[发明专利]一种基于单探头光电容积脉搏波的血管弹性和血压的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于医学信号检测与处理领域，涉及一种基于单探头光电容积脉搏波的血管弹性和血压的检测方法。

背景技术

人体的血管弹性大体上是随着年龄逐渐降低的，血管弹性较差的人一般都会有一定程度的动脉硬化。本发明针对很多心血管疾病中存在的动脉硬化情况，以及现有的评价血管弹性的度量标准PWV和ABI在不同人身上存在着差异，且需要同时测量人体两个部位的脉搏波，操作复杂。

基于容积脉搏波获取血压参数信息是近年来研究的重点与热点。此问题难点在于如何对容积脉搏血流进行标定，特别是如何建立其与血压的关系。目前的研究主要包括两种方法：一种是根据容积脉搏波和压力脉搏波之间的转换关系得到血压参量；另一种是利用脉搏波传导时间测量得到血压。前者一般无法摆脱充气袖带的束缚和压力不断变化对人体的影响，长时间测量会给测试者带来不适感。后一种方法是近年来出现的一种新思路，无需充气袖带，只要检测脉搏波传导时间,即可间接推算出每搏血压值，但现有技术一般是测量不同位置两点心电信号与脉搏波信号，脉搏波信号与脉搏波信号，要求操作人员有一定的医学知识，而且对检测部位要求十分严格，操作不便。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明通过构建使用单路PPG信号血压与血管弹性测量的测量模型，提供一种基于单探头容积脉搏波的血管弹性和血压检测方法，采用Android平台软硬件结合对脉搏信号进行采集分析，涉及信号时域、频域、时频域的信号处理方法，所述的信号处理方法主要包括单路PPG信号量化血管弹性的算法和单路PPG信号检测血压算法。

本发明的技术方案为：

一种基于单探头光电容积脉搏波的血管弹性和血压的检测方法，采用单探头传感器采集PPG信号，在信号时域内提出一个用于对血管弹性的初步量化的血管弹性相关特征量：重搏波特征量(Double Wave Feature)；并且提取PPG信号频域特征、时频域特征，与DWF结合，综合提取一个能量化血管弹性大小的变量记为：DWF1。在提取PPG信号血管弹性相关特征量的同时，对PPG信号做二次差分，提取脉搏波传播时间(Pulse Wave Transit Time，PWTT)，结合DWF1与PPG信号频域特征，建立血压测量方程。单路PPG信号检测血管弹性及血压算法总体框图如图1所示。本发明包括以下步骤：

第一步：采用单探头容积脉搏传感器采集N个不同性别不同年龄段分布的脉搏波信号数据，即PPG信号数据，其编号为：R₁，R₂，…，R_N，所述的PPG信号为被试者食指指端的脉搏波信号。采用袖带式电子血压计采集脉搏波信号数据对应的收缩压数据和舒张压数据，收缩压数据编号为SBP₁，SBP₂，…，SBP_N，舒张压数据编号为DBP₁，DBP₂，…，DBP_N。并以PPG信号数据、收缩压数据和舒张压数据作为训练BP神经网络与建立血压预测方程的标准。

所采集的PPG信号数据通过信号调理电路，滤波和放大后，传输至单片机控制器模块，进行AD转换，并将AD转换后的数据由蓝牙模块传输至移动端软件控制模块，在移动端进行脉搏信号的实时监测处理。所述的AD转换时的采样频率为200Hz。所述的移动端软件控制模块用于实现蓝牙通信、脉搏数据保存、血管弹性量化以及血压计算。

第二步：提取脉搏波血管弹性相关特征量

分别对PPG信号数据R₁，R₂，…，R_N进行预处理后，提取特征点；所述的预处理包括去除噪声、去除饱和信号、去除基线漂移；所述的特征点包括时域特征点、频域特征点、时频域特征点；所述的时域特征点包括主波峰、主波谷、重搏波波峰波谷，脉搏周期数num、重搏波特征量DWF，所述的频域特征点包括心率HR，所述的时频域特征点包括归一化IMF分量提取的血管弹性特征、多尺度倒谱提取血管弹性特征。

2.1)提取心率HR

2.1.1)采用K-means聚类算法提取脉搏特征波形