一種基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器、脈搏信號(hào)采集模塊、中央處理模塊和輸入輸出模塊；脈搏信號(hào)采集模塊包括指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊；指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別安置在指端處和手腕處，指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端分別連接指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端，指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端分別連接中央處理模塊的輸入端。本發(fā)明的方法重建得到的橈動(dòng)脈脈搏波波形與實(shí)際測(cè)量的橈動(dòng)脈脈搏波波形的最佳波形匹配度均在70%至92%范圍內(nèi)，適用于橈動(dòng)脈脈搏波數(shù)據(jù)的采集。
【專利說(shuō)明】一種基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]橈動(dòng)脈是人體若干淺表動(dòng)脈中的一根，相比較于其他部位的脈搏波，橈動(dòng)脈脈搏波的檢測(cè)較方便，因此不論是中醫(yī)的切脈，或是西醫(yī)中心血管參數(shù)的無(wú)創(chuàng)傷檢測(cè)，往往總是在橈動(dòng)脈處獲取信息。橈動(dòng)脈處檢測(cè)到的信息確實(shí)可以在一定程度上反映出人體的某些生理、病理特征，這一點(diǎn)早已被中醫(yī)、藏醫(yī)等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的脈診所證實(shí)。
[0003]關(guān)于橈動(dòng)脈脈搏波的檢測(cè)，現(xiàn)在常用的方法是在橈動(dòng)脈處佩戴一款脈搏傳感器?？梢允褂玫膫鞲衅鞣N類有很多，如壓電式脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器和加速度脈搏傳感器等。但是和指端脈搏波的測(cè)量相比，橈動(dòng)脈處的脈搏波測(cè)量較復(fù)雜，需要找準(zhǔn)橈動(dòng)脈的位置；而且與在手指上佩戴傳感器相比，手腕處佩戴傳感器對(duì)人體影響更大。雖然指端脈搏波采集比較方便，但是和橈動(dòng)脈脈搏波相比，由于其受到手掌內(nèi)微循環(huán)系統(tǒng)的影響，含有的特征信息量較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù) 存在的不足，本發(fā)明提供一種基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)，包括指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器、脈搏信號(hào)采集模塊、中央處理模塊和輸入輸出模塊；
[0007]所述脈搏信號(hào)采集模塊包括指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊；
[0008]所述指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別安置在指端處和手腕處，指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端分別連接指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端，指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端分別連接中央處理模塊的輸入端；
[0009]輸入輸出模塊包括按鍵/觸摸屏、IXD屏和SD卡，按鍵/觸摸屏連接中央處理模塊的輸入端，SD卡和IXD屏分別連接中央處理模塊的輸出端。
[0010]所述指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊均包括前置放大電路、脈搏信號(hào)獲取電路和壓力信號(hào)獲取電路；
[0011]所述脈搏信號(hào)獲取電路包括高通濾波電路、第一低通濾波電路、第一二級(jí)放大電路和電平抬升電路；
[0012]所述壓力信號(hào)獲取電路包括第二低通濾波電路、第二二級(jí)放大電路和反相器電路；[0013]指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端分別連接前置放大電路的輸入端，前置放大電路的輸出端分別連接高通濾波器的輸入端和第二低通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端連接第一低通濾波器的輸入端，第一低通濾波器的輸出端連接第一二級(jí)放大電路的輸入端，第一二級(jí)放大電路的輸出端連接電平抬升電路的輸入端，電平抬升電路的輸出端連接中央處理模塊，第二低通濾波器的輸出端連接第二二級(jí)放大電路的輸入端，第二二級(jí)放大電路的輸出端連接反相器電路的輸入端，反相器電路的輸出端連接中央處理模塊。
[0014]采用所述的基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)的方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1:分別對(duì)指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，設(shè)定指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力；
[0016]步驟1.1:指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別采集指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波；
[0017]步驟1.2:中央處理模塊控制指端脈搏傳感器對(duì)指端施加不同的接觸壓力以及橈動(dòng)脈脈搏波傳感器對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加不同的接觸壓力，采集不同接觸壓力狀態(tài)下的指端脈搏波和燒動(dòng)脈脈搏波信號(hào)；
[0018]步驟1.3:指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊分別對(duì)采集到的指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行放大、濾波和電平抬升處理，處理后的信號(hào)發(fā)送至中央處理模塊；
[0019]步驟1.4:根據(jù)采集到的不同接觸壓力下的指端脈搏波信號(hào)的幅值和橈動(dòng)脈脈搏波信號(hào)的幅值，確定指端脈搏波信號(hào)中幅值最大的脈搏波對(duì)應(yīng)的接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏波信號(hào)中幅值最大的脈搏波對(duì)應(yīng)的接觸壓力，將該兩個(gè)接觸壓力分別設(shè)定為指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力；
[0020]步驟2:在設(shè)定的指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力下使用指端脈搏傳感器采集受試者的指端脈搏波，在設(shè)定的橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力下使用橈動(dòng)脈脈搏傳感器采集受試者的橈動(dòng)脈脈搏波；
[0021]步驟3:指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊分別對(duì)采集到的指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行放大、濾波和電平抬升處理；
[0022]步驟4:建立基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型，該模型的輸入為指端脈搏波，輸出為燒動(dòng)脈脈搏波；
[0023]步驟4.1:求解橈動(dòng)脈脈搏波到指端脈搏波的頻域傳遞函數(shù)；
[0024]步驟4.1.1:使用Welch’ s平均周期法估計(jì)的指端脈搏波與橈動(dòng)脈脈搏波的互功率譜密度；
[0025]步驟4.1.2:使用Welch’ s平均周期法估計(jì)指端脈搏波的自功率譜密度；
[0026]步驟4.1.3:利用互功率譜密度除以自功率譜密度，即得到指端脈搏波與橈動(dòng)脈脈搏波的頻域傳遞函數(shù)；[0027]步驟4.2:確定基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次；
[0028]步驟4.2.1:分別建立不同窗寬下的不同階次的基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型；
[0029]步驟4.2.2:利用均方根百分誤差和波形匹配度評(píng)估橈動(dòng)脈脈搏波重建模型精度，得到橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的最佳窗寬和最佳階次，即確定基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次；
[0030]步驟4.3:根據(jù)橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次建立基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型；
[0031]步驟5:利用基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型和實(shí)時(shí)采集的指端脈搏波對(duì)橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行重建，得到橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)結(jié)果，該檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)到SD卡并通過(guò)LCD
屏顯示。
[0032]有益效果:
[0033]本發(fā)明的基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)及方法所得到的橈動(dòng)脈脈搏波波形與實(shí)際測(cè)量的橈動(dòng)脈脈搏波波形的最佳波形匹配度均在70%至92%范圍內(nèi)，該裝置適用于橈動(dòng)脈脈搏波數(shù)據(jù)的采集，與現(xiàn)有技術(shù)中的橈動(dòng)脈脈搏檢測(cè)裝置相比，使橈動(dòng)脈脈搏波的檢測(cè)更加方便。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0035]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的指端\橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊信號(hào)走向示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的前置放大電路原理圖；
[0037]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的高通濾波電路原理圖；
[0038]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的第一低通濾波電路原理圖；
[0039]圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的第一二級(jí)放大電路原理圖；
[0040]圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電平抬升電路原理圖；
[0041]圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的第二低通濾波電路原理圖；
[0042]圖9為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的第二二級(jí)放大電路原理圖；
[0043]圖10為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的反相器電路原理圖；
[0044]圖11為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)的方法流程圖；
[0045]圖12為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的SD卡電路原理圖；
[0046]圖13為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的傳遞函數(shù)建模訓(xùn)練和測(cè)試過(guò)程框圖；
[0047]圖14為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的不同窗寬下的最佳模型估計(jì)結(jié)果的PRD和FIT分布圖；
[0048]圖15為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的一位被試者窗寬為1024時(shí)各階次模型估計(jì)結(jié)果的PRD和FIT分布圖；
[0049]圖16為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】[0050]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0051]如圖1所示，基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)，包括指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器、脈搏信號(hào)采集模塊、中央處理模塊和輸入輸出模塊；
[0052]脈搏信號(hào)采集模塊包括指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊；
[0053]指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別安置在指端處和手腕處，指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端分別連接指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端，指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端分別連接中央處理模塊的輸入端；
[0054]輸入輸出模塊包括按鍵/觸摸屏、IXD屏和SD卡，按鍵/觸摸屏連接中央處理模塊的輸入端，SD卡和IXD屏分別連接中央處理模塊的輸出端。
[0055]指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊均包括前置放大電路、脈搏信號(hào)獲取電路和壓力信號(hào)獲取電路；
[0056]脈搏信號(hào)獲取電路包括高通濾波電路、第一低通濾波電路、第一二級(jí)放大電路和電平抬升電路；
[0057]壓力信號(hào)獲取電路包括第二低通濾波電路、第二二級(jí)放大電路和反相器電路；
[0058]指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端通過(guò)接插件(如航空插頭、DB插頭等)分別連 接前置放大電路的輸入端，如圖2所示，前置放大電路的輸出端分別連接高通濾波器的輸入端和第二低通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端連接第一低通濾波器的輸入端，第一低通濾波器的輸出端連接第一二級(jí)放大電路的輸入端，第一二級(jí)放大電路的輸出端連接電平抬升電路的輸入端，電平抬升電路的輸出端連接中央處理模塊，第二低通濾波器的輸出端連接第二二級(jí)放大電路的輸入端，第二二級(jí)放大電路的輸出端連接反相器電路的輸入端，反相器電路的輸出端連接中央處理模塊，其中，電平抬升電路輸出脈搏波信號(hào)，反相器電路輸出壓力信號(hào)。
[0059]前置放大電路主芯采用儀表運(yùn)算放大器AD620，其電路如圖3所示。本實(shí)施方式為了分別得到脈搏信號(hào)(交流信號(hào))和壓力信號(hào)(直流信號(hào))，引入脈搏信號(hào)獲取電路和壓力信號(hào)獲取電路，該兩個(gè)電路以TI公司的0PA2277為主芯片。
[0060]脈搏信號(hào)獲取電路包括高通濾波電路、第一低通濾波電路、第一二級(jí)放大電路和電平抬升電路。信號(hào)走向?yàn)?前置放大輸出信號(hào)首先接高通濾波電路(如圖4所示)濾除信號(hào)中的直流成分；然后連接第二低通濾波電路(如圖5所示)濾除脈搏信號(hào)中的高頻噪聲；然后接入第一二級(jí)放大電路(如圖6所示)將脈搏信號(hào)放大；最后接入電平抬升電路(如圖7所示)后得到滿足AD采樣條件的脈搏波信號(hào)。
[0061]脈搏傳感器壓力信號(hào)獲取電路包括:第二低通濾波電路、第二二級(jí)放大電路和反相器電路。信號(hào)走向?yàn)?前置放大輸出信號(hào)首先接第二低通濾波電路(如圖8所示)濾除信號(hào)中的交流成分；然后接入第二二級(jí)放大電路(如圖9所示)將壓力信號(hào)放大，最后接入反相器電路(如圖10所示)得到滿足AD采樣條件的壓力信號(hào)。
[0062]中央處理模塊采用ARM處理器，指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端接ARM處理器的AD采樣模塊模擬信號(hào)輸入端，由ARM中內(nèi)置AD模塊完成AD采樣；因?yàn)槊}搏信號(hào)頻率范圍集中在0-40Hz范圍內(nèi)，根據(jù)采樣定理，本實(shí)施方式中將AD采樣頻率設(shè)定為IOOHz，采樣精度為12位。[0063]SD卡電路如圖12所示，SD卡與ARM處理器間通過(guò)SPI接口實(shí)現(xiàn)通信，采用彈出式SD卡插槽，電路中“C/D”腳用于檢測(cè)插槽內(nèi)是否插入SD卡。在進(jìn)行SD卡初始化時(shí)，SPI輸出時(shí)鐘頻率設(shè)置為330Khz，SD卡初始化成功后，對(duì)SD卡數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，將SPI輸出時(shí)鐘頻率設(shè)置為16.5MHz ο
[0064]在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，首先調(diào)用SD卡內(nèi)的FAT16文件系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)文件的創(chuàng)建，本實(shí)施方式中數(shù)據(jù)采集文件和結(jié)果文件的格式均為“dat”格式，命名方式分別為“fpwavOOO”和“rpwavOOO”，文件名后三位數(shù)字分別代表被試者檢查編號(hào)的個(gè)位、十位和百位，便于數(shù)據(jù)的記錄。
[0065]本實(shí)施方式中使用按鍵或觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊間的切換。系統(tǒng)中包含5個(gè)(Keyl、Key2、Key3、Key4、Reset)按鍵,通過(guò)外中斷的方式,在各個(gè)按鍵中斷服務(wù)子程序中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；
[0066]本實(shí)施方式中央處理模塊采用三星公司型號(hào)為S3C6410的ARM板，其內(nèi)部含有觸摸屏接口和LCD屏接口，使用傳統(tǒng)的四線觸屏方式，通過(guò)對(duì)點(diǎn)擊觸摸屏動(dòng)作產(chǎn)生的電壓值的采樣結(jié)果的判斷，得到坐標(biāo)信息，在觸摸屏中斷服務(wù)子程序，根據(jù)該坐標(biāo)信息，執(zhí)行相應(yīng)的操作。
[0067]本實(shí)施方式的IXD屏選用群創(chuàng)公司型號(hào)為AT070TN92(7寸屏)的IXD液晶屏，采用18位(6: 6: 6) RGB真彩色模式。
[0068]本實(shí)施方式中可以通過(guò)IXD屏顯示數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析請(qǐng)假，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前被試者的編號(hào)和實(shí)測(cè)的脈搏數(shù)據(jù)波形、用于數(shù)據(jù)分析的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)和重建的橈動(dòng)脈脈搏波與實(shí)測(cè)的橈 動(dòng)脈脈搏波間的波形匹配度(FIT)值和均方根百分誤差(PRD)值。
[0069]LCD屏顯示的字符為16*16的點(diǎn)陣，字符取模方式為左高位橫向取模，數(shù)據(jù)排列方式為從左到右，從上到下；數(shù)據(jù)采集界面的波形顯示區(qū)域背景顏色設(shè)置為黑色，網(wǎng)格線條為紅色虛線(點(diǎn)與點(diǎn)之間隔三個(gè)像素點(diǎn))，橫坐標(biāo)值代表時(shí)間，打點(diǎn)間隔為10ms，每100個(gè)像素點(diǎn)長(zhǎng)度代表ls，縱坐標(biāo)代表采樣幅值，單位為“伏特”，兩通路脈搏波(橈動(dòng)脈和指端脈搏)采樣結(jié)果值分別映射為區(qū)域I和區(qū)域2的縱坐標(biāo)值，映射關(guān)系如公式(I)和(2)所示:
[0070]Y1 = 51+(4095^)/22(I)
[0071]Y2 = 259+(4095-V3)/22(2)
[0072]其中，Y1和Y2分別代表顯示區(qū)域I和顯示區(qū)域2的縱坐標(biāo)值，V1和V2分別代表兩通路數(shù)據(jù)采樣結(jié)果值。
[0073]采用基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)的方法，其流程如圖11所示，包括以下步驟:
[0074]步驟1:分別對(duì)指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，設(shè)定指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力；
[0075]步驟1.1:指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別采集指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波；
[0076]步驟1.2:中央處理模塊控制指端脈搏傳感器對(duì)指端施加不同的接觸壓力以及橈動(dòng)脈脈搏波傳感器對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加不同的接觸壓力，采集不同接觸壓力狀態(tài)下的指端脈搏波和燒動(dòng)脈脈搏波信號(hào)；[0077]步驟1.3:指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊分別對(duì)采集到的指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行放大、濾波和電平抬升處理，處理后的信號(hào)發(fā)送至中央處理模塊；
[0078]步驟1.4:根據(jù)采集到的不同接觸壓力(50g、60g、...140g、150g)下的指端脈搏波信號(hào)的幅值和橈動(dòng)脈脈搏波信號(hào)的幅值，確定指端脈搏波信號(hào)中幅值最大的脈搏波對(duì)應(yīng)的接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏波信號(hào)中幅值最大的脈搏波對(duì)應(yīng)的接觸壓力,將該兩個(gè)接觸壓力分別設(shè)定為指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力；
[0079]本實(shí)施方式的指端脈搏傳感器和橈動(dòng)脈脈搏傳感器可以選用電機(jī)加壓式/充氣加壓式傳感器。首先，系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)傳感器進(jìn)行調(diào)零操作，調(diào)零操作成功后，分別完成對(duì)指端脈搏傳感器和橈動(dòng)脈脈搏傳感器壓力的校準(zhǔn)，使其工作在最佳壓力狀態(tài)下。
[0080]步驟2:在設(shè)定的指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力下使用指端脈搏傳感器采集受試者的指端脈搏波，在設(shè)定的橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力下使用橈動(dòng)脈脈搏傳感器采集受試者的橈動(dòng)脈脈搏波；
[0081]步驟3:指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊分別對(duì)采集到的指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行放大、濾波和電平抬升處理；
[0082]步驟4:建立基 于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型，該模型的輸入為指端脈搏波，輸出為燒動(dòng)脈脈搏波；
[0083]本實(shí)施方式中求解指端脈搏波到橈動(dòng)脈脈搏波頻域傳遞函數(shù)Txy (f)方法的原理為:使用輸入輸出信號(hào)的互功率譜密度除以輸入信號(hào)的功率譜密度，其表達(dá)式為:
[0084]Txy (f) = (Pyx (f))/(Pxx (f))(3)
[0085]其中，Pyx(f)為X與y間的互功率譜密度，Pxx(f)為x的功率譜密度，二者均由Welch’s平均周期法估計(jì)。將橈動(dòng)脈脈搏波Pr作為輸入，指端脈搏波Pf作為輸出，可求得橈動(dòng)脈脈搏波到指端脈搏波的頻域傳遞函數(shù)Trf。根據(jù)求得的Trf的幅值和相位信息即可求得不同階次的時(shí)域FIR模型。
[0086]步驟4.1:求解橈動(dòng)脈脈搏波到指端脈搏波的頻域傳遞函數(shù)；
[0087]步驟4.1.1:使用Welch’ s平均周期法估計(jì)的指端脈搏波與橈動(dòng)脈脈搏波的互功率譜密度；
[0088]步驟4.1.2:使用Welch’ s平均周期法估計(jì)指端脈搏波的自功率譜密度；
[0089]步驟4.1.3:利用互功率譜密度除以自功率譜密度，即得到指端脈搏波與橈動(dòng)脈脈搏波的頻域傳遞函數(shù)；
[0090]從上述步驟中可知求解橈動(dòng)脈脈搏波到指端脈搏波的頻域傳遞函數(shù)的核心在于Welch’s平均周期法的使用。Welch’s平均周期法是為了克服周期法的隨機(jī)起伏問題提出的。隨機(jī)起伏是指在使用周期法計(jì)算信號(hào)的功率譜時(shí)，隨著所取的信號(hào)序列長(zhǎng)度不同，得到的周期圖不同。平均周期法是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分段加窗，首先得到每段信號(hào)的周期圖，然后對(duì)所得的周期圖取平均，得到信號(hào)的功率譜。即對(duì)信號(hào)加窗處理可以減小隨機(jī)起伏。因此，窗寬的選擇對(duì)信號(hào)功率譜的求解影響很大，進(jìn)而對(duì)輸入輸出信號(hào)的頻域傳遞函數(shù)的求解和FIR模型的精度起到?jīng)Q定性作用。[0091]步驟4.2:確定基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次；
[0092]步驟4.2.1:分別建立不同窗寬下的不同階次的基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型；
[0093]步驟4.2.2:利用均方根百分誤差和波形匹配度評(píng)估橈動(dòng)脈脈搏波重建模型精度，得到橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的最佳窗寬和最佳階次，即確定基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次；
[0094]本實(shí)施方式為了客觀地估計(jì)模型算法的性能，采用在心電信號(hào)壓縮領(lǐng)域常用的評(píng)價(jià)指標(biāo):均方根百分誤差(PRD)和波形匹配度(FIT)。二者的計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于指端脈搏波的燒動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器、脈搏信號(hào)采集模塊、中央處理模塊和輸入輸出模塊； 所述脈搏信號(hào)采集模塊包括指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊； 所述指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別安置在指端處和手腕處，指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端分別連接指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸入端，指端脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊的輸出端分別連接中央處理模塊的輸入端； 輸入輸出模塊包括按鍵/觸摸屏、LCD屏和SD卡，按鍵/觸摸屏連接中央處理模塊的輸入端，SD卡和LCD屏分別連接中央處理模塊的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊均包括前置放大電路、脈搏信號(hào)獲取電路和壓力信號(hào)獲取電路； 所述脈搏信號(hào)獲取電路包括高通濾波電路、第一低通濾波電路、第一二級(jí)放大電路和電平抬升電路； 所述壓力信號(hào)獲取電路包括第二低通濾波電路、第二二級(jí)放大電路和反相器電路； 指端脈搏傳感器的輸出端、橈動(dòng)脈脈搏傳感器的輸出端分別連接前置放大電路的輸入端，前置放大電路 的輸出端分別連接高通濾波器的輸入端和第二低通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端連接第一低通濾波器的輸入端，第一低通濾波器的輸出端連接第一二級(jí)放大電路的輸入端，第一二級(jí)放大電路的輸出端連接電平抬升電路的輸入端，電平抬升電路的輸出端連接中央處理模塊，第二低通濾波器的輸出端連接第二二級(jí)放大電路的輸入端，第二二級(jí)放大電路的輸出端連接反相器電路的輸入端，反相器電路的輸出端連接中央處理模塊。
3.采用權(quán)利要求1所述的基于指端脈搏波的橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:分別對(duì)指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，設(shè)定指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力； 步驟1.1:指端脈搏傳感器、橈動(dòng)脈脈搏傳感器分別采集指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波； 步驟1.2:中央處理模塊控制指端脈搏傳感器對(duì)指端施加不同的接觸壓力以及橈動(dòng)脈脈搏波傳感器對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加不同的接觸壓力，采集不同接觸壓力狀態(tài)下的指端脈搏波和燒動(dòng)脈脈搏波信號(hào)； 步驟1.3:指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊分別對(duì)采集到的指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行放大、濾波和電平抬升處理，處理后的信號(hào)發(fā)送至中央處理模塊； 步驟1.4:根據(jù)采集到的不同接觸壓力下的指端脈搏波信號(hào)的幅值和橈動(dòng)脈脈搏波信號(hào)的幅值，確定指端脈搏波信號(hào)中幅值最大的脈搏波對(duì)應(yīng)的接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏波信號(hào)中幅值最大的脈搏波對(duì)應(yīng)的接觸壓力，將該兩個(gè)接觸壓力分別設(shè)定為指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力和橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力；步驟2:在設(shè)定的指端脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)指端施加的最佳接觸壓力下使用指端脈搏傳感器采集受試者的指端脈搏波，在設(shè)定的橈動(dòng)脈脈搏傳感器檢測(cè)脈搏波時(shí)對(duì)手腕橈動(dòng)脈處施加的最佳接觸壓力下使用橈動(dòng)脈脈搏傳感器采集受試者的橈動(dòng)脈脈搏波； 步驟3:指端脈搏信號(hào)采集模塊和橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)采集模塊分別對(duì)采集到的指端脈搏波和橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行放大、濾波和電平抬升處理； 步驟4:建立基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型，該模型的輸入為指端脈搏波，輸出為橈動(dòng)脈脈搏波； 步驟4.1:求解橈動(dòng)脈脈搏波到指端脈搏波的頻域傳遞函數(shù)； 步驟4.1.1:使用Welch’ s平均周期法估計(jì)的指端脈搏波與橈動(dòng)脈脈搏波的互功率譜密度； 步驟4.1.2:使用Welch’ s平均周期法估計(jì)指端脈搏波的自功率譜密度； 步驟4.1.3:利用互功率譜密度除以自功率譜密度，即得到指端脈搏波與橈動(dòng)脈脈搏波的頻域傳遞函數(shù)； 步驟4.2:確定基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次； 步驟4.2.1:分別建立不同窗寬下的不同階次的基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型； 步驟4.2.2:利用均方根百分誤差和波形匹配度評(píng)估橈動(dòng)脈脈搏波重建模型精度，得到橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的最佳窗寬和最佳階次，即確定基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次； 步驟4.3:根據(jù)橈動(dòng)脈脈搏波重建模型的窗寬和階次建立基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型； 步驟5:利用基于傳遞函數(shù)的橈動(dòng)脈脈搏波重建模型和實(shí)時(shí)采集的指端脈搏波對(duì)橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行重建，得到橈動(dòng)脈脈搏波檢測(cè)結(jié)果，該檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)到SD卡并通過(guò)LCD屏顯/Jn ο
【文檔編號(hào)】A61B5/02GK103989463SQ201410209464
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】徐禮勝, 杜尚杰, 于曉東, 王璐, 何殿寧 申請(qǐng)人:東北大學(xué)