专利名称：连续血压测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连续血压测量装置，更具体涉及一种利用心电信号和光电容积波信号的多种参数对基于脉搏波速法血压测量方程中的参数和收缩压、舒张压和平均压进行估计的连续血压估计的装置。
背景技术：
血压指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，即压强。它是反映心血管功能的重要生理参数，是诊断疾病、观察治疗效果、进行预告判断的重要依据。由于受身体状态、情绪、压力、运动和生理节律等多种因素影响，血压具有明显的波动性，因此单次测量血压具有偶然性，不能准确的反映出人体血压值和血压的变换情况。而连续测量血压不仅能反映出血压的变化和规律，还可以为预测心血管病的发病率和死亡率提供大量的生理信息，在临床及医学研究中具有重要的意义。脉搏波速度法是根据脉搏波沿动脉传播速度与动脉血压之间具有正相关性的特点提出的，通过测量脉搏波速度(Pulse Wave Velocity,PffV)间接推算出动脉血压值。实际中脉搏波速度难于直接测量，可固定脉搏波传播距离，通过脉搏波传播时间确定动脉血压。传统的脉搏波速度法通过采集光电容积波(Wiotoplethysmographic，PPG)和心电图(electrocardiogram，ECG)信号获得每搏PTT，即可计算出每搏血压。该方法是一种具有前景的连续血压测量方法，但该方法存在两个问题(1)目前基于脉搏波速法的连续血压测量方法需要袖带和仪器校正血压测量方程。例如申请号为201110144051. 8的中国专利申请采用了示波法测血压仪器对血压估计方程进行参数校正。( 人体血压受多种因素影响，基于脉搏波速度法的连续血压测量受多种因素影响，其中包括觉醒或睡觉、活动等级、体位、情绪、环境温度、睡眠窒息症、咖啡因、酒精、心输出量、血管收缩性、终端阻抗、心负荷、测量姿势、测量部位、温度、传感器的选择等，仅采用PTT，利用方程测量的血压值不够准确。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种检测基于脉搏波速法的血压方程组的参数的方法及应用该方法的连续血压测量装置，通过利用ECG和脉搏波两路信号，基于多参数修正脉搏波传播速度的方法估计连续血压。本发明通过如下的技术方案实现。一种基于多特征的脉搏波速法和血压方程组的连续血压测量方法，包括以下步骤(1)基于多特征的脉搏波速法和血压方程组的连续血压估计方法模型的建立过程，其包括(1. DECG信号和脉搏波信号同步采集；(1. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪；
(1. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测；(1. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取(1. 5)利用特征选择算法选出用于建立连续血压方程组的特征；(1. 6)建立基于多特征的脉搏波速法的连续血压方程组；(1. 7)利用提取的特征参数估计连续血压方程组中的参数，所述连续血压方程组中的参数包括需要标定的参数；(2)基于多特征的脉搏波速法和连续血压方程组的连续血压估计过程，其包括(2. 1)ECG信号和脉搏波信号同步采集；(2. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪；(2. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测；(2. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取；(2. 5)利用特征选择算法选出用于选择连续血压方程的连续血压方程选择特征；(2. 6)利用步骤(2. 5)中选择出的连续血压方程选择特征进行连续血压方程选择，选择出用于估计血压的方程；(2. 7)利用特征选择算法选出用于估计步骤(2. 6)中选择出的方程中的参数的特征；(2. 8)利用步骤(2. 7)中选择出的特征估计用于估计血压的方程中的参数，所述用于估计血压的方程中的参数包括需要标定的参数；(2. 9)利用特征选择算法选出用于估计血压的特征；所述选出的用于估计血压的特征和脉搏波传播时间共同用于估计人体的收缩压、 舒张压和/或平均压。优选地，所述特征点的检测包括采用三样条小波检测ECG信号的R波峰值，并且以 R波的位置为基准搜索Q波、S波的峰值。优选地，所述特征参数包括心率变异性、ECG波形变异性、脉搏波主波高度、主波上升时间、重搏波高度、重搏波相对高度、降中峡高度、降中峡相对高度和/或每搏心输出量。优选地，所述特征参数包括ECG信号和脉搏波信号的解析特征、表象特征、变换域特征和融合特征，或者解析特征、表象特征、变换域特征、融合特征的任意组合。通过采用以上技术方案，本发明从ECG信号和脉搏波信号中提取多参数特征，利用有效的特征参数估计脉搏波速法中标定的参数，并利用多特征参数和脉搏波速法共同估计连续血压，从而避免参数标定的繁琐，也能进一步提高无创连续血压测量的精度。
图1是根据本发明的连续血压测量装置的测量流程图。图2a_2d是典型的ECG信号特征参数示意图。图3和图4是典型光电容积波及其特征参数示意图。图5是根据本发明的一种实施方式的血压估计流程图。
具体实施例方式下面结合附图描述根据本发明的连续血压测量方法的优选实施方式。
根据本发明的连续血压测量装置利用ECG和脉搏波两路信号，基于多参数的脉搏波速法和血压方程组的方法估计连续血压。通过从ECG信号和光电容积波信号中提取多参数特征，通过特征选择建立不同类型人的基于多参数的脉搏波速法的血压方程组。该方法从提取的大量特征中通过三次特征选择该方法选出用于估计血压的特征、估计血压方程系数(包括标定参数)的特征和血压方程选择的特征。该装置测量血压时首先从提取的大量特征中，经过特征选择，选出用于血压方程估计的特征，将其送入决策系统，从血压方程组中确定出用于估计血压的方程；然后利用特征选择从特征提取中所提取的特征中选出用于估计血压方程系数的特征，通过统计估计、数值计算等方法估计血压方程系数；最后利用特征选择从特征提取中所提取的特征中选出用于估计血压的特征，将其代入血压方程进行血压估计。该方法利用基于多参数的脉搏波速法和创建血压方程组的方法，利用人工智能和模式识别等方法进行血压估计，不仅进一步提高了血压估计得测量精度，而且避免了烦琐的参数标定过程。图1是根据本发明的连续血压测量装置的测量过程的流程图，该测量过程包括如下步骤。(1)基于多特征的脉搏波速法和血压方程组的连续血压估计方法模型的建立过程，其包括(1. DECG信号和脉搏波信号同步采集；(1. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪；(1.3) ECG和脉搏波信号特征点检测；(1. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取(1. 5)利用特征选择算法选出用于建立连续血压方程组的特征；(1. 6)建立基于多特征的脉搏波速法的连续血压方程组；(1. 7)利用提取的特征参数估计连续血压方程组中的参数，所述连续血压方程组中的参数包括需要标定的参数；(2)基于多特征的脉搏波速法和连续血压方程组的连续血压估计过程，其包括(2. DECG信号和脉搏波信号同步采集；(2. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪；(2. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测；(2. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取；(2. 5)利用特征选择算法选出用于选择连续血压方程的连续血压方程选择特征；(2. 6)利用步骤(2. 5)中选择出的连续血压方程选择特征进行连续血压方程选择，选择出用于估计血压的方程；(2. 7)利用特征选择算法选出用于估计步骤(2. 6)中选择出的方程中的参数的特征；(2. 8)利用步骤(2. 7)中选择出的特征估计用于估计血压的方程中的参数，所述用于估计血压的方程中的参数包括需要标定的参数；(2. 9)利用特征选择算法选出用于估计血压的特征；(2. 10)利用步骤(2. 9)中选出的用于估计血压的多特征和脉搏波传播时间共同估计人体的收缩压、舒张压、平均压。本发明利用牛津仪器公司的Medilog AR12 (holter)进行心电采集，采样频率为10MHz，量化为16bit。当然，利用其他仪器、或采用不同的采样频率和比特率也可以。根据本发明，可以在人体的左手手指和右手手指之间采集ECG信号，例如可采用银-氯化银纽扣电极进行ECG信号采集，其中将两个电极分别置于双手的食指上。采集的 ECG信号经过高增益的差分放大器进行处理。所述差分放大器的可变增益可设置为2000， 带宽设置为1-lOOHz，采用陷波器滤除电力线干扰，信号采样用1000Hz、12bit的模数转化器。采集的ECG信号经前端放大器、运算放大器、滤波电路、A/D转换器后以数字方式存储于ECG存储电路中。在本发明中，可采用一导联心电信号或多导联心电信号进行测量，其中的导联包括医用12导联、Einthoven导联体系、Frank导联体系、加压肢体导联、心电Holter导联体系、航天导联(包括胸剑、胸腋导联)等。为了得到脉搏波信号，在采集ECG信号的同时采集光电容积波信号，采集人体桡动脉、肱动脉、颈动脉、耳朵(耳垂)、手指、手腕上的光电容积波信号。在上述ECG信号采集步骤中，在人体的左手手指和右手手指、左手手掌和右手手掌、左手手腕和右手手腕之间采集ECG信号。在采集ECG信号的同时采集光电容积波信号，采集人体桡动脉、肱动脉、颈动脉、 耳朵(耳垂)、手指、手腕上的光电容积波信号。本发明的方法将ECG信号和包括心音、血压、压力脉搏波、光电容积波、血氧、毛孔、体温、皮肤湿度、皮肤阻抗、血氧饱和度特征或其他人体特征一种或多种任意组合起来进行连续血压测量。在ECG信号预处理步骤中，采用基于Hilbert-Huang变换和自适应阈值的形态学滤波方法对ECG信号进行滤波。特征点检测步骤中采用三样条小波检测ECG信号的R波峰值，并且以R波的位置为基准搜索Q波、S波的峰值。特征参数提取血压与脉搏波传播时间、动脉顺应性、血管阻力、心输出量和每搏输出量有关。因此本发明从ECG和光电容积波中提取特征参数，提取的特征参数包括连续血压方程选择的特征参数、血压方程估计的特征参数和血压方程标定的特征参数。提取的特征除了心率变异性、ECG波形变异性、脉搏波主波高度、主波上升时间、重搏波高度、重搏波相对高度、降中峡高度、降中峡相对高度、每搏心输出量等外，还提取解析特征、表象特征、变换域特征和融合特征等。(1)解析特征基于解析特征是指利用ECG和光电容积波波形的幅度、间期、面积、角度等几何参量为特征。其中如图加所示，图中实线为ECG，虚线为PPG，ECG信号R波峰值与PPG信号峰值之间的时间间隔即为PTT。本发明提取的ECG信号特征如图2b_2d和表1所示。表1解析特征列表
权利要求
1.一种基于多特征的脉搏波速法和血压方程组的连续血压测量方法，包括以下步骤(1)基于多特征的脉搏波速法和血压方程组的连续血压估计方法模型的建立过程，其包括(1. 1)ECG信号和脉搏波信号同步采集； (1. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪； (1. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测； (1. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取(1. 5)利用特征选择算法选出用于建立连续血压方程组的特征； (1. 6)建立基于多特征的脉搏波速法的连续血压方程组；(1. 7)利用提取的特征参数估计连续血压方程组中的参数，所述连续血压方程组中的参数包括需要标定的参数；(2)基于多特征的脉搏波速法和连续血压方程组的连续血压估计过程，其包括 (2. 1)ECG信号和脉搏波信号同步采集；(2. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪； (2. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测； (2. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取；(2. 5)利用特征选择算法选出用于选择连续血压方程的连续血压方程选择特征；(2.6)利用步骤(2. 中选择出的连续血压方程选择特征进行连续血压方程选择，选择出用于估计血压的方程；(2.7)利用特征选择算法选出用于估计步骤0.6)中选择出的方程中的参数的特征；(2.8)利用步骤(2.7)中选择出的特征估计用于估计血压的方程中的参数，所述用于估计血压的方程中的参数包括需要标定的参数；(2. 9)利用特征选择算法选出用于估计血压的特征；所述选出的用于估计血压的特征和脉搏波传播时间共同用于估计人体的收缩压、舒张压和/或平均压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征点的检测包括采用三样条小波检测ECG信号的R波峰值，并且以R波的位置为基准搜索Q波、S波的峰值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征提取所提取的特征包括心率变异性、ECG波形变异性、脉搏波主波高度、主波上升时间、重搏波高度、重搏波相对高度、降中峡高度、降中峡相对高度和/或每搏心输出量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征提取所提取的特征包括脉搏波传导时间、心率变异性、ECG波形变异性、脉搏波主波高度、主波上升时间、重搏波高度、重搏波相对高度、降中峡高度、降中峡相对高度、每搏心输出量、脉搏波传导时间、K值、面积、脉搏波降中峡的相对高度h/H、重搏波的相对高度g/H、反映每搏心输出量的H(l+ts/td)、脉搏波上升时间、血容积、血容积变化率、变化斜率、最大幅值、最小幅值、时间间期、脉率、升支、降支、主波幅值和形态、降中峡、重搏波、RI、SI、K值、AmBE、DfAmBE、g、LeBA、TmCpt、RtH、 年龄、性别、身高、腿长、臂长、体重、臂周长、身体质量指数和体脂中的一个或多个组成的特征向量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征提取所提取的特征包括ECG信号和脉搏波信号的解析特征、表象特征、变换域特征和融合特征，或者解析特征、表象特征、变换域特征、融合特征的任意组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述解析特征包括ECG信号和脉搏波信号的整个周期波形、多个周期波形的平均、周期波形的幅度、间期、面积、周长、角度、ECG信号和脉搏波信号之间的间期、幅度差、两个信号之间围成的面积、周长或角度，或者这些几何特征的任意组合；所述表象特征包括将ECG信号和脉搏波信号的解析特征通过主成分分析法、线性判别式法或者KL变换方法变换后的特征；所述变换域特征包括将ECG信号和脉搏波信号的解析特征通过小波变换、傅立叶变换、希尔伯特变换或者余弦变换进行处理后在变换域上提取的特征；所述融合特征包括将上述解析特征、表象特征、变换域特征分别构建特征向量，然后采用数据融合方法提取特征。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征选择算法包括分支定界法。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择出的用于估计血压的特征是和对应的血压值具有函数关系的特征。
9.一种连续血压测量装置，包括传感器系统，用于采集ECG信号和脉搏波信号； 决策系统，其被配置为能够执行以下步骤(1)基于多特征的脉搏波速法和血压方程组的连续血压估计方法模型的建立过程，其包括(1. 1)ECG信号和脉搏波信号同步采集；(1. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪；(1. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测；(1. 4) ECG信号和脉搏波的信号特征提取(1. 5)利用特征选择算法选出用于建立连续血压方程组的特征；(1. 6)建立基于多特征的脉搏波速法的连续血压方程组；(1. 7)利用提取的特征参数估计连续血压方程组中的参数，所述连续血压方程组中的参数包括需要标定的参数；(2)基于多特征的脉搏波速法和连续血压方程组的连续血压估计过程，其包括 (2. 1)ECG信号和脉搏波信号同步采集；(2. 2) ECG信号和脉搏波信号消噪； (2. 3) ECG和脉搏波信号特征点检测； (2. 4) ECG信号和脉搏波信号特征提取；(2. 5)利用特征选择算法选出用于选择连续血压方程的连续血压方程选择特征；(2.6)利用步骤(2. 中选择出的连续血压方程选择特征进行连续血压方程选择，选择出用于估计血压的方程；(2.7)利用特征选择算法选出用于估计步骤0.6)中选择出的方程中的参数的特征；(2.8)利用步骤(2.7)中选择出的特征估计用于估计血压的方程中的参数，所述用于估计血压的方程中的参数包括需要标定的参数；(2. 9)利用特征选择算法选出用于估计血压的特征；(2. 10)利用步骤(2.9)中选出的用于估计血压的特征和脉搏波传播时间共同估计人体的收缩压、舒张压和/或平均压。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述特征参数包括ECG信号和脉搏波信号的解析特征、表象特征、变换域特征和融合特征，或者解析特征、表象特征、变换域特征、 融合特征的任意组合。
全文摘要
本发明提供了一种连续血压测量装置，该装置测量血压时首先从提取的大量特征中，经过特征选择，选出用于血压方程估计的特征，将其送入决策系统，从血压方程组中确定出用于估计血压的方程；然后利用特征选择从特征提取中所提取的特征中选出用于估计血压方程系数的特征，通过统计估计、数值计算等方法估计血压方程系数；最后利用特征选择从特征提取中所提取的特征中选出用于估计血压的特征，将其代入血压方程进行血压估计。该方法利用基于多特征的脉搏波速法和创建血压方程组的方法，利用人工智能和模式识别等方法进行血压估计，不仅进一步提高了血压估计得测量精度，而且避免了烦琐的参数标定过程。
文档编号A61B5/021GK102397064SQ20111042095
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者严洪, 姚宇华, 宏峰, 李延军, 杨向林, 肖蒙, 许志 申请人:中国航天员科研训练中心