一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及医疗监测领域，更具体涉及一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法及系统。所述方法包括采集受试者的左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号；对采集到的电阻抗信号进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号；从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值；根据参考特征值对受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析。本发明根据获得左侧胸部的电阻抗数字信号与右侧胸部的电阻抗数字信号提取参考特征值，根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析，操作简单，能定量准确地采集到测量数据，所采集到的信号抗干扰效果好，能够快速准确对左右肺的相关性进行分析，从而能够快速准确地评估受试者的左右肺呼吸协调性。
【专利说明】一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗监测领域，更具体地，涉及一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法及系统。
【背景技术】
[0002]评估左右肺协调性，可以实现辅助手术过程中对呼吸的监测和术后的康复治疗。目前临床上常用肺量计、呼吸机和呼吸速度描记器来直接测量呼吸，但这些测量方法常常需要患者的配合和专业人员的操作，且无法知道左肺和右肺的呼吸协调性。动脉血气分析、肺力学的气道压力容量曲线的记录和肺的体积描记术都被用来追踪通气的分布和指导呼吸机参数的调节。但这些技术都只是反映总的肺功能，局部的异常可能未被发现，影像技术如核磁共振、CT等虽然对肺的不均匀性分布提供较好的信息，但它们缺乏动态的特征和床边监测能力，并需要重症护理。而通用的胸部X线可显示肺的分布，但缺乏特异性，并由于放射线而造成人体损害。
[0003]此外，非侵 入性的无放射性的成像技术如电阻抗X线断层摄影术(EIT)是一个新的监测技术，它可显现胸腔气体容量，应用电阻抗变化能够显示局部肺通气的不平衡，提供了关于肺的不均匀性的信息。但是这种监测技术的图像分辨率低，且需要使用的电极较多易于导致病人感到不适，从而影响监测效果。
【发明内容】
[0004]本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，该方法利用生物电阻抗技术对受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析，能够快速准确对左右肺的相关性进行分析。
[0005]本发明还提供一种左右肺呼吸阻抗相关性分析系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下:
[0007]一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，包括:
[0008]采集受试者的左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号；
[0009]对采集到的电阻抗信号进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号;
[0010]从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值；
[0011]根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析。
[0012]作为一种优选的方案，左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号的采集方式如下:
[0013]采集输入受试者左右两侧胸部的激励电流；
[0014]获取受试者左右两侧胸部的电压幅值；
[0015]根据激励电流和电压幅值按照欧姆定律分别计算出左侧胸部的电阻抗信号与右侧胸部的电阻抗信号。
[0016]作为进一步的优选方案，所述采集到的激励电流为通过固定在受试者左胸部一侧和右胸部一侧的一对激励电极输入的激励电流，其中一对激励电极包括正极和负极；
[0017]所述获取受试者左侧胸部的电压幅值为:
[0018]通过采集固定在左右胸部之间的第一测量电极的电压值和位于左侧的激励电极下方的第三测量电极的电压值进行做差所得到的左侧胸部的电压差值；
[0019]所述获取受试者右侧胸部的电压幅值为:
[0020]通过采集固定在左右胸部之间的第二测量电极的电压值和位于右侧的激励电极下方的第四测量电极的电压值进行做差所得到的右侧胸部的电压差值。
[0021]作为更进一步的优选方案，一对激励电极固定在左右乳头连接所形成的水平线与左右侧腋中线所形成的两个交点处；
[0022]所述第一测量电极和第二测量电极固定在左右乳头连接所形成的水平线与胸骨柄中线的交点处的上下两个位置。
[0023]作为一种优选的方案，从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值的具体步骤为:
[0024]分别对左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号进行滤波；
[0025]将滤波后左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号根据时间进行分段；
[0026]计算每个时间段内的电阻抗数字信号的绝对值阻抗积分值；
[0027]对每个时间段内的电阻抗数字信号进行中值滤波并提取每个时间段内的极大值点和极小值点，将I 极大值-极小值I作为每个时间段的电阻抗数字信号的幅值；
[0028]计算出左侧胸部阻抗积分和右侧胸部阻抗积分的相关性为Cl，且把Cl作为第一参考特征值；
[0029]计算出左侧胸部阻抗幅值和右侧胸部阻抗幅值的相关性为CA，且把CA作为第二参考特征值。
[0030]作为进一步的优选方案，根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析的具体步骤为:
[0031]根据第一参考特征值Cl和第二参考特征值CA计算出均值相关性MC =(CI+CA)/2 ；
[0032]将MC的值和预设的范围阈值进行比较判断左右肺呼吸阻抗相关性的好差。
[0033]一种左右肺呼吸阻抗相关性分析系统，包括:
[0034]电阻抗信号采集模块，用于采集受试者的左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号；
[0035]模数转换模块，用于对采集到的电阻抗信号进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号；
[0036]参考特征值提取模块，用于从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值；
[0037]相关性分析模块，用于根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析。
[0038]作为一种优选的方案，电阻抗信号采集模块包括:
[0039]激励电流采集模块，用于采集输入受试者左右两侧胸部的激励电流；
[0040]电压幅值采集模块，用于获取受试者左右两侧胸部的电压幅值；
[0041]电阻抗信号计算模块，用于根据激励电流和电压幅值按照欧姆定律分别计算出左侧胸部的电阻抗信号与右侧胸部的电阻抗信号。
[0042]作为进一步的优选方案，所述采集到的激励电流为通过固定在受试者左胸部一侧和右胸部一侧的一对激励电极输入的激励电流，其中一对激励电极包括正极和负极；优选地，一对激励电极固定在左右乳头形成的平行线与左右侧腋中线所形成的两个交点处；
[0043]所述获取受试者左侧胸部的电压幅值为:
[0044]通过采集固定在左右胸部之间的第一测量电极的电压值和位于左侧的激励电极下方的第三测量电极的电压值进行做差所得到的左侧胸部的电压差值；
[0045]所述获取受试者右侧胸部的电压幅值为:
[0046]通过采集固定在左右胸部之间的第二测量电极的电压值和位于右侧的激励电极下方的第四测量电极的电压值进行做差所得到的右侧胸部的电压差值。
[0047]优选地，所述第一测量电极和第二测量电极固定在左右乳头形成的平行线与胸骨柄中线的交点处的上下两个位置。
[0048]作为一种优选的方案，参考特征值提取模块包括:
[0049]滤波模块，用于分别对左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号进行滤波；
[0050]信号分段模块，用于将滤波后左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号根据时间进行分段；
[0051]阻抗积分值计算模块，用于计算每个时间段内的电阻抗数字信号的绝对值阻抗积分值；
[0052]幅值计算模块，用于对每个时间段内的电阻抗数字信号进行中值滤波并提取每个时间段内的极大值点和极小值点，将I极大值-极小值I作为每个时间段的电阻抗数字信号的幅值；
[0053]参考特征值计算模块，用于计算出左侧胸部阻抗积分和右侧胸部阻抗积分的相关性为Cl，且把Cl作为第一参考特征值，以及计算出左侧胸部阻抗幅值和右侧胸部阻抗幅值的相关性为CA，且把CA作为第二参考特征值；
[0054]相关性分析模块包括:
[0055]均值相关性计算模块，用于根据第一参考特征值Cl和第二参考特征值CA计算出均值相关性MC = (CI+CA)/2 ；
[0056]判断模块，用于将MC的值和预设的范围阈值进行比较判断左右肺呼吸阻抗相关性的好差。
[0057]与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是:
[0058](I)本发明的方法采用的是生物电阻抗技术，根据获得左侧胸部的电阻抗数字信号与右侧胸 部的电阻抗数字信号提取参考特征值，根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析，操作简单，能够定量准确地采集到测量数据，所采集到的信号抗干扰效果好，能够快速准确对左右肺的相关性进行分析，从而能够快速准确地评估受试者的左右肺呼吸协调性。(2)本发明的方法采用的是生物电阻抗技术，通过采集固定在受试者身上的测量电极即可获得电阻抗信号，测量过程方便，而且只需使用一对激励电极和4个测量电极固定在受试者身上，相对于EIT技术需要使用很多测量电极，本发明的方法能够降低受试者的不适感，适用于受试者长期的呼吸监测中。
[0059](3)本发明通过提取左侧胸部阻抗积分和右侧胸部阻抗积分的相关性以及左侧胸部阻抗幅值和右侧胸部阻抗幅值的相关性作为左右肺呼吸阻抗相关性的参考特征值，结合了阻抗积分和幅值两个参考参数，能够多角度、更准确地得到左右肺呼吸阻抗相关性。
【专利附图】
【附图说明】
[0060] 图1为本发明中一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法具体实施例的流程图。
[0061]图2为本发明中激励电极和测量电极的固定示意图。
[0062]图3为本发明中一种左右肺呼吸阻抗相关性分析系统具体实施例的架构图。
【具体实施方式】
[0063]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0064]为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0065]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0066]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左右”、“上下”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第三”、“第四”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0067]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
[0068]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0069]实施例1
[0070]如图1所示，为本发明中一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法具体实施例的流程图，本具体实施例的一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法的具体步骤包括:
[0071]一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，包括:
[0072]步骤SlOl:采集受试者的左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号；
[0073]步骤S102:对采集到的电阻抗信号进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号；
[0074]步骤S103:从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值；
[0075]步骤S104:根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析。[0076]在本具体实施例中，所述方法通过采集受试者左侧胸部的电阻抗信号和右侧胸部的电阻抗信号并进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号，然后从电阻抗数字信号中提取参考特征值进行左右肺呼吸阻抗相关性分析。在此方法中利用生物阻抗技术采集受试者的电阻抗信号进行相关性分析，采集步骤简单方便，基于采集到的数据能够快速准确对左右肺的相关性进行分析，根据相关性分析结果可以评估受试者的左右肺呼吸协调性，此方法可以持续对受试者的呼吸进行监测，能够为医护人员对受试者肺部疾病的检测以及辅助手术过程中对呼吸的监测、术后的康复治疗提供中间参考信息。
[0077]在具体实施过程中，步骤SlOl中左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号一般通过如下采集方式获取:
[0078]步骤SlOll:采集输入受试者左右两侧胸部的激励电流；一般地，采集到的激励电流为通过固定在受试者左胸部一侧和右胸部一侧的一对激励电极输入的激励电流，其中一对激励电极包括正极和负极；
[0079]步骤S1012:获取受试者左右两侧胸部的电压幅值；
[0080]一般地，所述获取受试者左侧胸部的电压幅值为通过采集固定在左右胸部之间的第一测量电极的电压值和位于左侧的激励电极下方的第三测量电极的电压值进行做差所得到的左侧胸部的电压差值；
[0081]所述获取受试者右侧胸部的电压幅值为通过采集固定在左右胸部之间的第二测量电极的电压值和位于右侧的激励电极下方的第四测量电极的电压值进行做差所得到的右侧胸部的电压差值。
[0082]在上述步骤中，为了获取到更准确的电阻抗信号，进一步地，该一对激励电极固定在左右乳头连接所形成的水平线与左右侧腋中线所形成的两个交点处；第一测量电极和第二测量电极固定在左右乳头连接所形成的水平线与胸骨柄中线的交点处的上下两个位置。具体地，参见图2，是本具体实施例中的激励电极与测量电极的佩戴示意图。
[0083]如图2所示，可将激励电极的负极1-固定在左右乳头连接所形成的水平线与右侧腋中线的交点处，将激励电极的正极I+固定在左右乳头连接所形成的水平线与左侧腋中线的交点处，其中，激励电极的正极和负极的位置可以对调，对调后接收到的胸部电压信号相对变差，但不影响电压信号的检测；将第一测量电极Vi固定在左右乳头形成的平行线与胸骨柄中线的交点处的上端；将第二测量电极V2固定在左右乳头形成的平行线与胸骨柄中线的交点处的下端；将第三测量电极V3固定在左侧腋中线与左右乳头形成的平行线的交点处，具体地，在紧贴着左侧激励电极I+的下方对所述第三测量电极V3进行固定；将第四测量电极V4固定在右侧腋中线与左右乳头形成的平行线的交点处，具体地，在紧贴着右侧激励电极1-的下方对所述第三测量电极V3进行固定。[0084]如此，受试者的左侧胸部的电压差值为(V3-V1)，右侧胸部的电压差值为(V4-V2)；
[0085]步骤S1013:根据激励电流和电压幅值按照欧姆定律分别计算出左侧胸部的电阻抗信号与右侧胸部的电阻抗信号，即为根据输入的激励电流与左侧胸部的电压差值、右侧胸部的电压差值，按照欧姆定律分别计算出左侧胸部的电阻抗信号与右侧胸部的电阻抗信号。具体地，预设输入的激励电流为I，则受试者左侧胸部的电阻抗信号为RL= I (V3-V1) I/I，右侧胸部的电阻抗信号为RR = I (V4-V2) /I，其中，I (V3-V1) |为左侧胸部的电压差值的绝对值，I (V4-V2) I为右侧胸部的电压差值的绝对值，以保证计算得到的电阻抗信号为正数。
[0086]在具体实施过程中，步骤S103中从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值的一种实现方式为:
[0087]S1031:分别对左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号进行滤波；
[0088]S1032:将滤波后左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号根据时间进行分段；
[0089]S1033:计算每个时间段内的电阻抗数字信号的绝对值阻抗积分值；具体地，根据
公式
【权利要求】
1.一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，其特征在于，包括: 采集受试者的左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号； 对采集到的电阻抗信号进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号； 从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值； 根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析。
2.根据权利要求1所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，其特征在于， 左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号的采集方式如下: 采集输入受试者左右两侧胸部的激励电流； 获取受试者左右两侧胸部的电压幅值； 根据激励电流和电压幅值按照欧姆定律分别计算出左侧胸部的电阻抗信号与右侧胸部的电阻抗信号。
3.根据权利要求2所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，其特征在于， 所述采集到的激励电流为通过固定在受试者左胸部一侧和右胸部一侧的一对激励电极输入的激励电流，其中一对激励电极包括正极和负极； 所述获取受试者左侧胸部的电压幅值为: 通过采集固定在左右胸部之间的第一测量电极的电压值和位于左侧的激励电极下方的第三测量电极的电压值进行做差所得到的左侧胸部的电压差值； 所述获取受试者右侧胸部的电压幅值为: 通过采集固定在左右胸部之间的第二测量电极的电压值和位于右侧的激励电极下方的第四测量电极的电压值进行做差所得到的右侧胸部的电压差值。
4.根据权利要求3所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，其特征在于，一对激励电极固定在左右乳头连接所形成的水平线与左右侧腋中线所形成的两个交点处； 所述第一测量电极和第二测量电极固定在左右乳头连接所形成的水平线与胸骨柄中线的交点处的上下两个位置。
5.根据权利要求1所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，其特征在于， 从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值的具体步骤为: 分别对左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号进行滤波； 将滤波后左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号根据时间进行分段； 计算每个时间段内的电阻抗数字信号的绝对值阻抗积分值； 对每个时间段内的电阻抗数字信号进行中值滤波并提取每个时间段内的极大值点和极小值点，将I极大值-极小值I作为每个时间段的电阻抗数字信号的幅值； 计算出左侧胸部阻抗积分和右侧胸部阻抗积分的相关性为Cl，且把Cl作为第一参考特征值； 计算出左侧胸部阻抗幅值和右侧胸部阻抗幅值的相关性为CA，且把CA作为第二参考特征值。
6.根据权利要求5所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析方法，其特征在于，根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析的具体步骤为: 根据第一参考特征值Cl和第二参考特征值CA计算出均值相关性MC=(CI+CA) /2 ； 将MC的值和预设的范围阈值进行比较判断左右肺呼吸阻抗相关性的好差。
7.—种左右肺呼吸阻抗相关性分析系统，其特征在于，包括: 电阻抗信号采集模块，用于采集受试者的左侧胸部和右侧胸部的电阻抗信号； 模数转换模块，用于对采集到的电阻抗信号进行模数转换得到左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号； 参考特征值提取模块，用于从左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号中提取参考特征值； 相关性分析模块，用于根据参考特征值对所述受试者的左右肺呼吸阻抗相关性进行分析。
8.根据权利要求7所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析系统，其特征在于，电阻抗信号采集模块包括: 激励电流采集模块，用于采集输入受试者左右两侧胸部的激励电流； 电压幅值采集模块，用于获取受试者左右两侧胸部的电压幅值； 电阻抗信号计算模块，用于根据激励电流和电压幅值按照欧姆定律分别计算出左侧胸部的电阻抗信号与右侧胸部的电阻抗信号。
9.根据权利要求8所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析系统，其特征在于， 所述采集到的激励电流为通过固定在受试者左胸部一侧和右胸部一侧的一对激励电极输入的激励电流，其中一对激励电极包括正极和负极； 所述获取受试者左侧胸部的电压幅值为: 通过采集固定在左右胸部之间的第一测量电极的电压值和位于左侧的激励电极下方的第三测量电极的电压值进行做差所得到的左侧胸部的电压差值； 所述获取受试者右侧胸部的电压幅值为: 通过采集固定在左右胸部之间的第二测量电极的电压值和位于右侧的激励电极下方的第四测量电极的电压值进行做差所得到的右侧胸部的电压差值。
10.根据权利要求7所述的左右肺呼吸阻抗相关性分析系统，其特征在于，参考特征值提取1?块包括: 滤波模块，用于分别对左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号进行滤波； 信号分段模块，用于将滤波后左侧胸部和右侧胸部的电阻抗数字信号根据时间进行分段； 阻抗积分值计算模块，用于计算每个时间段内的电阻抗数字信号的绝对值阻抗积分值； 幅值计算模块，用于对每个时间段内的电阻抗数字信号进行中值滤波并提取每个时间段内的极大值点和极小值点，将I极大值-极小值I作为每个时间段的电阻抗数字信号的幅值； 参考特征值计算模块，用于计算出左侧胸部阻抗积分和右侧胸部阻抗积分的相关性为Cl，且把Cl作为第一参考特征值，以及计算出左侧胸部阻抗幅值和右侧胸部阻抗幅值的相关性为CA，且把CA作为第二参考特征值； 相关性分析模块包括: 均值相关性计算模块，用于根据第一参考特征值Cl和第二参考特征值CA计算出均值相关性 MC=(CI+CA)/2 ；判断模块， 用于将MC的值和预设的范围阈值进行比较判断左右肺呼吸阻抗相关性的好差。
【文档编号】A61B5/085GK103976737SQ201410231498
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】蒋庆, 周广敏, 刘官正, 王瑛 申请人:中山大学