心臟參數的測量方法及裝置的製作方法
2023-05-08 06:49:11
專利名稱：心臟參數的測量方法及裝置的製作方法
心臟參數的測量方法及裝置
技術領域：
本發明涉及人體參數檢測技術，特別是涉及一種心臟參數的測量方法及裝置。背景技術：
心臟參數包括血壓、心輸出量等參數，是描述心臟性能的直接指標，並可用於心臟參數的進一步計算，例如，血壓和心輸出量之間的乘積即為心臟輸出功率，進而為心力衰竭、心源性休克等嚴重心臟疾病患在運動狀態下進行病患風險等級以及預設死亡指數等方面提供判斷依據。然而，在心臟參數的測量過程中，為了保證運動狀態下的準確性，需要嚴格保證血壓和心輸出量的測量是同步進行的。傳統的血壓和心輸出量測量方法可以分為侵入式方法和非侵入式方法。例如，侵入式方法包括了導管法和熱稀釋法，導管法是一種目前臨床常用的侵入式血壓測量方法，是將導管插入心臟或血管內，但是要求較高的操作成本；熱稀釋法對人體的創傷較大，操作也比較複雜；而非侵入式方法有測量肱動脈、橈動脈和指動脈等外周動脈血壓的柯式音法、振蕩法和容積鉗方法，以及基於光電容積描記信號的血壓測量方法，由於規模、重量的限制，並不適合長期連續監測以及運動狀態下的測量場景。無論是侵入式方法還是非侵入式方法都無法在保證測量準確度的情況下運動狀態方便地進行心臟參數的測量，存在著運動狀態的測量場景下操作困難的缺陷。
發明內容基於此，有必要提供一種能提高運動狀態下操作方便性的心臟參數的測量方法。此外，還有必要提供一種能提高運動狀態下操作方便性的心臟參數的測量裝置。一種心臟參數的測量方法，包括如下步驟同步檢測心電信號和光電容積描記信號，並進行預處理；對所述預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析得到脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比；根據所述脈搏波拐點面積比計算得脈搏波反射係數比；通過所述脈搏波到達時間和脈搏波反射係數比進行估算得到血壓和心輸出量。優選地，所述根據所述脈搏波拐點面積比計算得脈搏波反射係數比的步驟之後還包括通過所述脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比計算得到第一心臟估計參數和第二心臟估計參數；通過所述第一心臟估計參數、第二心臟估計參數和脈搏波反射係數比輸入心臟輸出功率估計方程進行估算得到心臟輸出功率。優選地，所述通過所述第一心臟估計參數、第二心臟估計參數和脈搏波反射係數輸入心臟輸出功率估計方程進行估算得到心臟輸出功率的步驟之前還包括獲取預設數量心動周期的心臟輸出功率序列、脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列；通過所述脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列估算第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列；利用標準的心臟輸出功率序列、第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列進行校準計算，得到所述心臟輸出功率估計方程中的係數。優選地，所述根據所述脈搏波拐點面積比計算得到脈搏波反射係數比的步驟為將所述脈搏波拐點面積比輸入主動脈平均反射係數方程中得到包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程；通過所述包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程得到所述脈搏波反射係數比。優選地，所述通過所述包括脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程得到所述脈搏波反射係數比的步驟之後還包括對所述脈搏波反射係數比進行簡化處理，計算1與脈搏波拐點面積比的差值，以及1與脈搏波拐點面積比的加和，並將計算得到的差值與加和之間的商作為簡化後的脈搏波反射係數比。一種心臟參數的測量裝置，包括信號處理模塊，用於同步檢測心電信號和光電容積描記信號，並進行預處理；輪廓分析模塊，用於對所述預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析得到脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比；運算模塊，用於根據所述脈搏波拐點面積比計算得到脈搏波反射係數比；參數估算模塊，用於通過所述脈搏波到達時間和脈搏波反射係數比進行估算得到血壓和心輸出量。優選地，還包括估計參數計算模塊，用於通過所述脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比計算得到第一心臟估計參數和第二心臟估計參數；功率估算模塊，用於通過所述第一心臟估計參數、第二心臟估計參數和脈搏波反射係數比輸入心臟輸出功率估計方程進行估算得到心臟輸出功率。優選地，還包括序列獲取模塊，用於獲取預設數量心動周期的心臟輸出功率序列、脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列；序列估算模塊，用於通過所述脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列估算第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列；校準模塊，用於通過脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列進行計算得到第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列以及脈搏波反射序列，並利用標準的心臟輸出功率序列、第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列進行校準計算，得到所述心臟輸出功率估計方程中的參數。優選地，所述運算模塊包括輸入單元，用於將所述脈搏波拐點面積比輸入主動脈平均反射係數方程中得到包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程；
計算單元，用於通過所述包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程得到所述脈搏波反射係數比。優選地，所述運算模塊還包括簡化處理單元，用於對所述脈搏波反射係數比進行簡化處理，計算1與脈搏波拐點面積比的差值，以及1與脈搏波拐點面積比的加和，並將計算得到的差值與加和之間的商作為簡化後的脈搏波反射係數比。上述心臟參數的測量方法及裝置，通過對從心電信號和光電容積描記信號中得到的脈搏波拐點面積比進行計算，以得到脈搏波反射係數比，進而對方脈搏波反射係數比和脈搏波到達時間進行估算以得到血壓和心輸出量，這一血壓和心輸出量是同步測量得到的，保證了準確性，且不需要通過侵入式方法進行測量，大大提高了運動狀態下的操作方便性。
圖1為一個實施例中心臟參數的測量方法的流程圖2為一個實施例中特徵點的示意圖3為一個實施例中脈搏波拐點面積比的示意圖4為圖1中根據脈搏波拐點面積比計算得到脈搏波反射系
圖5為另一個實施例中心臟參數的測量方法的流程圖6為另一個實施例中心臟參數的測量方法的流程圖7為一個實施例中心臟參數的測量裝置的結構示意圖8為圖7中運算模塊的結構示意圖9這另一個實施例中心臟參數的測量裝置的結構示意圖10這另一個實施例中心臟參數的測量裝置的結構示意圖。
具體實施方式圖1示出了一個實施例中心臟參數的測量的方法流程，包括如下步驟步驟S110，同步檢測心電信號和光電容積描記信號，並進行預處理。本實施例中，同步連續地檢測心電信號和光電容積描記信號，具體地，可利用心電信號檢測裝置(如肢體導聯或胸導聯)以及光電容積描記信號檢測裝置進行同步連續地檢測，以實現信號的採集。在採集到心電信號和光電容積描記信號之後，還需要對其進行預處理，例如，對心電信號和光電容積描記信號進行濾波、放大以及模數轉換等處理。步驟S130，對預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析得到脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比。本實施例中，對預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析的具體過程為檢測預處理後的心電信號和光電容積描記信號中的特徵點，例如，特徵點可以是心電信號中R波的峰值點、每搏光電容積描記信號的起始點以及拐點(反射點)、光電容積描記信號中收縮期波形包圍面積、光電容積描記信號舒張期波形包圍面積、脈搏波到達時間(Pulse Arrival Time, PAT)、脈搏波拐點面積比 Qnflection Point Area, IPA)等，從檢測到的特徵點中提出脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比，如圖2所示，心電R波峰位置與主動脈壓起始點的時間間隔「1」，定義為心室射血前期；主動脈壓起始點與外周動脈壓起始點的時間間隔「2」，定義為脈搏波傳輸時間；心電R波峰與外周動脈壓起始點的時間間隔「 3 」，定義為脈搏波到達時間PAT，由「 1」和「 2，，構成。具體地，脈搏波到達時間是單個心動周期內心電信號的R波與外周脈搏波或光電容積描記信號起始點之間的時間間隔，也等於心室射血期與脈搏波傳輸時間之和，如以下公式所示PAT = PEP+PTT其中，PAT為脈搏波到達時間，PEP為心室射血前期，PTT為脈搏波傳輸時間。心室射血前期為心室開始收縮到主動脈瓣打開瞬間這段時期，即心電信號中的 QRS波群的起始點與心臟開始射血的時間間隔，通常可由單個心動周期內心電信號的R波波峰到主動脈壓的起始點的時間間隔確定；而脈搏波傳輸時間為單個心動周期內主動脈血壓波起始位置到外周脈搏起始位置的時間延遲。在假設舒張期光電容積描記信號主要是由反射波組成，而收縮期信號主要由前波組成的前提下，脈搏波拐點面積比是單個心動周期內反射點之後光電容積信號下的面積 (即舒張期脈搏波的面積)與整個信號下的面積比，詳細計算過程如以下公式所示
權利要求
1.一種心臟參數的測量方法，包括如下步驟同步檢測心電信號和光電容積描記信號，並進行預處理；對所述預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析得到脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比；根據所述脈搏波拐點面積比計算得脈搏波反射係數比； 通過所述脈搏波到達時間和脈搏波反射係數比進行估算得到血壓和心輸出量。
2.根據權利要求1所述的心臟參數的測量方法，其特徵在於，所述根據所述脈搏波拐點面積比計算得脈搏波反射係數比的步驟之後還包括通過所述脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比計算得到第一心臟估計參數和第二心臟估計參數；通過所述第一心臟估計參數、第二心臟估計參數和脈搏波反射係數比輸入心臟輸出功率估計方程進行估算得到心臟輸出功率。
3.根據權利要求2所述的心臟參數的測量方法，其特徵在於，所述通過所述第一心臟估計參數、第二心臟估計參數和脈搏波反射係數輸入心臟輸出功率估計方程進行估算得到心臟輸出功率的步驟之前還包括獲取預設數量心動周期的心臟輸出功率序列、脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列；通過所述脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列估算第一心臟估計參數序列、 第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列；利用標準的所述心臟輸出功率序列、第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列進行校準計算，得到所述心臟輸出功率估計方程中的係數。
4.根據權利要求1所述的心臟參數的測量方法，其特徵在於，所述根據所述脈搏波拐點面積比計算得到脈搏波反射係數比的步驟為將所述脈搏波拐點面積比輸入主動脈平均反射係數方程中得到包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程；通過所述包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程得到所述脈搏波反射係數比。
5.根據權利要求4所述的心臟參數的測量方法，其特徵在於，所述通過所述包括脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程得到所述脈搏波反射係數比的步驟之後還包括對所述脈搏波反射係數比進行簡化處理，計算1與脈搏波拐點面積比的差值，以及1與脈搏波拐點面積比的加和，並將計算得到的差值與加和之間的商作為簡化後的脈搏波反射係數比。
6.一種心臟參數的測量裝置，其特徵在於，包括信號處理模塊，用於同步檢測心電信號和光電容積描記信號，並進行預處理； 輪廓分析模塊，用於對所述預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析得到脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比；運算模塊，用於根據所述脈搏波拐點面積比計算得到脈搏波反射係數比； 參數估算模塊，用於通過所述脈搏波到達時間和脈搏波反射係數比進行估算得到血壓和心輸出量。
7.根據權利要求6所述的心臟參數的測量裝置，其特徵在於，還包括估計參數計算模塊，用於通過所述脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比計算得到第一心臟估計參數和第二心臟估計參數；功率估算模塊，用於通過所述第一心臟估計參數、第二心臟估計參數和脈搏波反射係數比輸入心臟輸出功率估計方程進行估算得到心臟輸出功率。
8.根據權利要求7所述的心臟參數的測量方法，其特徵在於，還包括序列獲取模塊，用於獲取預設數量心動周期的心臟輸出功率序列、脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列；序列估算模塊，用於通過所述脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列估算第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列；校準模塊，用於通過脈搏波到達時間序列和脈搏波拐點面積比序列進行計算得到第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列以及脈搏波反射序列，並利用標準的心臟輸出功率序列、第一心臟估計參數序列、第二心臟估計參數序列和脈搏波反射係數比序列進行校準計算，得到所述心臟輸出功率估計方程中的參數。
9.根據權利要求6所述的心臟參數的測量裝置，其特徵在於，所述運算模塊包括輸入單元，用於將所述脈搏波拐點面積比輸入主動脈平均反射係數方程中得到包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程；計算單元，用於通過所述包含脈搏波拐點面積比的主動脈平均反射係數方程得到所述脈搏波反射係數比。
10.根據權利要求9所述的心臟參數的測量裝置，其特徵在於，所述運算模塊還包括 簡化處理單元，用於對所述脈搏波反射係數比進行簡化處理，計算1與脈搏波拐點面積比的差值，以及1與脈搏波拐點面積比的加和，並將計算得到的差值與加和之間的商作為簡化後的脈搏波反射係數比。
全文摘要
一種心臟參數的測量方法，包括如下步驟同步檢測心電信號和光電容積描記信號，並進行預處理；對預處理後的心電信號和光電容積描記信號進行波形輪廓分析得到脈搏波到達時間和脈搏波拐點面積比；根據脈搏波拐點面積比計算得脈搏波反射係數比；通過脈搏波到達時間和脈搏波反射係數比進行估算得到血壓和心輸出量。上述心臟參數的測量方法及裝置，通過對從心電信號和光電容積描記信號中得到的脈搏波拐點面積進行計算，以得到脈搏波反射係數比，進而對脈搏波反射係數比和脈搏波到達時間進行估算以得到血壓和心輸出量，這一血壓和心輸出量是同步測量得到的，保證了準確性，且不需要通過侵入式方法進行測量，大大提高了運動狀態下的操作方便性。
文檔編號A61B5/0402GK102499669SQ20111032977
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者張元亭, 王玲, 趙澤 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院