一種基于舒張壓動態(tài)補償?shù)目纱┐魇竭B續(xù)血壓估測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種可穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)及方法，特別是一種基于舒張壓動態(tài) 補償?shù)目纱┐魇竭B續(xù)血壓估測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 血壓（blood pressure, BP)是血液在血管內(nèi)流動時，作用于單位面積血管壁的側(cè) 壓力，即壓強。血壓是人體循環(huán)系統(tǒng)機能的重要參數(shù)，也是臨床上疾病診斷和治療的重要依 據(jù)，而連續(xù)的血壓估測更是意義重大。
[0003] 目前基于脈搏波傳播時間（pulse transit time, PTT)法的連續(xù)血壓估測通常選 擇以PTT為自變量，通過線性函數(shù)、反比例函數(shù)或者拋物線函數(shù)計算收縮壓systolic blood pressure, SBP)和舒張壓（diastolic blood pressure, DBP)，其中參數(shù)采用校準的方式進 行標定。然而，許多研宄表明，收縮壓與脈搏波傳播時間PTT具有較好的相關(guān)性，但舒張壓 由于同時受到血管外周阻力及脈搏波反射波的影響，與PTT的相關(guān)性并不是很強。因此，如 果單純用PTT來計算舒張壓，會造成較大的誤差。
[0004] 穿戴式的系統(tǒng)是連續(xù)血壓估測最重要的實現(xiàn)形式之一。目前的穿戴式血壓估測系 統(tǒng)有很多，主要分為袖帶和非袖帶系統(tǒng)。其中充氣袖帶對人體血管具有壓迫作用，不利于長 期估測，且不能實現(xiàn)連續(xù)血壓估測；非袖帶系統(tǒng)有穿戴式腕帶，穿戴式手環(huán)，穿戴衣，穿戴式 胸帶加手表等多種組合形式，這些穿戴式系統(tǒng)雖然可以實現(xiàn)連續(xù)血壓估測，但是還存在一 些實際問題：比如穿戴式腕帶或手環(huán)一般是利用腕部的壓力脈搏波傳感器或指端的容積脈 搏波傳感器采集信號，而位于腕部或指端的傳感器不僅因手臂的靈活多動使信號容易受到 運動等干擾，且指端傳感器給人們的很多動作帶來不便；穿戴衣裝置為實現(xiàn)心電信號與肌 膚的良好接觸，一般采用萊卡材料或運動型的緊身上衣或內(nèi)衣形式，這種設(shè)計不太適合夏 天炎熱天氣穿著且不符合很多現(xiàn)代人對著裝的審美等，因此也尚未被人群廣泛接受。
[0005] 綜上所述，目前的可穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)還存在著一些問題，有些系統(tǒng)穿戴 起來不夠方便舒適，還有些系統(tǒng)的血壓估測精度有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對上述問題，提供了一種較為舒適美觀且不影響被測者日常行動的可穿 戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計符合穿戴式設(shè)備低功耗、小體積的要求，同時通 過一種用脈搏波波形參數(shù)動態(tài)補償舒張壓估測值的算法，提高了舒張壓的估測精度。
[0007] 本發(fā)明的可穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)技術(shù)方案通過以下方式實現(xiàn)：
[0008] 該系統(tǒng)裝置由穿戴式心電前端傳感單元、容積脈搏波信號傳感單元、接口連接轉(zhuǎn) 換單元、信號采集傳輸單元及智能計算處理單元五部分組成。其中，穿戴式心電前端傳感單 元利用位于胸前的心電電極測量心電信號；容積脈搏波信號傳感單元利用光電透射法測量 耳端脈搏波信號；接口連接轉(zhuǎn)換單元設(shè)計成戴在頸部的半項圈形式，用以連接穿戴式心電 前端傳感單元、容積脈搏波信號傳感單元和信號采集傳輸單元；信號采集傳輸單元設(shè)計成 半項圈掛件，用于同步采集心電信號和光電容積脈搏波信號，并通過無線通訊方式實時發(fā) 送數(shù)據(jù)到智能計算處理單元，該裝置可掛于胸前或置入上衣胸前口袋；智能計算處理單元 為在隨身智能終端（如手機、PDA等）上運行的實時連續(xù)血壓估測算法及其人機交互界面， 算法內(nèi)容包括無線心電和脈搏波信號的實時接收、預(yù)處理、特征點檢測，以及血壓的實時計 算，人機交互界面內(nèi)容包括血壓校準功能實現(xiàn)、信號的顯示和存儲以及心率、血壓結(jié)果的顯 示和存儲。
[0009] 本發(fā)明利用脈搏波波形參數(shù)動態(tài)補償舒張壓估測值的算法主要包括如下步驟：
[0010] 步驟一：通過本穿戴式系統(tǒng)實時采集心電信號和容積脈搏波信號，并對信號進行 濾波等預(yù)處理；
[0011] 步驟二：根據(jù)采集的心電信號和容積脈搏波信號計算脈搏波傳輸時間PTT;
[0012] 步驟三：獲得受試者靜息狀態(tài)下的收縮壓SBPtl、舒張壓DBPtl、脈搏波幅值L、脈搏 波傳輸時間PTTtl、脈搏波主波與第三反射波之間的時間T13和心動周期T的比值T13V。；
[0013] 步驟四：參考校準，得到計算實時收縮壓SBP所需的參數(shù)a、b，根據(jù)公式：
[0014] SBP = bXPTT+a
[0015] 計算出實時收縮壓SBP值；
[0016] 步驟五：計算開始狀態(tài)的脈搏波幅值fs、脈搏波主波與第三反射波之間的時間T13 和心動周期T的比值Tl3VS;通過公式：
[0017]
【主權(quán)項】
1. 一種基于舒張壓動態(tài)補償?shù)目纱┐魇竭B續(xù)血壓估測系統(tǒng)及方法，其特征在于：所述 的穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，由穿戴式心電前端傳感單元、容積脈搏波信號傳感單元、接口 連接轉(zhuǎn)換單元、信號采集傳輸單元及智能計算處理單元五部分組成。所述的穿戴式連續(xù)血 壓估測方法，采用脈搏波波形參數(shù)T13V動態(tài)補償舒張壓的估測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，其特征在于：穿戴式心電前端傳 感單元采用心電電極，所述心電電極可置于胸前或身體其他部位，所述心電電極個數(shù)可以 為三個或多個。所述多個心電電極裝置通過可折疊連接裝置串聯(lián)在一起，導(dǎo)線通過連接裝 置呈曲線型分布，所述多個電極的導(dǎo)線最終集合在中間的電極處。所述兩側(cè)心電電極基底 外部開有多個凹槽，通過胸帶連接用以保證心電電極與體表的良好接觸。所述胸帶可以是 具有彈性的松緊帶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的心電電極，其特征在于：所述電極采用電子織物；電極內(nèi)部墊 入海綿，并采用底板固定；織物內(nèi)部設(shè)置有連接導(dǎo)線用的連接端子；整個電極通過基底及 后蓋封裝，所述基座四邊開有凹槽，可以與后蓋扣合；所述后蓋外側(cè)面開有多個凹槽，數(shù)量 大于等于兩個，用以連接固定電極用胸帶。所述電子織物可自由拆卸洗滌和更換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，其特征在于：接口連接轉(zhuǎn)換單元 設(shè)計成戴在頸部的半項圈結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計成更符合頸部佩戴的曲線形式，其中，連接頭 裝置內(nèi)部集成有對應(yīng)導(dǎo)線端的電路轉(zhuǎn)換接口及固定端子；束線裝置用以將導(dǎo)線接口封裝， 與連接頭裝置通過卡口連接；所述接口連接轉(zhuǎn)換單元中可包括光電容積脈搏波信號的信號 調(diào)理電路，具體包括信號的放大及濾波電路等。所述的接口連接轉(zhuǎn)換單元，其特征在于，與 之相連的其他單元均可以自由拆卸組裝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，其特征在于：信號采集傳輸單元 包括電池、電源充電電路模塊、穩(wěn)壓電路模塊、信號調(diào)理電路模塊、單片機控制采集模塊及 無線通訊傳輸模塊。信號采集傳輸單元同步采集心電信號及光電容積脈搏波信號，經(jīng)過單 片機控制并由無線通訊傳輸模塊發(fā)送至智能終端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、5所述的穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，其特征在于：智能計算處理單 元為在隨身智能終端（如手機、PDA等）上運行的實時連續(xù)血壓估測算法及其人機交互界 面，算法內(nèi)容包括無線心電和脈搏波信號的實時接收、預(yù)處理、特征點檢測，以及血壓的實 時計算，人機交互界面內(nèi)容包括血壓校準功能實現(xiàn)、信號的顯示和存儲以及心率、血壓結(jié)果 的顯示和存儲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、5、6所述的穿戴式連續(xù)血壓估測系統(tǒng)，其特征在于：智能計算處理 單元包括以下步驟： 步驟一：開始界面一輸入被測者個人信息； 步驟二：選擇無線連接配對設(shè)備，建立連接，若不成功，重新連接； 步驟三：連接成功一進入靜息狀態(tài)界面一接收數(shù)據(jù)，波形顯示及特征點檢測，計算參數(shù) -輸入標準點血壓值一數(shù)據(jù)存儲； 步驟四：進入校準狀態(tài)界面一開始校準一校準成功，若不成功，重復(fù)此步驟一數(shù)據(jù)存 儲，校準結(jié)束； 步驟五：進入血壓實時監(jiān)測狀態(tài)界面一心率及血壓值實時計算并顯示一數(shù)據(jù)存儲； 步驟六：結(jié)束血壓估測并退出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式連續(xù)血壓估測方法，其特征在于：采用容積脈搏波波 形參數(shù)T13V對舒張壓DBP的估測進行動態(tài)補償，所述方法為閾值設(shè)定法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、8所述的穿戴式連續(xù)血壓估測方法，其特征在于：假設(shè)上一次超出 閾值時所對應(yīng)的狀態(tài)為T13Vm、f m、SBPm、DBPm，簡稱為m狀態(tài)；若當(dāng)前T13V的變化又超出了 閾值，此次超出閾值所對應(yīng)狀態(tài)為T13V n、fn、SBPn、DBPn，簡稱為η狀態(tài)，此時有：
(1) 其中，f為脈搏波波形幅值。 相應(yīng)地，當(dāng)T13V未再次超出閾值時，η狀態(tài)之后的舒張壓DBP的估測方程為：
其中，DBP對應(yīng)的是當(dāng)T13V未再次超出閾值時，η狀態(tài)之后的一段時間內(nèi)實時估測的舒 張壓值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、8、9所述的穿戴式連續(xù)血壓估測方法，其特征在于：容積脈搏波波 形參數(shù)T13V定義為每個心動周期中脈搏波主波與第三反射波之間的時間差Τ13與心動周 期時間T的比值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于舒張壓動態(tài)補償?shù)目纱┐魇竭B續(xù)血壓估測系統(tǒng)及方法。穿戴式心電和容積脈搏波傳感單元分別測量心電和容積脈搏波信號，兩者通過頸部的連接轉(zhuǎn)換單元連入信號采集傳輸單元，被同步采集并無線發(fā)送至隨身的智能計算處理單元。隨身智能計算處理單元提供血壓校準和連續(xù)估測功能，具體包括實現(xiàn)信號的實時無線接收，預(yù)處理，特征點檢測，顯示與存儲，以及收縮壓和舒張壓的實時計算和顯示。其中，收縮壓估測采用基于脈搏波傳輸時間法，舒張壓估測運用了一種基于容積脈搏波幅值和時間參數(shù)進行動態(tài)補償?shù)乃悸?，提高了估測精度。本發(fā)明系統(tǒng)具有體積小，功耗小，成本低等優(yōu)點，適合于日常穿戴，同時不影響日?；顒印?br>【IPC分類】A61B5-0205, A61B5-021
【公開號】CN104856661
【申請?zhí)枴緾N201510234118
【發(fā)明人】王玲, 張路洋, 戰(zhàn)鵬弘, 樊瑜波, 李德玉, 張弛, 李淑宇
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月11日