[發明專利]基于脈搏波的無創連續血壓測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202010678839.6
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111839488B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 楊翠微;胡啟晗;劉鑫
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: A61B5/021
• 分類號: A61B5/021;A61B5/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種基于脈搏波的無創連續血壓測量裝置，由脈搏波傳感器(1)、數據采集模塊(2)、數據存儲模塊(3)、數據分析單元(4)和輸出顯示裝置(10)依次連接而成；其特征在于：

當啟用數據分析單元(4)時，當數據存儲模塊(3)中存有信號時，則可進行基于機器學習算法的回顧性分析，通過自學習提高數據分析單元(4)的性能；

其中：

脈搏波傳感器(1)安放于生物體局部皮膚表面；

數據采集模塊(2)對來自脈搏波傳感器(1)的微弱的脈搏波信號進行放大，并濾除脈搏波信號中不需要的頻率成分，接著對放大濾波后的脈搏波信號進行采樣，轉化為脈搏波數字信號，存入數據采集模塊(2)的數據緩存區中；

數據存儲模塊(3)，將數據采集模塊(2)的數據緩存區中的脈搏波數字信號讀入內存，并定時存儲為數據文件；

數據分析單元(4)，對來自數據存儲模塊(3)中的數據文件進行分析處理；所述數據分析單元(4)由預處理模塊(5)、信號分割模塊(6)、基于脈搏波分解算法的信號質量評估模塊(7)、特征提取模塊(8)、收縮壓和舒張壓測量模塊(9)組成，預處理模塊(5)的輸入端連接數據存儲模塊(3)的輸出端，預處理模塊(5)的輸出端分為實時信號輸出端和歷史信號輸出端，分別連接信號分割模塊(6)的輸入端，兩者從信號分割模塊(6)輸出后均可連接基于脈搏波分解算法的信號質量評估模塊(7)的輸入端，基于脈搏波分解算法的信號質量評估模塊(7)的輸出端連接至特征提取模塊(8)的輸入端，信號分割模塊(6)根據測量模式標識符將脈搏波數字信號按照心拍或者固定長度分割；針對信號片段使用平穩小波變換(SWT)并且選擇樣條小波進行多層分解；使用波峰增強技術凸顯每個尺度上的波峰，結合多尺度上的波峰根據‘小且極值點唯一的’原則定義一個區域，在該區域中搜索極小值點作為的起始點，兩個連續的起始點之間的信號段即為單拍脈搏波，然后在單拍脈搏波中搜索極大值，即可得到波峰所在位置；

所述信號分割模塊(6)對脈搏波數字信號使用平穩小波變換分解到多尺度上，使用多尺度信息以及波峰增強技術提取脈搏波的特征點；

所述信號質量評估模塊(7)通過使用一個或多個非線性函數來擬合單拍脈搏波獲得若干個參數，并從這些參數中根據生理意義選取參數進行數學運算獲得質量指標，然后根據正常生理范圍設定閾值篩除質量嚴重受損的信號片段；

對每個單拍脈搏波，使用一個或多個非線性函數進行擬合，擬合公式如下：

其中，g_k(n)為非線性函數，m為非線性函數個數，n為采樣點的序號；

使用非線性最小二乘求解非線性函數的若干參數，設參數個數為p，則參數組可表示如下：

F＝[C₁,C₂,C₃,…,C_p]

當預先設定的測量模式標識符為單拍模式時，將所有特征向量組成p×1的矩陣；當測量模式標識符為均值模式時，根據固定長度的數據內所包含的單拍脈搏波數量q，q取決于數據的長度以及采集者的心率，對q個單拍脈搏波求均值獲得p×1的特征向量；

在基于脈搏波分解算法的信號質量評估模塊(7)中，根據生理意義選取參數進行數學運算獲得質量指標，然后根據正常生理范圍設定閾值，篩除來自于質量差的單拍脈搏波的參數組F，信號質量正常的單拍脈搏波的參數組F則被輸入到特征提取模塊(8)中；

特征提取模塊(8)的輸出端連接至收縮壓和舒張壓測量模塊(9)的輸入端，收縮壓和舒張壓測量模塊(9)的輸出端連接至輸出顯示裝置(10)；預處理模塊(5)用于去除脈搏波數字信號中疊加的外部噪聲和干擾；信號分割模塊(6)根據測量模式標識符將脈搏波數字信號按照心拍或者固定長度分割；信號質量評估模塊(7)利用脈搏波分解算法從脈搏波數字信號中刪除質量受損的部分信號片段，得到用于后續分析的有效信號片段；特征提取模塊(8)用于對有效信號片段提取與血壓相關的特征；收縮壓和舒張壓測量模塊(9)利用機器學習算法根據輸入的特征來輸出受試者當前時刻的收縮壓與舒張壓；

輸出裝置(10)，用于輸出脈搏波信號的波形以及受試者的收縮壓與舒張壓；當預先設定的測量模式標識符為單拍模式時，輸出顯示裝置(10)輸出并顯示每一心拍的收縮壓和舒張壓；當測量模式標識符為均值模式時，輸出并顯示固定時間長度內的收縮壓和舒張壓的均值。