[發明專利]基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置

在審

• 申請號: 201810260588.2
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108652605A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王國興;連勇;王敏;謝青松
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/021
• 分類號: A61B5/021;A61B5/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，包括集成的如下模塊：

-信號獲取模塊，所述信號獲取模塊利用發光二極管照射人體組織并通過光電傳感器檢測反射光強度，輸出光電流信號；

-信號調理模塊，所述信號調理模塊對信號獲取模塊輸出的光電流信號進行自動調節放大以及噪聲抑制并反饋控制信號獲取模塊，獲得PPG電壓信號；

-信號發送模塊，信號發送模塊利用模數轉換器對信號調理模塊獲得的PPG電壓信號進行采樣，并通過數據傳輸模塊將所述PPG電壓信號發送至血壓計算模塊；

-血壓計算模塊，所述血壓計算模塊接收信號發送模塊發送的PPG電壓信號，并對所述PPG電壓信號進行濾波及去噪處理后提取若干特征值；將若干特征值輸入血壓計算模型中進行計算，得到實時血壓及心率值。

2.根據權利要求1所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述信號獲取模塊包括如下任意一項或任意多項特征：

-所述發光二極管設置如下任意一種或任意多種能夠單獨驅動的LED光源占空比閃爍模式，其中：

在第一種LED光源占空比閃爍模式下，獲取信號抗噪能力強，信噪比高，適合于動態測量；

在第二種LED光源占空比閃爍模式下，獲取信號信噪比高，適合于靜態測量；

-所述發光二極管為多個，其中相鄰兩個發光二極管之間的間距為1～2.5mm；

-所述光電傳感器與發光二極管之間的間距為1～4mm。

3.根據權利要求2所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，第一種LED光源占空比閃爍模式采用1～4個綠光LED；和/或

第二種LED光源占空比閃爍模式采用1～4個紅光LED。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述信號獲取模塊還設置有運動傳感器，所述運動傳感器檢測信號獲取模塊佩戴位置的運動信息，用以消除運動偽跡帶來的干擾噪聲。

5.根據權利要求1所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述信號調理模塊包括集成的互阻放大器、環境光抑制電路、自動LED控制電路以及自動增益控制電路；其中：

所述互阻放大器將信號獲取模塊輸出的光電流信號轉化為PPG電壓信號并進行信號放大；

所述環境光抑制電路抑制環境光噪聲，提高PPG電壓信號的AC/DC比；

所述自動LED控制電路自動調節發光二極管的驅動電流，提高能量使用效率；

所述自動增益控制電路根據采集到的PPG電壓信號強度，實時調節互阻放大器的增益。

6.根據權利要求1所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述模數轉換器對所述PPG電壓信號進行采集，以得到完整不失真的信號，并通過數據傳輸模塊實時傳送到血壓計算模塊中；和/或

所述數據傳輸模塊采用有線傳輸模塊或無線傳輸模塊。

7.根據權利要求1所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述血壓計算模塊包括帶通濾波器、數學形態濾波器、自適應濾波器以及自適應閾值特征提取器；其中：

通過頻段為0.7～4Hz的帶通濾波器對PPG電壓信號進行整形，保留該頻段內的完整信息，濾除高頻噪聲信號以及低頻呼吸干擾；

通過數學形態濾波器進行降噪，去除整形后PPG電壓信號的基線漂移；

通過自適應濾波器對降噪后的PPG電壓信號進一步降噪，減小運動偽跡及環境光噪聲對PPG電壓信號形態的影響；

通過自適應閾值特征提取器逐拍提取進一步降噪后PPG電壓信號特征值。

8.根據權利要求7所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述自適應濾波器采用最小均方自適應濾波器。

9.根據權利要求1所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述血壓計算模型基于輸入的特征值，并結合被測者的個人體征信息作為輔助特征，計算得到實施例血壓及心率值。

10.根據權利要求9所述的基于單路PPG信號的實時血壓監測裝置，其特征在于，所述血壓計算模型通過機器學習訓練得到，具體地，預設機器學習模型，采用最小二乘支持向量機，根據已知數據庫對機器學習模型進行訓練，得到如下血壓計算模型：

其中，N為支持向量機的數量，α_k為系數，K為核函數，x為輸入向量，x_k為支持向量，b為偏置；

將每拍PPG電壓信號特征值輸入血壓計算模型，即得到每拍PPG電壓信號對應的血壓值。