CN106725400A - 一种融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，包括心电信号采集模块，血压信号采集模块，数据处理模块以及显示四个模块；所述数据处理模块，根据数值化采样后的心电数据和脉冲波数据，计算出融合心电数据特征和脉冲波形态特征的参数，该新型血压计实现了新的血压表征；所述特征参数包括心率，R‑R间期，收缩压SBP、舒张压DBP，脉冲波与自建模型在形态上的相关性。本发明所述的新型血压计输出结果融合心电信号特征和脉冲波特征，能更好的用于评价患者血压特征，对于合并心律失常，尤其是阵发性心律失常的患者具有重要的诊断价值。

Description

一种融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计

技术领域

本发明属于生物医学检测技术领域，具体涉及一种融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，其融合心电信号的新型血压计的软、硬设计。

背景技术

在生物医学测量中，血压是一种常用而重要的指标，它反映心脏泵血功能，血管外周阻力和全身血容量指标的重要参数。

电子血压计是利用现代电子技术与血压间接测量原理进行血压测量的医疗设备，已经成为家庭自测血压的主要工具。在发达国家，血压计已成为家庭的必备品。示波计量法是一种临床认可的，也是最为通用的血压测量方式。

至今，基于示波计量法的血压计只是窦性心律时才能得到较为准确的收缩压（SBP）, 舒张压（DB）以及脉率（PR）三个参数。原因在于：收缩压和舒张压的计算公式是基于规则心律的图形。如欧姆龙血压计、松下血压计、鱼跃血压计以及其它品牌血压计。

现今，心律失常的患者，尤其是心房颤动（AF）患者逐渐增多。与窦性心律不同的是，AF时心室搏动毫无规律，若依据窦性心律时获得的计算公式，不可能算出准确SBP, DB和PR。我们利用同时记录袖带脉冲波图形的仪器，观察到窦性心律患者的脉冲波图形呈“梭型”形态。在AF时，HR较为缓慢时脉冲波图形仍基本保留“梭型”的特征；而HR快速时，脉冲波图形背离“梭型”的特点。这些结果表明，AF患者，尤其是HR快速的患者，血压计测定SBP和DBP的结果存在缺陷。

与此同时， 现有的血压计依据袖带的脉冲波来计算PR。在窦性心律情况下，PR与HR相等。我们新近的研究发现，AF患者，尤其是HR快时，由于袖带中的一些脉冲波细小，不能被仪器检测到，血压计报告的PR明显少于实际的HR。例如，甚至HR为130次/分的患者，血压计报告的PR可能仅为60次/分。这种不准确的数据可能误导医生和患者，影响到治疗。

鉴于存在以上问题，需要设计相应的血压计来实现心律失常情况下能够更好的评价血压计血压和心率数据。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种能融合心电信号并能优化血压表征结果的新型血压计。该血压计能同步采集心电信号和脉冲波信号，通过对心电数据和脉冲波进行分析，得出包括收缩压SBP、舒张压DBP，脉冲波与自建模型在形态上的相关性，以及心率，R-R间期等血压参数集。这些定量参数能给出较为准确的心率及血压评估结果，对心脏急诊的患者有重要的应用价值；对于合并心律失常，尤其是对阵发性心律失常的患者具有重要的诊断价值。

本发明的设计基于如下考虑：

1 、在脉冲波的基础上，引入心电信号；依据心电信号，可以诊断心律失常，尤其是心房颤动； 同时依据心电图信号来计算HR（而不是以袖带中脉冲波来计算PR），提高HR的报告准确性。

2、引入袖带的脉冲波形态评估参数，在窦性心律状态下，建立标准的脉冲波的形态模型；依据这一模型，比对实际测量的袖带的脉冲波的形态，获得相似度的指标。并依据相似度的水平，来评价不同心律失常状态下的收缩压和舒张压测量的可靠程度分级。

本发明的技术基础是目前成熟的嵌入式技术和传感器技术。下面是采用嵌入式技术实现的本发明技术方案。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，包括心电信号采集模块、血压信号采集模块、数据处理模块和显示模块；其特征在于，心电信号采集模块与血压信号采集模块同步工作，同步采集心电信号和脉冲波信号，心电信号采集模块与血压信号采集模块均采用先对小信号进行放大、滤波调理，最后完成A/D采样的工作模式，心电信号采样结果和血压信号采样结果都送入数据处理模块；数据处理模块根据心电信号采集模块采样的心电数据和血压信号采集模块采样的脉冲波数据，分析得出脉冲波特征参数和心电数据特征参数，并对脉冲波形态定量评估，然后结合心电信号和脉冲波计算出融合脉冲波形态特征参数和心电数据特征的参数，最终由显示模块输出融合脉冲波形态特征参数和心电数据特征的参数集。

所述心电信号采集模块通过电极采集心电信号；所述血压数据采集模块通过气体压力传感器对脉冲波进行采集，经过信号调理电路得到脉冲波数值以及袖带压。

进一步的，上述的脉冲波形态定量评估，是用自建立模型与实测的脉冲波形态进行相似度比较，并评价不同心律失常状态下血压测量可靠程度。

进一步的，上述的脉冲波形态特征参数，是由脉冲波计算得出的参数，包括收缩压SBP、舒张压DBP，以及脉冲波与自建模型在形态上的相关性。

进一步的，上述的心电数据特征参数，是指根据心电波计算得出的参数，包括心率和R-R间期。

本发明与现有技术对比：

与一种智能心率心律心电血压计（CN201610010873.X）相比。该血压计能实现心率和心律的测量和显示，并能实现存储和通讯管理。尽管其参数能展现心率及心律。但这些信息并没有与示波法的脉冲波进行有机结合，用于评价收缩压和舒张压测值准确性的评估。

与一种新型电子血压计（CN2707188）相比。该专利主要阐述了心电信号的采集。利用采集得到的心电信号实现脉冲波的准确提取，从而实现更为准确、可靠的血压测量。最终血压参数未能体现心电信号相关参数的特征。

本发明的有益效果是：本发明融合了心电信号和脉冲波信号，结合脉冲波特征值和心电数据特征值对患者血压进行表征，参数结果能更科学的表征实际血压结果，使血压测量结果对临床更有指导意义。具体表现为：

1、 将心电图信息与脉冲波的信息有机结合在一起，在一些复杂情况下，能够提供更为准确的血压和HR信息。

2 、引入袖带的脉冲波形态评定参数，虽然不能明显提高心房颤动时的血压测量准确性，但可以对不同患者收缩压和舒张压测量的可靠程度分级。对于不可靠的测量数据，医生可以采用其他的补救措施。现有其他类型的电子血压计不具备这种功能，医生不能确定血压计报告的现有和心率数据是否可靠，简单采用容易导致误诊。

3、该血压计同时具有记录3导心电图的功能属性，对于合并心律失常，尤其是阵发性心律失常的患者具有重要的诊断价值，等于家庭中配备了一台简易的心电图记录仪。能提供心电图和血压信息，对心脏急诊的患者有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为血压采集模块的硬件结构图；

图3为心电信号采集模块的硬件结构图；

图4为同步采集的心电信号与脉冲波形图；

图5为脉冲波与自建模型在形态上的相关性分析示意图。

在图中，1、血压采集模块；2、心电信号采集模块；3、数据处理模块；6、显示模块；21、袖带导管；22、压力传感器；23、低噪放大器；24、高通滤波器；25、A/D采样单元；31、心电导联电极；32、仪表放大器；33、滤波器；34、放大器；35、A/D采样单元；41、心电信号波形；42、脉冲波波形；51、自建脉冲波形态标准模型；52、脉冲波形态。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

如图1、图2所示，本发明提供的这种融合心电信号的新型血压计，它由血压采集模块1、心电信号采集模块2、数据处理模块3以及显示模块6共同构成。本实施例中，血压采集模块1使用了压电传感器22的型号为MPS20N0040D。血压测量过程中，将该传感器与受测手臂袖带导管21相连；袖带由血压采集模块1内置气泵完成加压。当压力加到一定数值（如200mmHg时），由血压采集模块1中电子气阀缓慢对袖带进行放气（放气速度保持为2mmHg/s），同时通过压电传感器MPS20N0040D采集袖带实时气压，由压电传感器MPS20N0040D实时将压力转换为电信号。得到转换的电信号之后，血压采集模块1再对压电信号进行信号调理。调理电路主要由低噪放大器23实现小信号放大，再由高通滤波器24完成信号滤波、低噪放大器23再放大处理后输出调理之后的信号，血压采集模块1还需要实现实时信号的，最后由A/D采样单元25，采样速度设定为5kHz，最终，血压采集模块1将所得实时的袖带压和脉冲波传输至数据处理模块3，完成血压信号的数值化采样和传输。

结合图1、图3所示，本实施例中，心电信号采集模块2通过心电导联电极31与受测者双手相连，实现心电的采集。采集所得心电信号由心电信号采集模块2中的仪表放大器32、滤波器33、放大器34、A/D采样单元35依次处理后，完成信号处理，输出心电信号波形41。具体是：信号调理电路首先由仪表放大器实现小信号放大；之后再完成信号的高通和低通滤波；再对信号进行后级放大；心电信号采集模块2还需对处理后的心电信号进行A/D采样，采样速度设定为5kHz。最终，心电信号采集模块2将所得采样结果以及心率传输至数据处理模块3。

结合图1、图4、图5所示，本实施例中，数据处理模块3的程序实现脉冲波波形42的准确提取；程序再根据现有的示波法原理，计算出收缩压SBP、舒张压DBP。同时对不同患者收缩压和舒张压测量的脉冲波形态52与自建脉冲波形态标准模型51在形态上的相关性进行计算，并给出可靠程度分级结果。所述自建脉冲波形态标准模型51是通过对大量窦性心律状态下，脉冲波51数据样本分析得到的数学模型。同时，数据处理模块还对心电信号波形41形态进行处理，计算得出包括心率，R-R间期的心电特征参数。

当然以上仅是本发明的一种具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，包括心电信号采集模块、血压信号采集模块、数据处理模块和显示模块；其特征在于，心电信号采集模块与血压信号采集模块同步工作，同步采集心电信号和脉冲波信号，心电信号采集模块与血压信号采集模块均采用先对小信号进行放大、滤波调理，最后完成A/D采样的工作模式，心电信号采样结果和血压信号采样结果都送入数据处理模块；数据处理模块根据心电信号采集模块采样的心电数据和血压信号采集模块采样的脉冲波数据，分析得出脉冲波特征参数和心电数据特征参数，并对脉冲波形态定量评估，然后结合心电信号和脉冲波计算出融合脉冲波形态特征参数和心电数据特征的参数，最终由显示模块输出融合脉冲波形态特征参数和心电数据特征的参数集；

所述心电信号采集模块通过电极采集心电信号；所述血压数据采集模块通过气体压力传感器对脉冲波进行采集，经过信号调理电路得到脉冲波数值以及袖带压。

2.根据权利要求1所述的融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，特征在于：所述的脉冲波形态定量评估，是用自建立模型与实测的脉冲波形态进行相似度比较，并评价不同心律失常状态下血压测量可靠程度。

3.根据权利要求1所述的融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，特征在于：所述的脉冲波形态特征参数，是由脉冲波计算得出的参数，包括收缩压SBP、舒张压DBP，以及脉冲波与自建模型在形态上的相关性。

4.根据权利要求1所述的融合心电信号和脉冲波形态定量评估的新型血压计，特征在于：所述的心电数据特征参数，是指根据心电波计算得出的参数，包括心率和R-R间期。