基于心电与脉搏波信号的无创连续血压测量方法研究

摘要

血压是人体重要的生理参数，能够反应心脏泵血功能、外周血管阻力、血容量以及血液物理状态等心血管功能状况。人体血压并不是恒定不变，会随着生理周期、情绪、内在和外界的刺激而发生变化，具有明显的波形性。目前研究的血压的测量方法分为间歇测量法和连续测量法两种，间歇测量法的血压测量结果会存在较大的差异，且不能反映心血管功能状况的变化，而连续测量方法可以提供连续的血压监护信息，能够让人们了解血压昼夜变化的规律，在临床和医学研究中具有更重要的意义。
　　脉搏波传导时间（PTT）法是一种无创连续血压测量方法，能够长时间的测量血压且具有简单、有效及舒适性好等优点。本文在基于PTT的血压测量原理的基础上，研究了基于心电和脉搏波信号的无创连续血压测量方法，并运用该方法设计了无创连续血压测量系统，通过采集同步的心电（ECG）信号和指端光电容积脉搏波（PPG）信号测量PTT，从而实现血压的测量。通过实验表明，本文所研究的方法均取得了较好的效果，为提高基于PTT的血压测量准确性提供了一种可行性方案。
　　本文主要的研究内容及成果有：
　　（1）针对传统PTT检测方法的不足，提出了一种综合波形时域特征和动态差分阈值的PTT检测算法：采用动态差分阈值检测ECG信号R波，根据波形时域特征利用R波检测PPG信号特征点位置，从而计算PTT。结果表明：本文所提PTT检测法具有计算量少，准确率高，抗干扰能力强的特点。
　　（2）设计了一套基于ECG与PPG信号的无创连续血压测量实验系统。实验系统硬件包括信号采集和微控制器电路设计，实验系统软件包括下位机和上位机程序设计。测试结果表明：该实验系统能够正常采集并保存ECG和PPG信号数据，能够正常测量PTT、血压等生理参数。
　　（3）为提高血压测量的准确性，提出了基于PTT、ECG信号R波之间的RR间期、脉搏波波形特征参数 K值的血压估算多参数模型。使用实验室实测样本数据和美国麻省理工学院MIMIC数据库中样本数据对本文所研究的血压测量方法进行了实验与数据分析，实验得到的结论是：相比基于PTT单参数的血压估算模型，引入脉搏波波形特征参数K值和反应心率大小的RR间期建立的多参数模型在一定程度能改善血压估算效果，提高血压测量的准确性。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 无创连续血压测量的研究意义

1.3 传统无创血压测量方法介绍

1.4 无创连续血压测量方法介绍

1.5 基于脉搏波传导时间的无创连续血压测量方法研究进展

1.6 论文的研究内容和章节安排

2 基于PTT的血压测量原理

2.1 动脉血压的机理

2.2 PTT与血压的关系

2.3 PTT的测量方法

2.4 小结

3 信号分析及预处理

3.1 信号分析

3.2 高频噪声去除

3.3 工频干扰去除

3.4 基于快速中值滤波算法去除基线漂移

3.5 小结

4 特征点检测算法研究

4.1 传统PTT检测算法

4.2基于波形时域特征和动态差分阈值的PTT检测算法

4.3 PTT检测算法分析

4.4 其他特征点检测

4.5 小结

5 实验采集系统设计

5.1 实验采集系统总体设计

5.2 实验采集系统硬件设计

5.3 实验采集系统软件设计

5.4 小结

6 实验与数据分析

6.1 实验方案

6.2 相关性对比分析

6.3 血压估算模型对比分析

6.4 讨论

6.5 小结

7 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录