一種基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)療信息處理技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)及方法，具體是通過對腕 部血壓波震蕩信號的采集、處理和分析計(jì)算心臟每搏血量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 每搏輸出量（SV)是心臟功能的一個(gè)重要指標(biāo)，在心率已知的前提下，可由此直接 測量出心輸出量（C0)。多普勒超聲心動圖法是臨床無創(chuàng)測量SV(或C0)的最常見方法，但 是它的精度一般，更準(zhǔn)確的方法，例如熱稀釋方法（已成為C0監(jiān)測的"金標(biāo)準(zhǔn)"）需要在肺 動脈處插入導(dǎo)管，有創(chuàng)的檢測方法易引起并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，或者無法提供連續(xù)監(jiān)測，且價(jià)格昂 貴，不適用于家庭日常監(jiān)護(hù)。
[0003] 因此有必要為臨床以及日常健康監(jiān)護(hù)上開發(fā)一個(gè)能夠連續(xù)監(jiān)測SV，并且低成本、 易操作的新方法。動脈脈搏波分析是近年來的研究熱點(diǎn)，這些方法的優(yōu)點(diǎn)是基于能夠無創(chuàng) 連續(xù)地獲取的外周動脈壓力曲線估測SV，比較適用于家庭檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是 所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非 試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一 些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0005] 本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量 的檢測方法，可以實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)連續(xù)測量每搏血量（SV)，從而為日常家庭健康監(jiān)測提供了簡便 可靠的新的評價(jià)指標(biāo)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：本發(fā)明揭示了一種基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢 測方法，包括：
[0007] 對氣泵進(jìn)行加壓，帶動袖帶充氣；
[0008] 進(jìn)行袖帶振蕩壓力波的檢測；
[0009] 檢測輸出的信號經(jīng)過低通濾波和運(yùn)放處理；
[0010] 在芯片內(nèi)對經(jīng)過低通濾波和運(yùn)放處理后的信號再進(jìn)行數(shù)字濾波；
[0011] 基于數(shù)字濾波后的信號，利用脈圖法計(jì)算每搏血量。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的一實(shí)施例，對氣泵 的加壓采用線性加壓的方式。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的一實(shí)施例，對振蕩 壓力波的檢測是用血壓測量裝置實(shí)現(xiàn)的，所述血壓測量裝置包括氣泵、電磁閥、袖帶以及位 于袖帶內(nèi)的氣囊、壓力傳感器、主芯片、數(shù)據(jù)傳輸模塊，主芯片通過一驅(qū)動器連接氣泵以控 制氣泵線性加壓，氣泵連接袖帶內(nèi)的氣囊，隨著氣泵的線性加壓帶動袖帶充氣，主芯片通過 電磁閥連接袖帶，壓力傳感器位于袖帶內(nèi)，檢測袖帶內(nèi)的振蕩壓力波，且在壓力傳感器和主 芯片之間設(shè)有運(yùn)放電路和低通濾波電路，檢測到的振蕩壓力波經(jīng)過運(yùn)放和濾波后輸入到與 壓力傳感器連接的主芯片，主芯片中設(shè)有數(shù)字濾波單元，對采樣到的針對壓力波的數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)字濾波。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的一實(shí)施例，氣泵通 過指令控制將袖帶氣囊壓力加壓至指定的范圍并維持恒定，連續(xù)采集實(shí)時(shí)的脈搏波數(shù)據(jù)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的一實(shí)施例，振蕩壓 力波是在橈動脈上檢測的，利用脈圖法計(jì)算每搏血量（SV)的計(jì)算方式為：
[0024] 其中Asys為壓力曲線的收縮期部分所包絡(luò)的面積；T。、W。、H。是心動周期、體重和 身高的常數(shù)，T、W、Η為樣本的實(shí)際心動周期、體重和身高；PB、Pe、PH、PE1、PF、PB1分別為收縮 期開始點(diǎn)、收縮早期拐點(diǎn)、收縮期峰值點(diǎn)、收縮晚期拐點(diǎn)、重搏波切跡點(diǎn)、舒張期結(jié)束點(diǎn)的壓 力，tB、tc、tH、tE1、tF、tB1是PB、Pc、PH、PE1、PF、PB1點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)刻；K為末梢動脈平均壓力常 數(shù)與樣本實(shí)際壓力的比值；ak、ap_k、aptl~apt9、aHR、aw、aHW為計(jì)算公式所涉及的系數(shù)，通過樣 本數(shù)據(jù)擬合得到。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的一實(shí)施例，T。、W。、 H。 的值分別是1. 0秒、70公斤、175cm，通過樣本數(shù)據(jù)擬合得到的系數(shù)ak、ap_k、aptl~apt9、aHR、 aw、aHW 的值分別是 317. 0、0· 405、-0· 0828、1. 652、2· 40、0· 0914、-0· 0110、31· 929、-0· 0331、 I. 307、0. 0932、1. 660、0. 963、-0. 408。
[0026] 本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本發(fā)明以腕上測量方式即可完成血壓和 脈搏波的采集檢測，在經(jīng)過濾波、去干擾、提取特征點(diǎn)等處理后，基于脈波分析法計(jì)算出心 臟每搏血量。相較于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明能夠利用安裝在手腕上的血壓測量裝置來獲取脈波 信號，從而估測心臟每搏血量SV，該方法完全無創(chuàng)，可實(shí)現(xiàn)對SV的連續(xù)監(jiān)測，并且操作簡單 方便，便于用戶在家中使用。
【附圖說明】
[0027] 圖1示出了本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的較佳實(shí)施 例的流程圖。
[0028] 圖2示出了在本發(fā)明的檢測方法中所使用的血壓測量裝置的原理圖。
[0029] 圖3示出了本發(fā)明的作為示例的提取脈搏波圖的六個(gè)特征點(diǎn)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的 上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征 的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
[0031] 在介紹本發(fā)明的方法之前，先說明在本發(fā)明中使用到的血壓測量裝置的原理。請 參見圖2,血壓測量裝置包括氣泵、電磁閥、袖帶以及位于袖帶內(nèi)的氣囊、壓力傳感器、主芯 片、數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0032] 主芯片通過一驅(qū)動器連接氣泵以控制氣泵線性加壓，氣泵連接袖帶內(nèi)的氣囊，隨 著氣泵的線性加壓帶動袖帶充氣。在本實(shí)施例中，主芯片可基于上位機(jī)的指令控制氣泵加 壓至設(shè)定的壓力范圍。主芯片通過電磁閥連接袖帶，壓力傳感器位于袖帶內(nèi)，檢測袖帶內(nèi)的 振蕩壓力波，經(jīng)采樣后輸入到與壓力傳感器連接的主芯片，數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集到的數(shù)據(jù) 傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)是指安裝了血管健康分析和管理模塊的計(jì)算機(jī)或移動設(shè)備。數(shù)據(jù)傳 輸模塊分為有線傳輸接口和無線傳輸接口。在本實(shí)施例中，有線傳輸接口是USB接口，無線 傳輸接口是藍(lán)牙接口。
[0033] 裝置還包括電源管理模塊，電源管理模塊進(jìn)一步包括鋰電池、充電保護(hù)裝置以及 電壓觸控電路。
[0034] 在完成血壓測量后，主芯片控制電磁閥開啟閥門進(jìn)行放氣，待放氣完成后再關(guān)閉 閥門，根據(jù)計(jì)算得到的血壓值，重新加壓并保持在舒張壓附近，采集此壓力狀態(tài)下的脈博波 數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均動脈壓的計(jì)算。此外，較佳的，在壓力傳感器和主芯片之間設(shè)有運(yùn)放電路和 低通濾波電路，在本實(shí)施例中配置為兩路的運(yùn)放和低通濾波電路。壓力傳感器檢測到的振 蕩壓力波經(jīng)過運(yùn)放和濾波之后分兩路輸入到主芯片。而主芯片中設(shè)有數(shù)字濾波單元，對采 樣的振蕩壓力波的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波后得到血壓數(shù)據(jù)。
[0035] 圖1示出了本發(fā)明的基于脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量的檢測方法的較佳實(shí)施 例的流程圖。請參見圖1，本實(shí)施例的檢測方法的具體實(shí)施步驟如下。
[0036] 步驟S1:對氣泵進(jìn)行加壓，帶動袖帶充氣。
[0037] 血壓測量裝置的主芯片通過一驅(qū)動器連接氣泵以控制氣泵線性加壓，氣泵連接袖 帶內(nèi)的氣囊，隨著氣泵的線性加壓帶動袖帶充氣。氣泵通過指令控制將袖帶氣囊壓力加壓 至指定的范圍并維持恒定，連續(xù)采集實(shí)時(shí)的脈搏波數(shù)據(jù)。
[0038] 步驟S2:進(jìn)行袖帶振蕩壓力波的檢測。
[0039] 壓力傳感器位于袖帶內(nèi)，通過壓力傳感器來檢測袖帶內(nèi)的橈動脈上的振蕩壓力 波。
[0040] 步驟S3:檢測輸出的信號經(jīng)過低通濾波和運(yùn)放處理。
[0041] 在壓力傳感器和主芯片之間設(shè)有運(yùn)放電路和低通濾波電路，壓力傳感器檢測到的 振蕩壓力波經(jīng)過運(yùn)放和濾波之后分兩路輸入到主芯片。
[0042] 步驟S4 :在芯片內(nèi)對經(jīng)過低通濾波和運(yùn)放處理后的信號再進(jìn)行數(shù)字濾波。
[0043] 主芯片中設(shè)有數(shù)字濾波單元，對采樣的振蕩壓力波的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波后得到血 壓數(shù)據(jù)。
[0044] 步驟S5 :基于數(shù)字濾波后的信號，利用脈波分析法計(jì)算心臟每搏血量。
[0045] 依據(jù)壓力波形分析方法（PRAM)方法，心臟每搏血量（SV)與主動脈壓力波形的收 縮期面積與特征阻抗的比值成正比，其中，特征阻抗是從一個(gè)完整的心跳周期的壓力曲線 數(shù)據(jù)獲得，計(jì)算公式為z= (P/t)*K(t)，因此心臟每搏血量SV=A/[(P/t)*K(t)]，其中A 為壓力曲線的收縮期面積，P/t為壓力P對時(shí)間t的解析導(dǎo)數(shù)，K(t)為末梢動脈平均壓力常 數(shù)與樣本實(shí)際壓力的比值。
[0046] 但由于壓力波形分析方法（PRAM)方法采用的是光電容積脈搏波傳感器采集指端 脈搏波的檢測方式，因此，本發(fā)明在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了公式，優(yōu)化了算法使之實(shí)用于橈動脈壓 力傳感器檢測的方式。通過公式：
[0056]其中Asys為壓力曲線的收縮期部分所包絡(luò)的面積；T。= 1. 0秒，W。= 70Kg，H。= 175cm是心動周期、體重和身高的常數(shù)，T、W、Η為樣本的實(shí)際心動周期、體重和身高；PB、Pc、 PH、PE1、PF、PB1是通過波形分析在壓力波上識別出的六個(gè)特征點(diǎn)，分別為收縮期開始點(diǎn)、收縮 早期拐點(diǎn)、收縮期峰值點(diǎn)、收縮晚期拐點(diǎn)、重搏波切跡點(diǎn)、舒張期結(jié)束點(diǎn)，tB、te、tH、tE1、tF、tB1 是PB、Pc、PH、PE1、PF、PB1點(diǎn)所對應(yīng)