[發明專利]心阻抗信號處理系統和方法

有效

• 申請號: 201910325098.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109984742B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 張旭;李晨洋;葉繼倫
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 深圳市睿智專利事務所 44209
• 代理人: 陳鴻蔭;周慧玲

心阻抗信號處理系統和方法，設置心阻抗信號檢測模塊、呼吸阻抗信號檢測模塊和自適應濾波模塊；心阻抗信號檢測模塊將獲取的心阻抗信號輸入至自適應濾波模塊，用作自適應濾波模塊的原始輸入信號；呼吸阻抗信號檢測模塊將獲取的呼吸阻抗信號輸入至自適應濾波模塊，用作自適應濾波模塊的參考信號；自適應濾波模塊采用最小均方誤差算法準則，以最速下降原則調整參考信號參與濾波運算的權重；自適應濾波模塊濾除心阻抗信號中的呼吸噪聲后輸出心阻抗信號。通過同步采集呼吸阻抗信號作為自適應濾波器的參考信號，利用呼吸阻抗信號和心阻抗信號的相關性，巧妙的濾除呼吸噪聲，呼吸噪聲消除效果好，提高了后續心排計算的準確性。

技術領域

本發明涉及醫療設備相關信號處理技術領域，具體涉及利用胸阻抗法測量心阻抗的信號處理系統和方法。

背景技術

現代社會中心血管疾病是威脅人類生命健康的頭號疾病之一，早期篩查與預防是關鍵，無創血液動力學檢測是評價心血管健康狀況的重要手段之一，其中心排量CO、每博射血量SV等血液動力學的關鍵參數具有十分重要的臨床意義。心排量能夠指示人體心功能狀態，反應外周循環功能，對人體心功能及循環功能做出全面的評價，可在循環和代謝功能出現問題的早期發出預警。心排量及相關血液動力學參數已成為心血管疾病患者臨床監測與診斷的必要指標，作為評估人體循環系統效率的關鍵參數，其中心排量是衡量心臟射血能力強弱的重要評價標準，是其他血液動力學參數推算的基礎。

生物電阻抗測量(ElectricaI BioimPedance Measurement)是一種利用生物組織與器官的電特性及其變化規律提取與人體生理、病理狀況相關的生物醫學信息的檢測技術。它通常借助置于體表的電極系統向檢測對象送入一微小的交流測量電流或電壓，檢測相應的電阻抗及其變化，然后根據不同的應用目的，獲取相關的生理和病理信息。它具有無創、無害，廉價、操作簡單和功能信息豐富等特點，醫生和病人易于接受。

現有技術中，生物電阻抗測量技術也用于連續監測心排量及相關血液動力學參數，如利用心臟搏動周期中身體局部阻抗變化即阻抗法進行心排量檢測。具體方式如，根據Nyboer式，通過心臟搏動導致的胸阻抗變化量（后簡稱心阻抗信號）來計算獲得心排量及相關血液動力學參數。具體地，當人體的心臟周期性泵血時，胸腔的心阻抗發生相應的周期性改變，通過描繪出心阻抗變化圖，再根據Nyboer式，就可以計算出心排量及相關血液動力學參數。Nyboer式：，其中即每搏量SV，為血液的電阻率，L為兩測量電極之間的間距，為基礎阻抗，為阻抗變化量即心阻抗信號。

阻抗法進行心排量連續監測的明顯缺點是抗干擾能力較差，易受病人呼吸或運動的影響。由于呼吸也會導致胸部阻抗變化，呼吸造成的胸阻抗變化量（后簡稱呼吸阻抗信號）顯著大于心臟搏動導致的胸阻抗變化量（后簡稱心阻抗信號），且呼吸噪聲與阻抗法獲取的心阻抗信號在頻域上的頻帶比較接近，因此呼吸噪聲是心阻抗信號檢測中常見且棘手的問題。

一般人在正常生理狀態下，呼吸頻率為0.25Hz，心阻抗頻率為1Hz左右，心阻抗信號檢測的現有技術中，通常利用呼吸頻率低于心阻抗信號頻率，通過高通濾波處理來消除呼吸噪聲。當呼吸頻率較高時，為了去除呼吸噪聲則需要提高截止頻率，而提高截止頻率的代價是有用信號也遭到衰減。且許多心血管疾病患者的生理狀態不穩定，氧代謝存在問題患者伴隨呼吸急促癥狀，此時高通濾波方法不再適用。

現有技術中，也有采用中心頻率為0.25Hz的陷波技術對心阻抗信號進行處理，但陷波器的陷波參數指標固定，需已知患者的呼吸信號幅頻特性。一方面，不同的患者呼吸幅度和頻率不同，同一個算法的參數指標固定不能適用于所有患者；另一方面，同一患者在長期測量過程中，呼吸深度和頻率不可能保持恒定不變，需實時陷波器調整參數才能達到良好的濾波效果。陷波器的陷波參數指標涉及到自動控制反饋原理算法，實現起來十分復雜繁瑣，且算法實現效率不高，對于氧氣代謝患有疾病的患者，由于呼吸深度和頻率變化差異大，一般很難進行陷波參數的實時調整。

發明內容