一种无创动脉血压连续测量方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种无创人体动脉血压连续测量方法和设备。无创人体中心动脉血压连续测量方法包括：由采集的桡动脉和肱动脉脉搏波波形计算被测者动脉血管网络模型个性化参数的方法，由桡动脉脉搏波速度和动脉血管网络参数计算桡动脉血压收缩压、舒张压和血压波形的方法，计算升主动脉-桡动脉传递函数，并进而计算中心动脉血压的方法。无创人体中心动脉血压连续测量设备由信号处理和分析单元、戴在手腕上的脉搏波和运动信号采集单元、以及戴在胸前的心电和运动信号采集单元组成。本发明同时监测心电、桡动脉血压和中心动脉血压压、以及运动和姿态，在各种运动状态下分析心率和心电形态参数，分析动脉网络模型参数和血压参数，特别是中心动脉压波形参数，对于心血管病，特别是高血压、冠心病等高危疾病的防治和控制具有重要意义。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于医学检测【技术领域】，特别是涉及一种无创连续血压测量和监测系统。 一种无创动脉血压连续测量方法和设备
【背景技术】
[0002] 血压的连续测量是预防、诊断、治疗和控制高血压的需要。高血压病是心血管疾病 重要的危险因素。但高血压病患者常常直到发生祀器官损伤（Target Organ Damage, T0D) 时才有明显临床表现而引起注意。因此早期监测和发现高血压，并在TOD前即开始治疗，具 有十分重要的意义。现在市面上传统的24小时血压监测仪采用充气法，使用程序定时测量 和记录血压。其缺点是精度低，干扰被测者，不能获得连续测量。由新加坡健资国际申请的 中国专利CN1477942A是血压的扁平测量法。它在桡动脉上加一压力传感器，将血管压至扁 平时，令传感器所受压力等与血管内壁压力。其缺点是需要精准的佩戴，长期压力造成不舒 月艮。美国专利6413223发明了一种基于光体积描记器（PPG)测得的血液容积信号和血液动 力学的方法，然而没有经过临床，也没有实际应用。美国专利5865755的发明，使用测得的 心电信号和PPG信号，计算脉搏波到达时间、PPG波形和心率，进一步计算血压。这种基于 脉搏波传播速度的方法，只能得到一个平均血压或收缩压。而且，由心电信号和PPG信号来 计算血压，其原理不清楚，测量精度得不到保障，因此，这一技术也没有得到真正应用。
[0003] 中心动脉压（Central aortic pressure)指升主动脉根部血压。近年，中心动脉 压得到了医疗界越来越多的重视，欧洲高血压协会和欧洲心脏病协会联合发布的高血压管 理指导手册已经将中心动脉压作为血压管理的单独指标。
[0004] 现有连续获取中心动脉血压的方法分仅为有创方式。它采用导管介入法直接用压 力计测量血管内部血压。该方法主要用于急救领域、心血管外科和重症监护病房等领域。它 准确、连续，同时具有创伤性，需要专业人员操作，不可能大范围应用。
[0005] 人体中心动脉血压不能无创测量，无创方法主要通过对桡动脉血压波形等生理信 号的分析，估计得到中心动脉血压。美国专利5, 265, 011提出了一种通用传递函数（GTF) 法，通过对大样本数据的分析，估计得到中心动脉压-桡动脉压的通用传递函数，从测量到 的桡动脉血压，利用GTF估计得到被试者的中心动脉血压。该方法已经被澳大利亚AtCor Medical公司的产品SphygmoCor采用。类似技术还包括美国专利7, 628, 758等。新加坡 HealthSTATS提出了多点移动平均（N-Point Moving Average)法，对人体烧动脉血压波形 进行N点移动平均处理（N为采样率的四分之一)后得到人体中心动脉血压波形。上述方法 虽然得到了大量临床试验的验证，但存在以下问题：（1)通用传递函数法和多点移动平均 法都来自临床经验，没有理论支撑。（2)这两种方法的假设前提都是，不管年龄、性别、身体 状况如何，人们的中心动脉压-桡动脉压的传递函数都是一样的。这种假设忽略了一个事 实，每个人的血管参数因年龄、性别、疾病不同而不同，这一定会反应在传递函数上。这两种 方法结果的准确性一定有问题，也丢掉了诊断的重要信息。
[0006] 由本专利 申请人:申请的中国专利"一种无创中心动脉测量方法和设备"，申请号： 201210584475,所发明的无创人体中心动脉血压测量方法包括：基于粘性流体力学的人体 动脉血管网络模型，由测量出的桡动脉和肱动脉的脉搏波信号和手臂血压值计算被测者动 脉血管网络模型个性化参数的方法，计算升主动脉-桡动脉传递函数的方法，从测出的桡 动脉血压波形计算出中心动脉血压波形的方法。无创人体中心动脉血压连续测量设备由一 脉搏波信号处理和分析单元和一戴在手腕上的桡动脉和肱动脉脉搏波信号采集单元组成。
[0007] 本发明公开的是无创连续动脉血压测量方法和设备，是基于粘性流体力学的人体 动脉血管网络模型的连续血压测量和监测。本发明根据动脉网络模型，给出了准确的由脉 搏波速度推导血压的公式、方法和设备。
[0008] 我国有2. 3亿高血压病人，连续血压测量是高血压病的预防、诊断、治疗和控制的 关键技术。因此，本发明"一种无创连续动脉血压测量方法和设备"具有重要意义。
[0009]
【发明内容】
[0010] 有别于现有技术，本发明是无创动脉血压连续测量方法和设备，其技术方案包 括： 无创动脉血压连续测量方法：使用同步测得的桡动脉和肱动脉脉搏波序列计算桡动脉 血管模型参数的方法，由桡动脉脉搏波速计算平均血压、收缩压和舒张压的方法，血管网络 中每段血管的脉搏波速比例关系，计算升主动脉到桡动脉的传递函数的方法，以及由桡动 脉血压计算中心动脉血压的方法。
[0011] 无创动脉血压连续测量设备包括：脉搏波和运动信号采集单元，包括采集桡动脉 和肱动脉脉搏波的传感器、运动传感器、控制器和附着装置，在各种运动和姿态情况下采集 被测者的桡动脉、肱动脉脉搏波信号和小臂的运动信号，放大和数字化所测得的信号。
[0012] 进一步包括：信号处理和分析单元，以有线或无线方式与脉搏波和运动信号采集 单元连接，实时同步控制脉搏波和运动信号采集单元，实时同步采集和处理桡动脉和肱动 脉脉搏波信号，由采集到的桡动脉和肱动脉脉搏波信号对序列计算动脉网络模型参数，由 连续采集的每一对桡动脉和肱动脉脉搏波及相应两个传感器距离计算桡动脉脉搏波波速， 并进而计算血压值和波形，计算升主动脉到桡动脉的传递函数并进而计算中心动脉血压和 波形、计算中心动脉血压波形反射波拐点和扩增指数(AIX)，根据人体和小臂运动数据，分 类躯干和小臂的运动类型、强度、姿态和俯仰角，处理和分析在不同运动和姿态下的血压和 心电数据，向计算机或服务器上传数据和计算分析结果。
[0013] 还包括：计算机或服务器，连接和管理多个无创动脉血压连续测量设备，接收和分 析佩戴者在不同运动状态和姿态下、不同时辰、的心电、血压和呼吸数据，计算心肺健康指 数等一系列指标，根据佩戴者的年龄、性别、病史，提供报告和咨询意见。
[0014] 无创动脉血压连续测量设备还包括第二种实施方案，即，以心电信号和桡动脉脉 搏波来计算桡动脉脉搏波波速。这种技术方案的无创中心血压连续测量方法和设备，包括： 脉搏波和运动信号采集单元，包括采集桡动脉和肱动脉脉搏波的传感器、运动传感器、控制 器和附着装置，在各种运动和姿态情况下采集被测者的桡动脉脉搏波信号和小臂的运动信 号，在测量开始的时候，同步测量桡动脉和肱动脉脉搏波序列信号，放大和数字化所测得的 信号。
[0015] 无创动脉血压连续测量设备的第二种实施方案还包括心电和运动信号采集单元， 包括测量心电的电极、运动传感器、控制器和佩戴装置，采集、放大心电信号并转换为数字 信号，该装置同时嵌入运动传感器，测量人体躯干的运动和姿态信号。
[0016] 无创动脉血压连续测量设备的第二种实施技术方案还包括信号处理和分析单元， 以有线或无线方式与脉搏波和运动信号采集单元以及心电和运动信号采集单元连接，实时 同步控制脉搏波和运动信号采集单元和心电和运动信号采集单元，实时同步采集和处理桡 动脉和肱动脉脉搏波以及心电和运动信号，由采集到的桡动脉和肱动脉脉搏波信号对序列 计算动脉网络模型参数，由连续测量的每一对桡动脉脉搏波和心电信号波形，计算桡动脉 脉搏波速度并进而计算血压和波形，计算升主动脉到桡动脉的传递函数并进而计算中心动 脉血压和波形、计算中心动脉血压波形反射波拐点和扩增指数(AIX)，根据人体和小臂运动 数据，分类躯干和小臂的运动类型、强度、姿态和俯仰角，处理和分析在不同运动和姿态下 的血压和心电数据，向计算机或服务器上传数据和计算分析结果。
[0017] 无创动脉血压连续测量设备的第二种实施方案也包括计算机或服务器，连接和管 理多个无创动脉血压连续测量设备，接收和分析佩戴者在不同运动状态和姿态下、不同时 辰、的心电、血压和呼吸数据，计算心肺健康指数等一系列指标，根据佩戴者的年龄、性别、 病史，提供报告和咨询意见。
[0018] 根据本发明的实施例，脉搏波和运动信号采集单元是佩戴在手腕上的微型嵌入式 数据采集系统，它包括测量桡动脉和肱动脉脉搏波的传感器、运动传感器、前置放大器、模 数转换和控制器，其中桡动脉传感器由一附着装置保证传感器与桡动脉外表稳定接触，不 受或极少受运动和其它因素影响，以便在长时间内稳定测量桡动脉脉搏波信号，在同步、连 续测量肱动脉脉搏波的同时测量桡动脉和肱动脉脉搏波的传感器之间的距离，所测脉搏波 信号经前置放大器放大并转换为数字信号，与该装置中的运动传感器信号一起，送往信号 处理和分析单元。
[0019] 根据本发明的实施例，小臂动脉血压参考值有两种获取方法，其一是在脉搏波和 运动信号采集单元中的桡动脉传感器上装有手动或自动加压装置，使桡动脉脉搏波传感器 将桡动脉血管压扁，达到桡动脉脉搏波传感器测得的血压值与血管内血压值相等，其二是 用常规血压计测量小臂血压值。
[0020] 根据本发明的实施例第二种实施方案，心电和运动信号采集装置是用一胸带佩戴 于胸前的微型嵌入式系统，为了保证心电信号质量，其中一个电极应置于心电胸导V3或 V4位置，采集的心电信号经前置放大后再转换为数字信号，与该装置中的运动传感器信号 一起送到微型信号处理装置，运动传感器包括3轴加速度计，增加陀螺仪和磁力计会增加 躯干和小臂三维角度估计精度，肱动脉脉搏波传感器只在开始时由操作员或被测者自己操 作，同步测量桡动脉和肱动脉脉搏波序列，供计算动脉网络参数之用。
[0021] 根据本发明的实施例第二种实施方案，心电信号采集装置，进一步包括基于胸阻 抗测量方法测量呼吸波，将恒定幅度的调制电流源激励到人体，并测量电流产生的电压，得 到人体的胸部阻抗，该阻抗随着人体呼吸而变化，从而推出呼吸波。
[0022] 根据本发明的实施例，信号处理和分析单元是一微型计算设备，以类似手表的方 式戴在腕上，或佩带在腰间，它以有线或无线方式与脉搏波和运动信号采集单元和心电和 运动信号采集单元连接，实时同步控制脉搏波信号采集单元和心电信号采集单元，实时同 步采集和处理桡动脉和肱动脉脉搏波以及心电和运动信号，计算动脉网络模型参数，连续 计算桡动脉血压和中心动脉血压，分析人体躯干和小臂的运动和姿态，存储数据、提供报 告，以有线或无线方式向计算机或服务器上传数据。
[0023] 根据本发明的实施例，无创动脉血压连续测量方法包括：建立了基于粘性流体力 学的动脉血管模型，使用同步测得的桡动脉和肱动脉脉搏波序列，计算桡动脉血管模型参 数，即桡动脉的血流阻力、血液流动惯量和血管顺应性，建立了基于动脉血管模型的桡动脉 这一段无分叉均匀血管的血压与脉搏波速关系，以及由脉搏波速计算平均血压、收缩压和 舒张压的公式，建立了血管网络中每段血管的脉搏波速比例关系，从而将血压与脉搏波速 关系扩展到动脉网络中的任意血管段，包括中心动脉到桡动脉，可从心电图和桡动脉脉搏 波波形计算出脉搏波波速，建立了基于动脉血管网络模型计算升主动脉到桡动脉的传递函 数的方法，以及由桡动脉血压计算中心动脉血压的公式。
[0024] 根据本发明的实施例，信号处理和分析单元从心电和运动信号采集单元获得心电 数据和呼吸波数据，对其进行滤波、去除基线漂移，对心电信号提取QRS波、ST段、检测心电 异常、计算心率、心率变异度。
[0025] 根据本发明的实施例，信号处理和分析单元从心电和运动信号采集单元获得人体 躯干运动信号，包括加速度计信号、陀螺仪和磁力计信号，根据其中一组信号，或融合多组 信号，推断人体姿态和运动类型，包括：躺、坐、站、走、跑、摔、坐起、躺下、站起、坐下，以及走 和跑时的步频，计算躯干的俯仰角和姿态，从脉搏波和运动信号采集单元获得的小臂运动 数据分析小臂的运动和静止状态，计算小臂的俯仰角和姿态。
[0026] 根据本发明的实施例，处理采集到的桡动脉和肱动脉脉搏波信号对序列，找出合 适的波形点序列对，列出参数矩阵和观测矩阵，使用最小二乘算法，求出动脉网络模型参 数，包括桡动脉血流阻力、血液流动惯量和血管顺应性。
[0027] 根据本发明的实施例，由连续测量的每一对桡动脉和肱动脉脉搏波及相应两个传 感器距离计算桡动脉脉搏波传播速度，或由连续测量的每一对桡动脉脉搏波和心电信号波 形，计算中心动脉到桡动脉的脉搏波平均传播速度，再根据动脉网络中血管间的脉搏波传 播速度的比例关系，得到桡动脉的脉搏波传播速度，根据脉搏波传播速度和血压的关系公 式，计算桡动脉血压收缩压和舒张压和波形，根据人体动脉血管网络模型计算升主动脉到 桡动脉的传递函数，并进而计算中心动脉血压波型。
[0028] 根据本发明的实施例，根据测量和计算出的动脉网络模型参数、桡动脉和中心动 脉连续血压及其波形、躯干和小臂的运动类型、强度、姿态和俯仰角数据，以及时间标签，分 析和显示桡动脉和中心动脉血压随时间，以及运动和姿态的变化，计算和显示动脉硬化指 数、心肺系统健康指数、中心动脉血压波形反射波拐点、扩增指数(AIX)，作为高血压病的诊 断依据。
[0029] 根据本发明的实施例，根据人体和小臂运动和姿态类型，融合血压、心电、呼吸信 号和它们随时辰和运动的变化，计算佩戴者的多器官变异性参数，作为其心肺系统健康指 数，表征该佩戴者的健康状况，预测可能的疾病。
[0030] 根据本发明的实施例，每个连续动脉血压测量设备可以独立运行，也可以通过无 线或有线(如USB)与计算机或服务器联接，将测量和计算出的数据，以及连续动脉血压测量 设备的即时状态，如电池水平、脉搏波和心电采样率、各单元的工作状态和自检结果，上传 到计算机或服务器，计算机或服务器连接和管理多个无创动脉血压连续测量设备，接受和 分析佩戴者在不同运动状态和姿态下、不同时辰、的心电、呼吸和血压数据，根据佩戴者的 年龄、性别、病史，提供综合报告，对特定个人，分析和跟踪健康状况和病情，对所有人员，研 究心肺系统健康和疾病对不同人群的发生、发展、防治、康复进行跟踪和深入研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1、无创连续动脉血压测量方法和设备的系统方框图； 图2、无创连续动脉血压测量方法和设备的系统构成和佩戴方式示意图； 图3、无创连续动脉血压测量方法和设备第二实施方案的系统方框图； 图4、无创连续动脉血压测量方法和设备的系统第二实施方案构成和佩戴方式示意 图； 图5、左桡动脉血管等效电路； 图6、脉搏波传输时间计算时脉搏波参考点的选取； 图7、佩戴在胸前的加速度传感器的三个坐标轴和人体俯仰角计算。
[0032]
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便 于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0034] 无创连续动脉血压测量方法和设备的系统方框图如图1所示，其系统构成和佩戴 方式示意图如图2。无创连续动脉血压测量方法和设备的第二实施方案系统方框图如图3 所示，其系统构成和佩戴方式示意图如图4。无创连续动脉血压测量方法和设备的基本方案 和第二实施方案的差别仅在于，基本方案以连续测量的桡动脉和肱动脉脉搏波对来计算桡 动脉脉搏波波速，第二实施方案以连续测量的桡动脉脉搏波和心电信号对来计算桡动脉脉 搏波波速。为了叙述的方便，我们将重点叙述第二实施方案，基本方案只是不包括心电和运 动信号的采集、处理和应用部分。
[0035] 本发明是一种基于身体传感网络的穿戴式实时连续动脉血压、心电和呼吸监测系 统硬件和软件。整个连续动脉血压测量方法和设备由穿戴式连续动脉血压测量设备100和 计算机/服务器200组成。连续动脉血压测量设备100由脉搏波和运动信号采集单元110、 心电和运动信号采集单元120、和信号处理和分析单元130组成。
[0036] 脉搏波和运动信号采集单元110置于脉搏波传感器附着装置之上，包括控制器、 前置放大器、小臂运动传感器113、桡动脉脉搏波传感器111、肱动脉脉搏波传感器112。小 臂运动传感器由一个三轴加速度计组成，该加速度信号由两部分组成，一是大地重力加速 度，它在加速度传感器三个坐标轴上的分量可以算出小臂相对于地平面的俯仰角。二是传 感器本身，也即小臂本身的加速度，它表示小臂的运动状态。加速度信号中重力加速度和本 身加速度的分离，以及小臂运动状态和俯仰角的计算可在脉搏波和运动信号采集单元110 中进行，也可将加速度信号送至信号处理和分析单元130中进行。脉搏波和运动信号采集 单元110通过桡动脉脉搏波传感器111和肱动脉脉搏波传感器112采集脉搏波信号，经放 大和数字化后送到微型信号处理和分析单元130。桡动脉脉搏波传感器111须连续不断地 采集信号，为保证信号采集的稳定性，由一附着装置将传感器紧固在手腕上，保证传感器对 准桡动脉位置。同时，为了获得桡动脉血压，传感器同时装有将传感器压向桡动脉的自动装 置。当将桡动脉压扁时，获得此时桡动脉血压波形，作为连续测量的参考血压。这样的测量 操作只需要一次，由操作员或被测者操作。
[0037] 肱动脉脉搏波传感器112在采集脉搏波的时候，是由操作者或被测者放置肱动脉 脉搏波传感器完成的，同时也测量烧动脉脉搏波传感器111和肱动脉脉搏波传感器112之 间的距离。
[0038] 脉搏波传感器可以选择各种材料的压力传感器，包括形变、压敏电阻、聚偏二氟乙 烯等，也可以采用基于光学和电磁学的传感器。由于桡动脉的最佳测量位置较小，为了减小 传感器位置的微小移动所带来的测量误差，也可以采用传感器阵列。
[0039] 脉搏波和运动信号采集单元110同步采集桡动脉和肱动脉脉搏波信号，并对这些 信号进行评估，以免因传感器放置不当或其它原因引起信号失真，影响测量结果。当脉搏波 和运动信号采集单元110获得一定数目质量符合要求的桡动脉和肱动脉脉搏波信号序列 时，脉搏波和运动信号采集单元110给出完成肱动脉脉搏波采集的信号，操作者即可停止 肱动脉脉搏波采集。
[0040] 心电和运动信号采集单元120包括控制器、前置放大器、运动传感器122、和心电 电极121组成。它通过心电电极121按照常规动态心电图电极连接方法采集心电信号，根 据需要，导联数可从1到12不等。由于血压测量中用到的是主胸导，因此，其中一个电极应 该置于胸导联点V3或V4。胸阻抗的测量和心电共用两个电极。将恒定幅度的调制电流源 通过这两个电极激励到人体，测量电流产生的电压，得到人体的胸部阻抗，该阻抗随着人体 呼吸而变化，从而推出呼吸波。该阻抗也随着心脏射血而发生变化，因此，在确定心脏射血 点上有一定意义。心电和运动信号采集单元120以胸带或黏贴方式固定在胸前或腰间。其 中的运动传感器包括三轴加速度计、陀螺仪和磁力计。视需要可采用其中部分或全部传感 器。分析三轴加速度传感器数据可以得到人体的姿态和运动类型：包括：躺、坐、站、走、跑、 摔、坐起、躺下、站起、坐下，以及走和跑时的步频。加入陀螺仪可以较为准确地得到三维角 度，加入磁力计可以获得方位角。
[0041] 信号处理和分析单元130从脉搏波和运动信号采集单元110和心电和运动信号采 集单元120接收信号，同时监测、控制和同步这两个单元的运行。信号处理和分析单元130 运行在微型计算设备上，该微型计算设备可以如手表一样戴在手腕上。信号处理和分析单 元130与脉搏波和运动信号采集单元110和心电和运动信号采集单元120之间可以采用无 线或有线连接方式。
[0042] 信号处理和分析单元130包括脉搏波和心电图处理模块131、动脉网络模型计算 模块132、脉搏波速和血压计算模块133、运动和姿态分析模块134、存储和报告模块135， 和本地数据库136。它处理和分析桡动脉脉搏波和肱动脉脉搏波，计算被测者动脉网络参 数，处理和分析心电信号和桡动脉脉搏波，计算脉搏波波速，计算桡动脉血压，和中心动脉 血压。
[0043] 每个连续动脉血压测量设备可以独立运行，也可以通过无线或有线（如USB)与计 算机或服务器200联接。计算机或服务器200将对该连续动脉血压测量设备提供系统监测 和进一步数据分析，为佩戴者提供健康咨询和服务。
[0044] 下面详细介绍本发明的实施例： 1、基于粘性流体力学的血管模型 从桡动脉到中心动脉的人体血管网络包含升主动脉、肱动脉、桡动脉以及周边毛细 血管几个部分，其中除周边动脉外，其它几段动脉符合同样的大中动脉血管模型，只是参 数不同。所以我们将建立两种模型，分为大中动脉模型，和周边毛细动脉模型，然后通 过级联构成所需的血管网络。中国专利"一种无创中心动脉测量方法和设备"，申请号： 201210584475,使用粘性流体力学，推导了整个人体动脉网络及其方程。借用其结果，我们 可以使用同步测得的桡动脉和肱动脉脉搏波序列，计算桡动脉血管模型参数，如下： 参照图5的左桡动脉血管等效电路，其中
【权利要求】
1. 一种无创动脉血压连续测量方法和设备，包括： 使用同步测得的桡动脉和肱动脉脉搏波序列计算桡动脉血管模型参数的方法，由桡动 脉脉搏波速计算平均血压、收缩压和舒张压的方法，血管网络中每段血管的脉搏波速比例 关系，计算升主动脉到桡动脉的传递函数的方法，以及由桡动脉血压计算中心动脉血压的 方法； 脉搏波和运动信号采集单元，包括采集桡动脉和肱动脉脉搏波的传感器、运动传感 器、控制器和附着装置，在各种运动和姿态情况下采集被测者的桡动脉、肱动脉脉搏波信号 和小臂的运动信号，放大和数字化所测得的信号； 信号处理和分析单元，以有线或无线方式与脉搏波和运动信号采集单元连接，实时 同步控制脉搏波和运动信号采集单元，实时同步采集和处理桡动脉和肱动脉脉搏波信号， 由采集到的桡动脉和肱动脉脉搏波信号对序列计算动脉网络模型参数，由连续采集的每一 对桡动脉和肱动脉脉搏波及相应两个传感器距离计算桡动脉脉搏波波速，并进而计算血压 值和波形，计算升主动脉到桡动脉的传递函数并进而计算中心动脉血压和波形、计算中心 动脉血压波形反射波拐点和扩增指数(AIX)，根据人体和小臂运动数据，分类躯干和小臂的 运动类型、强度、姿态和俯仰角，处理和分析在不同运动和姿态下的血压和心电数据，向计 算机或服务器上传数据和计算分析结果； 计算机或服务器，连接和管理多个无创动脉血压连续测量设备，接收和分析佩戴者 在不同运动状态和姿态下、不同时辰、的心电、血压和呼吸数据，计算心肺健康指数等一系 列指标，根据佩戴者的年龄、性别、病史，提供报告和咨询意见。
2. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：包括其第 二实施方案，即心电信号和桡动脉脉搏波来计算桡动脉脉搏波波速，该第二实施方案下的 无创动脉血压连续测量方法和设备，包括： 脉搏波和运动信号采集单元，包括采集桡动脉和肱动脉脉搏波的传感器、运动传感 器、控制器和附着装置，在各种运动和姿态情况下采集被测者的桡动脉脉搏波信号和小臂 的运动信号，在测量开始的时候，同步测量桡动脉和肱动脉脉搏波序列信号，放大和数字化 所测得的信号； 心电和运动信号采集单元，包括测量心电的电极、运动传感器、控制器和佩戴装置， 采集、放大心电信号并转换为数字信号，该装置同时嵌入运动传感器，测量人体躯干的运动 和姿态信号； 信号处理和分析单元，以有线或无线方式与脉搏波和运动信号采集单元以及心电 和运动信号采集单元连接，实时同步控制脉搏波和运动信号采集单元和心电和运动信号采 集单元，实时同步采集和处理桡动脉和肱动脉脉搏波以及心电和运动信号，由采集到的桡 动脉和肱动脉脉搏波信号对序列计算动脉网络模型参数，由连续测量的每一对桡动脉脉搏 波和心电信号波形，计算桡动脉脉搏波速度并进而计算血压和波形，计算升主动脉到桡动 脉的传递函数并进而计算中心动脉血压和波形、计算中心动脉血压波形反射波拐点和扩增 指数（AIX)，根据人体和小臂运动数据，分类躯干和小臂的运动类型、强度、姿态和俯仰角， 处理和分析在不同运动和姿态下的血压和心电数据，向计算机或服务器上传数据和计算分 析结果； 计算机或服务器，连接和管理多个无创动脉血压连续测量设备，接收和分析佩戴者 在不同运动状态和姿态下、不同时辰、的心电、血压和呼吸数据，计算心肺健康指数等一系 列指标，根据佩戴者的年龄、性别、病史，提供报告和咨询意见。
3. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：脉搏波和 运动信号采集单元是佩戴在手腕上的微型嵌入式数据采集系统，它包括测量桡动脉和肱动 脉脉搏波的传感器、运动传感器、前置放大器、模数转换和控制器，其中烧动脉传感器由一 附着装置保证传感器与桡动脉外表稳定接触，不受或极少受运动和其它因素影响，以便在 长时间内稳定测量桡动脉脉搏波信号，在同步、连续测量肱动脉脉搏波的同时测量桡动脉 和肱动脉脉搏波的传感器之间的距离，所测脉搏波信号经前置放大器放大并转换为数字信 号，与该装置中的运动传感器信号一起，送往信号处理和分析单元。
4. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：小臂动脉 血压参考值有两种获取方法，其一是在脉搏波和运动信号采集单元中的桡动脉传感器上装 有手动或自动加压装置，使桡动脉脉搏波传感器将桡动脉血管压扁，达到桡动脉脉搏波传 感器测得的血压值与血管内血压值相等，其二是用常规血压计测量小臂血压值。
5. 根据权利要求2所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：心电和运 动信号采集装置是用一胸带佩戴于胸前的微型嵌入式系统，为了保证心电信号质量，其中 一个电极应置于心电胸导V3或V4位置，采集的心电信号经前置放大后再转换为数字信号， 与该装置中的运动传感器信号一起送到微型信号处理装置，运动传感器包括3轴加速度 计，增加陀螺仪和磁力计会增加躯干和小臂三维角度估计精度，肱动脉脉搏波传感器只在 开始时由操作员或被测者自己操作，同步测量桡动脉和肱动脉脉搏波序列，供计算动脉网 络参数之用。
6. 根据权利要求2所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：心电信号 采集装置，进一步包括基于胸阻抗测量方法测量呼吸波，将恒定幅度的调制电流源激励到 人体，并测量电流产生的电压，得到人体的胸部阻抗，该阻抗随着人体呼吸而变化，从而推 出呼吸波。
7. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：信号处理 和分析单元是一微型计算设备，以类似手表的方式戴在腕上，或佩带在腰间，它以有线或无 线方式与脉搏波和运动信号采集单元和心电和运动信号采集单元连接，实时同步控制脉搏 波信号采集单元和心电信号采集单元，实时同步采集和处理桡动脉和肱动脉脉搏波以及心 电和运动信号，计算动脉网络模型参数，连续计算桡动脉血压和中心动脉血压，分析人体躯 干和小臂的运动和姿态，存储数据、提供报告，以有线或无线方式向计算机或服务器上传数 据。
8. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：无创动脉 血压连续测量方法包括：建立了基于粘性流体力学的动脉血管模型，使用同步测得的桡动 脉和肱动脉脉搏波序列，计算桡动脉血管模型参数，即桡动脉的血流阻力、血液流动惯量和 血管顺应性，建立了基于动脉血管模型的桡动脉这一段无分叉均匀血管的血压与脉搏波速 关系，以及由脉搏波速计算平均血压、收缩压和舒张压的公式，建立了血管网络中每段血管 的脉搏波速比例关系，从而将血压与脉搏波速关系扩展到动脉网络中的任意血管段，包括 中心动脉到桡动脉，可从心电图和桡动脉脉搏波波形计算出脉搏波波速，建立了基于动脉 血管网络模型计算升主动脉到桡动脉的传递函数的方法，以及由桡动脉血压计算中心动脉 血压的公式。
9. 根据权利要求7所述的无创动脉血压连续测量方法和设备中的信号处理和分析单 元，其特征在于：信号处理和分析单元从心电和运动信号采集单元获得心电数据和呼吸波 数据，对其进行滤波、去除基线漂移，对心电信号提取QRS波、ST段、检测心电异常、计算心 率、心率变异度。
10. 根据权利要求7所述的无创动脉血压连续测量方法和设备中的信号处理和分析单 元，其特征在于：信号处理和分析单元从心电和运动信号采集单元获得人体躯干运动信号， 包括加速度计信号、陀螺仪和磁力计信号，根据其中一组信号，或融合多组信号，推断人体 姿态和运动类型，包括：躺、坐、站、走、跑、摔、坐起、躺下、站起、坐下，以及走和跑时的步频， 计算躯干的俯仰角和姿态，从脉搏波和运动信号采集单元获得的小臂运动数据分析小臂的 运动和静止状态，计算小臂的俯仰角和姿态。
11. 根据权利要求7所述的无创一种无创动脉血压连续测量设备 动脉血压连续测量方法和设备中的信号处理和分析单元，其特征在于：处理采集到的 桡动脉和肱动脉脉搏波信号对序列，找出合适的波形点序列对，列出参数矩阵和观测矩阵， 使用最小二乘算法，求出动脉网络模型参数，包括桡动脉血流阻力、血液流动惯量和血管顺 应性。
12. 根据权利要求7所述的无创动脉血压连续测量方法和设备中的信号处理和分析单 元，其特征在于：由连续测量的每一对桡动脉和肱动脉脉搏波及相应两个传感器距离计算 桡动脉脉搏波传播速度，或由连续测量的每一对桡动脉脉搏波和心电信号波形，计算中心 动脉到桡动脉的脉搏波平均传播速度，再根据动脉网络中血管间的脉搏波传播速度的比例 关系，得到桡动脉的脉搏波传播速度，根据脉搏波传播速度和血压的关系公式，计算桡动脉 血压收缩压和舒张压和波形，根据人体动脉血管网络模型计算升主动脉到桡动脉的传递函 数，并进而计算中心动脉血压波型。
13. 根据权利要求7所述的无创动脉血压连续测量方法和设备中的信号处理和分析单 元，其特征在于：根据测量和计算出的动脉网络模型参数、桡动脉和中心动脉连续血压及其 波形、躯干和小臂的运动类型、强度、姿态和俯仰角数据，以及时间标签，分析和显示桡动脉 和中心动脉血压随时间，以及运动和姿态的变化，计算和显示动脉硬化指数、心肺系统健康 指数、中心动脉血压波形反射波拐点、扩增指数(AIX)，作为高血压病的诊断依据。
14. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：根据人体 和小臂运动和姿态类型，融合血压、心电、呼吸信号和它们随时辰和运动的变化，计算佩戴 者的多器官变异性参数，作为其心肺系统健康指数，表征该佩戴者的健康状况，预测可能的 疾病。
15. 根据权利要求1所述的无创动脉血压连续测量方法和设备，其特征在于：每个连 续动脉血压测量设备可以独立运行，也可以通过无线或有线（如USB)与计算机或服务器联 接，将测量和计算出的数据，以及连续动脉血压测量设备的即时状态，如电池水平、脉搏波 和心电采样率、各单元的工作状态和自检结果，上传到计算机或服务器，计算机或服务器连 接和管理多个无创动脉血压连续测量设备，接受和分析佩戴者在不同运动状态和姿态下、 不同时辰、的心电、呼吸和血压数据，根据佩戴者的年龄、性别、病史，提供综合报告，对特定 个人，分析和跟踪健康状况和病情，对所有人员，研究心肺系统健康和疾病对不同人群的发 生、发展、防治、康复进行跟踪和深入研究。
【文档编号】A61B5/0205GK104138253SQ201310172583
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月11日 优先权日:2013年5月11日
【发明者】吴健康, 蒋升, 冀连营 申请人:吴健康