专利名称：心血管功能检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种心血管功能检测装置，特别是涉及一种可快速实现检测目的的心血管功能检测装置，其可同时观测心血管自主神经系统和外周血管病变，适合于大规模体检、门诊病人快速筛查以及家庭自我保健。
背景技术：
心血管疾病已经成为我国高死亡率、高致残率、高医疗风险和高医疗费用的第一大慢性疾病。随着我国人口的快速老龄化，伴之而来将是心血管疾病的大流行，这不仅给患者带来痛苦，更使现有的社会医疗保健系统不堪重负。目前我国正在大力推进心血管疾病早期防治体系，从临床救治为主转向预防为主。尽管科学不断发展，研发出越来越多的新技术、新产品对抗心血管疾病，但这些先进技术成本很高，无法普及推广。因此发展心血管疾病低成本、快速、无创检测技术对心血管疾病防治具有重要意义。心血管疾病属于常见多发病，相关疾病检测技术一直是研究热点，临床上常用检测技术包括影像学、生化和电生理等方法。近来研究已经证实，自主神经系统病变在心血管系统发生和发展中占重要因素，很多心血管疾病早期就表现出自主神经系统功能受损现象，如原发性高血压、慢性充血性心衰、冠心病等。目前已经发展出很多自主神经系统功能状态检测/监测装置与方法。其中心率变异性分析是最常用的检测方法，通过时域和频域分析技术，可获得与自主神经系统功能状态相关的指标。心率变异性分析通常分为长程和短时两种方法，由于呼吸是产生心血管变异性的重要因素，呼吸操作通常用于心血管系统功能状态的检测。常用的方法如深呼吸、节拍呼吸、呼吸保持(Valsalva操作)等，通过各种呼吸操作下的心血管参数变化来诊断心血管系统状态和疾病。虽然呼吸对心血管系统参量的调制作用的研究已有很多成果，但是存在以下几个问题1.检查手段和装置往往比较复杂，受试者往往要佩戴或者被安放各类生理传感器，操作者要进行相关系统调校，不适合快速检测使用。而在体检筛查以及门诊快速检测时往往需要操作简单，能实现快速检测的方法和装置。2.检测指标比较单一，目前已有的装置和方法多集中某一类或一个参数的检测， 如对脉搏波的检测和分析，对心率变异性的检测和分析，缺少可快速实现的、同时检测自主神经系统和外周血管状态的方法和装置。3.检测方法灵活性不够，数据分析方法相对简单。如呼吸操作模式往往比较固定， 不能根据需要设置呼吸模式，甚至要操作者人工产生呼吸模式引导信息。在数据分析方面， 比较单一，多考虑某一参数受呼吸运动的幅度调制信息，没有利用相位信息，且没有将多生理参数融合分析。4.缺少可家庭和社区适用的，智能化和傻瓜化的检测装置和方法，无法实现普通用户经常性的自我检测和监测。CN101309638A于2008年11月19日公开了一种通过呼吸操作检测心血管功能状态的装置，可方便的完成节拍呼吸、瓦萨瓦尔操作、以及站立响应等过程中的HRV检测。可用于体检筛查和门诊快速检测。但是存在的不足是该种检测装置受试者舒适性差，尤其是通过咬嘴的方式检测呼吸运动；检测参数单一，仅观察了 HRV在不同模式下的变化，能反映外周血管情况的参数如脉搏波、脉搏波传导时间等没有同步检测；检测装置操作不够智能化和简单化，普通老百姓无法在家中或者社区中简单完成检测。CNlOl 176660A于2008年5月14日公开了一种通过检测受试者的心电、心音和桡动脉脉搏波信号，对心率变异性、电机械延迟变异性和脉搏波传播时间变异性进行联合分析的方法和装置。该发明虽然可以实现心血管自主神经系统和外周血管状态的综合检测， 具有较高的病理和生理状态区分度，但是无法实现简便和快速检测。心音、心电、脉搏波等传感器的安放都需要专业操作和调校，较费时间，普通百姓在家中和社区无法实现自我检测和监测。还有些便携式的心电和脉搏波检测装置，这些技术在一定程度上能够实现快速的心电或脉搏波参数的检测，但都没有和呼吸操作相结合，目前多停留在波形和节律检测的功能层面，尚未实现通过该类装置达到深层次的心血管自主神经和外周血管状态检测的功能。而且现有的装置检测参数也往往单一，没有实现对两个参数的联合检测，对脉搏波参数的利用不够理想。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型旨在提出一种能够快速实现心血管功能检测的装置。 其通过将呼吸引导技术与快速心电和光电容积脉搏波检测技术结合，获取心肺交互作用的数据。其具有操作简单、功能全、检测快等优点，可用于大规模体检筛查和门诊快速检查，以及社区和家庭普通自我检测和监测。本实用新型的心血管功能检测装置包括快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元、呼吸引导单元、信号处理单元；其中，受试者在呼吸引导单元的引导下进行呼吸时， 快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元将所测得的心电信号和光电容积脉搏波模拟信号送至信号处理单元；其中，信号处理单元包括信号采集部、信号处理部、显示部和信号存储部；信号采集部采集来自快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元的心电信号和电容积脉搏波模拟信号，并将所采集的信号送至信号处理部处理，信号处理部将经处理的信号送至显示部，在显示部显示所处理信号的同时将所处理的信号存储在信号存储部； 其中，所述呼吸引导单元通过视觉和/或听觉的方式引导受试者做呼吸运动；其中听觉引导可通过扬声器或耳机，通过播放弓I导语、引导音乐等方式实现；视觉方式可通过可作用于视觉的LED指示灯、LCD液晶曲线或者画面，以及TFT彩屏图像等方式实现；所述呼吸引导单元包括呼吸模式发生器，通过呼吸模式发生器实现各种呼吸引导模式；呼吸模式发生器可以根据测试需要来设定吸呼比、呼吸周期，以及吸气末暂停时间、呼气末暂停时间、呼吸次数等呼吸引导参数；呼吸模式发生器具有与所设定的引导模式相匹配的听觉和视觉引导模板；设定好相应的呼吸引导模式后，呼吸模式发生器调用相应的听觉和视觉引导模板，产生听觉和/或视觉引导信息。本实用新型的心血管功能检测装置的优点在于1、将呼吸引导技术与快速心电和光电容积脉搏波检测技术结合，获取的是心肺交互作用的数据，检测心血管功能。2、快速心电和光电容积脉搏波检测技术，具有智能化和简单化的特点，实现心电和光电容积脉搏波快速检测，呼吸引导技术通过视觉和听觉模式实现，二者结合后，使整个检测能够智能化和简单化，不需要专业医护人员参与指导，因而适合快速体检、门诊快速检查，以及普通用户也可在家中和社区中使用。3、呼吸引导技术可通过呼吸模式发生器，产生各种模式的呼吸引导，从而可利用心血管参量与呼吸模式之间的幅度和相位关系，检测和评估心血管系统状态。4、同时检测心血管自主神经系统和外周血管状态，包括心率变异性、R波幅度变异性以及脉搏波幅度和传导时间变异性等。心率变异性用于评价自主神经系统状态，而容积脉搏波及其传导时间则可综合评价外周血管特性。
从对说明本实用新型的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看，本实用新型的以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的，在附图中图1是本实用新型的第一实施例的系统结构示意图；图2是本实用新型的第二实施例的系统结构示意图；图3是本实用新型的第三实施例的系统结构示意图；图4是本实用新型的第四实施例的系统结构示意图；图5是本实用新型的信号处理单元的构成示意具体实施方式
如图1至4所示，本实用新型的心血管功能检测的装置包括快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元10、呼吸引导单元20、信号处理单元30 ；还可以包括检测结果输出单元40，进一步还可以包括呼吸运动信号检测单元50。本实用新型的一个特点是采用快速心电和光电容积脉搏波检测技术。心电信号提取不使用传统的Ag/AgCl电极获取，因为该方法检测心电时，需要粘帖电极，操作繁琐，且普通用户无法自我检测。快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元10通过如下方式实现采用具有导电特性的金属材料、导电硅胶或者电子织物，心电信号提取电路上使用两电极的信号调理方法，受试者使用时，仅需要通过左、右手接触导电材料，即可获取心电信号，经过信号处理后，可准确获取QRS波，获得RR间期。光电容积脉搏波信号检测采用反射或者透射式原理实现，检测部位为手指。传感器使用商品化的血氧脉搏波传感器。为了同时获得心电信号和光电容积脉搏波信号，本实用新型中的快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元10根据具体应用可分为手持式、台式和腕表式。在手持式应用中，将快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元10制造成手持式设备，如盒状，此时，心电电极位于手持式设备的表面，两只手握手持式设备时，左、右手中每只手的至少一个手指能够触及相应的心电电极，通过两电极心电信号提取电路，实现ECG信号检测，获得ECG信号模拟波形。而光电容积脉搏波传感器则设置在手持式设备的表面，光电容积脉搏波传感器的类型为反射式光电容积脉搏波传感器，其位置为食指或者中指能够方便触及的地方。这样，在实现手持式设备检测心电信号的同时，反射式光电容积脉搏波传感器能够获得手指端的光电容积脉搏波信号，实现两个信号的同时检测。手持式设备的优点在于小巧、便携，可满足家庭、社区和移动医疗使用。在台式应用中，将快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元10制造成台式设备。心电电极和光电容积脉搏波传感器都位于台式设备的表面，受试者双手按上或者放上时，受试者触及反射式光电容积脉搏波传感器以及左、右手各触及一个心电电极；这里， 受试者也可以是通过将手指插入透射式脉搏波传感器内来实现光电容积脉搏波模拟信号的检测，也就是说，光电容积脉搏波传感器也可以是位于与心电电极相对应的位置的孔中， 以使得左右手分别触及心电电极的同时，至少一个手指可以插入该孔中，以进行光电容积脉搏波检测。这样，可同时实现心电信号和手指端脉搏波信号的检测。在台式设备的应用中，受试者仅需要将双手安放在台式设别的特定位置，即可获得相应信号，可用于门诊快速检查和体检筛查使用。在腕表式设备的应用中，将快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元10制造成腕表式设备。一个心电电极位于腕表式设备的下表面，与手腕部皮肤处接触；另一个电极位于腕表上表面，以供受试者的另一只手方便地触及；光电容积脉搏波传感器可为反射式和透射式；若为反射式，则位于腕表下表面可方便接触皮肤处，尤其是放在靠近尺动脉或者桡动脉的皮肤表面，以获得光电容积脉搏波信号；若为透射式传感器，则可以是指套式传感器，检测某个手指的脉搏波，通过导线与腕表相连。该装置使用，受试者需要将一只手触及位于腕表表面的心电电极，从而同时检测心电和脉搏波信号。腕表式设备是为了解决受试者在活动状态下或者某些特定负荷的测试，如对COPD 患者的6分钟步行测试、脚踏车运动测试，在测试过程中，或者测试结束后评估心血管状态，具有小巧和便携，能够随身佩戴等优点。本实用新型的第二个重要组成部分是呼吸引导单元20。呼吸引导单元20的作用是通过视觉和/或听觉的方式，引导受试者做某类型的呼吸运动。其中听觉引导可通过扬声器或耳机，通过播放引导语、引导音乐等方式实现；视觉方式可通过可作用于视觉的各种方式如LED指示灯、IXD液晶曲线或者画面，以及TFT彩屏图像等方式实现。呼吸引导单元20包括呼吸模式发生器。通过呼吸模式发生器实现各种呼吸引导模式。呼吸模式发生器可以根据测试需要来设定吸呼比、呼吸周期，以及吸气末暂停时间、 呼气末暂停时间、呼吸次数等呼吸引导参数。呼吸模式发生器具有与所设定的引导模式相匹配的听觉和视觉引导模板。设定好相应的呼吸引导模式后，呼吸模式发生器调用相应的听觉和视觉引导模板，产生听觉和/或视觉引导信息。呼吸模式发生器优选的使用软件实现，用户根据需要调整和设置。现有技术中通过呼吸操作测试心血管自主神经系统主要采用节拍呼吸(6分/ 次)、呼吸保持和深呼吸几种模式，通过本实用新型的呼吸引导单元20不仅可以集成上述几种呼吸测试模式，而且可以自动产生相应的听觉和视觉引导信息，引导受试者完成相应操作。进一步的，呼吸引导单元20还能产生任意模式的呼吸运动引导信息，不仅方便了操作和测试，更重要的是通过动态设置和改变呼吸引导模式，分析心血管参数随呼吸运动的
7幅度和相位变化信息，能获得更丰富的心血管功能状态信息，这是目前的检查方法和装置所不具备的。呼吸引导单元为了在后续数据分析处理时能够将呼吸与其他心血管变量同步处理，优选地需要采集受试者真实的呼吸运动信号，此时实用新型的心血管功能检测的装置进一步包括呼吸运动信号检测单元50。呼吸运动信号检测技术有很多，可采用呼吸感应体积描记技术获取高质量的呼吸运动信号。检测部位通常为腹部腹呼吸。呼吸运动信号检测单元50可以是呼吸感应体积描记技术传感器，通常其通过内嵌于弹性带子的方式束缚在腹部或其他有效部位，以有线的方式接入信号处理单元30，与心电、脉搏波信号同步采集， 或者带子上内嵌蓝牙，呼吸运动信号通过蓝牙无线传送到信号处理单元30。在数据分析时， 可同步分析呼吸与心血管参量之间的幅度和相位变化关系。本实用新型的第三个重要组成部分是信号处理单元30。如图5所示，信号处理单元30包括信号采集部31。信号采集部31可实现多通道模拟信号同步采集。而且，为了分析脉搏波传导时间等参数，优选地以高速率采样，如以500、 1000或者2000Hz对心电和脉搏波信号采样。有呼吸信号时，呼吸信号采样率可以降低到 50>25Hzo信号处理单元30包括信号处理部32。信号处理部32可实施如下的信号处理技术和方法。UECG信号预处理包括50Hz陷波、带通滤波、QRS波检测、RR间期获取、R波幅度检测等；2、光电容积脉搏波信号预处理包括50Hz陷波、带通滤波、峰值点检测、一阶和二阶微分极值点检测、PP间期检测等；3、脉搏波传导时间测量通过R波顶点与脉搏波特征点如波峰、波谷、一阶微分极值点、二阶微分极值点等的时间间隔来计算；4、去趋势分析对RR间期、PP间期以及脉搏波传导时间等参数做去趋势处理；5、RR间期变化在时域随呼吸的调制关系分析，包括幅度和相位关系；6、RR间期变化在频域随呼吸的调制关系分析，通过FFT或者AR模型功率谱分析实现；7、光电容积脉搏波在时域随呼吸的调制关系分析，包括幅度和相位关系；8、光电容积脉搏波在频域随呼吸的调制关系分析，通过FFT或者AR模型功率谱分析实现；9、脉搏波传导时间在时域随呼吸的调制关系分析，包括幅度和相位关系；10、脉搏波传导时间在频域随呼吸的调制关系分析，通过FFT或者AR模型功率谱分析实现；11、R波幅度在时域随呼吸的调制关系分析，包括幅度和相位关系；12、脉搏波传导时间、心率以及呼吸运动的联合分析，通过脉搏波传导时间同心率变化关系，评估受试者的压感反射敏感性。上述数据处理算法可以实时完成，也可以存储在相应介质里，待呼吸引导操作完成后，通过软件进行分析。信号处理单元30还可以包括信号显示部33和信号存储部34。显示部33可以是显示器或液晶屏，也可以是其他显示装置，只要能够在屏幕上显示各路模拟信号，以及显示基于视觉的呼吸引导信号，如画面、曲线、箭头等即可。存储部34可以是硬盘、SD卡、Flash 存储器等，在引导呼吸过程中的各路生理参数显示的同时存储在存储部34中。本实用新型还可以包括检测结果输出单元40。检测结果输出单元40可以是输出到打印机，也可以是通过检测结果输出单元40所包括的网卡或无线传输模块(如蓝牙等) 实现进一步的远程传输。对于检测结果，可直接在显示部33上输出。对于台式设备，由于内嵌Windows系统，支持打印机功能，能够打印输出。台式设备还可以通过互联网，通过TCP/IP协议远程传输，检查结果和呼吸引导过程的生理数据可以传送到病人信息管理系统，实现存档。对于便携式设备(手持式设备或腕表式设备)，考虑到嵌入式系统的信息处理能力，便携式设备内嵌无线传输模块，如蓝牙，可以将检查结果和呼吸引导过程的生理数据传送到固定设备，如PC机，PC机通过分析软件完成进一步分析以及数据网络远程传输功能。尽管已示出和描述了本发明的优选实施例，可以设想，本领域的技术人员可在本实用新型的精神和范围内设计对本实用新型的各种修改。
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权利要求1.一种心血管功能检测装置，其包括快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元 (10)、呼吸引导单元(20)、信号处理单元(30)；其中，受试者在呼吸引导单元00)的引导下进行呼吸时，快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)将所测得的心电信号和光电容积脉搏波模拟信号送至信号处理单元(30)；其中，信号处理单元(30)包括信号采集部(31)、信号处理部(32)、显示部(3 和信号存储部(34)；信号采集部(31)采集来自快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元 (10)的心电信号和电容积脉搏波模拟信号，并将所采集的信号送至信号处理部(3 处理， 信号处理部(3 将经处理的信号送至显示部(33)，在显示部(3 显示所处理信号的同时将所处理的信号存储在信号存储部(34)；其中，所述呼吸引导单元00)通过视觉和/或听觉的方式引导受试者做呼吸运动；其中听觉引导可通过扬声器或耳机，通过播放引导语、引导音乐等方式实现；视觉方式可通过可作用于视觉的LED指示灯、LCD液晶曲线或者画面，以及TFT彩屏图像等方式实现；所述呼吸引导单元00)包括呼吸模式发生器，通过呼吸模式发生器实现各种呼吸引导模式；呼吸模式发生器可以根据测试需要来设定吸呼比、呼吸周期，以及吸气末暂停时间、呼气末暂停时间、呼吸次数等呼吸引导参数；呼吸模式发生器具有与所设定的引导模式相匹配的听觉和视觉引导模板；设定好相应的呼吸引导模式后，呼吸模式发生器调用相应的听觉和视觉引导模板，产生听觉和/或视觉引导信息。
2.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于进一步包括检测结果输出单元(40)，信号处理单元(30)将处理结果送至检测结果输出单元GO)进行打印或者远程传输。
3.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)中心电信号提取电路使用两个心电电极；受试者使用时，通过左、右手各接触一个心电电极，即可获取心电信号。
4.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)中光电容积脉搏波模拟信号检测电路采用光电容积脉搏波传感器实现。
5.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)制造成手持式设备；所述两个心电电极位于手持式设备的表面， 两只手握手持式设备时，左、右手中每只手的至少一个手指能够触及相应的心电电极；所述光电容积脉搏波传感器设置在手持式设备的表面，所述光电容积脉搏波传感器的类型为反射式光电容积脉搏波传感器，其位置为食指或者中指能够方便触及的地方。
6.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)制造成台式设备；心电电极和光电容积脉搏波传感器都位于台式设备的表面，受试者双手按上或者放上时，受试者触及反射式光电容积脉搏波传感器以及左、右手各触及一个心电电极。
7.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)制造成台式设备；心电电极位于台式设备的表面，光电容积脉搏波传感器位于与心电电极相对应的位置的孔中，以使得左、右手分别触及心电电极的同时，至少一个手指可以插入所述孔中，以进行光电容积脉搏波检测。
8.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)制造成腕表式设备；一个心电电极位于腕表式设备的下表面，与手腕部皮肤处接触；另一个电极位于腕表上表面，以供受试者的另一只手方便地触及；光电容积脉搏波传感器为反射式，其位于腕表下表面可方便接触皮肤处，以获得光电容积脉搏波信号。
9.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元(10)制造成腕表式设备；；一个心电电极位于腕表式设备的下表面， 与手腕部皮肤处接触；另一个电极位于腕表上表面，以供受试者的另一只手方便地触及； 光电容积脉搏波传感器为透射式，其是指套式传感器，检测某个手指的脉搏波，通过导线与腕表式设备相连。
10.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于信号处理单元(30)至少可以实现ECG信号预处理、光电容积脉搏波信号预处理、脉搏波传导时间测量、去趋势分析、RR间期变化在时域随呼吸的调制关系分析、光电容积脉搏波在时域随呼吸的调制关系分析、脉搏波传导时间在频域随呼吸的调制关系分析、R波幅度在时域随呼吸的调制关系分析、脉搏波传导时间、心率以及呼吸运动的联合分析中的一种。
11.如权利要求1所述的心血管功能检测装置，其特征在于其特征在于进一步包括呼吸运动信号检测单元(50)，呼吸运动信号检测单元(50)将检测到的呼吸运动信号送至信号处理单元(30)。
专利摘要本实用新型的心血管功能检测装置包括快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元、呼吸引导单元、信号处理单元；其中，受试者在呼吸引导单元的引导下进行呼吸时，快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元将所测得的心电信号和光电容积脉搏波模拟信号送至信号处理单元；其中，信号处理单元包括信号采集部、信号处理部、显示部和信号存储部；信号采集部采集来自快速心电和光电容积脉搏波模拟信号检测单元的心电信号和电容积脉搏波模拟信号，并将所采集的信号送至信号处理部处理，信号处理部将经处理的信号送至显示部，在显示部显示所处理信号的同时将所处理的信号存储在信号存储部。
文档编号A61B5/0205GK202211686SQ20112015171
公开日2012年5月9日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者刘洪运, 孙聪聪, 张政波, 李开元, 王卫东, 郑捷文 申请人:张政波