng)脈）=(Dl-D2)/T2;右PWV(右上臂肱動(dòng)脈到右腳踝踝動(dòng)脈）=(Dl-D2)/T3;其中， Dl為心臟到右上臂的距離，D2為心臟到腳踝的距離，分別有相對(duì)位置傳感器獲??；Tl為從 心音圖的第二心音到右上臂脈搏容積記錄的凹槽之間的時(shí)段；T2為右上臂脈搏容積波上 升沿到右腳踝脈搏容積波上升沿之間的時(shí)間差，T3為左上臂脈搏容積波上升沿到左腳踝脈 搏容積波上升波之間的時(shí)間差；
[0021] 計(jì)算肱動(dòng)脈動(dòng)態(tài)收縮壓/舒張壓，具體的：使用MMIC數(shù)據(jù)標(biāo)定QRS，使用血壓金 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脈搏波傳導(dǎo)速率和動(dòng)態(tài)血壓之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，使用基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)方法 或基于有限混合模型的回歸方法對(duì)脈搏波傳導(dǎo)速率和動(dòng)態(tài)血壓進(jìn)行回歸分析，優(yōu)選的，有 限混合模型是t分布混合模型，健康管理模塊對(duì)采集到的動(dòng)態(tài)脈搏波波形，根據(jù)同步采集 到的心電波形信號(hào)和心音波形信號(hào)進(jìn)行獲取其傳導(dǎo)時(shí)間，根據(jù)回歸分析的結(jié)果，計(jì)算出動(dòng) 脈的收縮壓/舒張壓，并基于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算其平均血壓，平均血壓=舒張壓+(收縮壓-舒 張壓）/3;
[0022] 計(jì)算踝動(dòng)脈動(dòng)態(tài)收縮壓/舒張壓，具體計(jì)算方法如肱動(dòng)脈動(dòng)