一种无创连续血压生理监测系统

摘要

本发明公开了一种无创连续血压生理监测系统。由于本发明考虑到传统获得的脉搏波传输时间PTT不仅包含了想要获取的主动脉脉搏波传输时间，还包括了如动脉干扰时间、射血期时间和毛细血管末梢传输时间三类干扰时间，为此，本发明通过心阻抗信号ICG和心电信号ECG，获得心脏在射血期的时间PEP。并将获得的射血期时间PEP从获得的脉搏波传输时间PTT去除，以获得更加精确的主动脉脉搏波传输时间ΔT。

说明书

技术领域

本发明涉及血压监测领域，具体涉及一种无创连续血压生理监测系统。

背景技术

目前，人口老龄化而问题和亚健康问题愈发突出，心脑血管、高血压等慢 性病已然成为人类健康的头号杀手，方便易用的健康监护设备成为社会的迫切 需求。

目前常用的血压测量方式分为两种：

一、通过分析心电信号ECG和光电容积脉搏波描记信号PPG，分别获得心 电信号ECG的特征值点和光电容积脉搏波描记信号PPG，进而获得两特征值点 之间的脉搏波传输时间PTT，利用脉搏波传输时间与血压参数之间的线性关系， 获得血压参数BP；

二、通过采集同一区域不同位置获得的两个光电容积脉搏波描记信号PPG， 分别获取两光电容积脉搏波描记信号PPG的特征值点，进而得到两特征值点之 间的脉搏波传输时间PTT，利用脉搏波传输时间与血压之间的线性关系，获得 血压参数BP；

然而，上述两种血压采集部位通常位于腕部、手指、脚趾或耳垂，这样一 来，将导致上述两种方式测得的脉搏波传输时间不仅包括了与血压参数呈线性 相关的主动脉脉搏波传输时间，还包括了心脏射血期、诸如桡动脉、胫动脉或 颈总动脉的传输时间以及局部毛细血管末梢内的传输时间。故由此获得的血压 参数和实际的血压参数会存在误差，导致测量结果不精确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无创连续血压生理监测系统，通过获得的主 动脉脉搏波传输时间，进而解析得到精确的血压参数。

一种无创连续血压生理监测系统，包括采集单元、脉搏波传输时间PTT单 元、射血期时间PEP单元、生理参数处理单元和显示单元；

其中，所述采集单元，用于采集人体参数的信号，并将获得的信号发送至 脉搏波传输时间PTT单元和射血期时间PEP单元；

所述脉搏波传输时间PTT单元，用于利用接收到的人体参数的信号，获得 脉搏波传输时间PTT，并将获得的PTT发送至生理参数处理单元；

所述射血期时间PEP单元，用于利用接收到的人体参数的信号，获得射血 期时间PEP，并将获得的射血期时间PEP发送至生理参数处理单元；

所述生理参数处理单元，用于根据获得的脉搏波传输时间PTT和射血期时 间PEP，利用Δ_T＝PTT-PEP，获得主动脉脉搏波传输时间Δ_T后，用Δ_T解析出血压 参数；并将获得的血压参数发送至显示模块进行显示。

优选地，所述采集单元包括采用心电采集单元、心阻抗采集单元和脉搏波 采集单元进行信号采集，并将采集到的信号发送至脉搏波传输时间PTT单元和 射血期时间PEP单元，进而获得脉搏波传输时间PTT和射血期时间PEP。

较佳地，所述脉搏波传输时间PTT的获得方式为：脉搏波传输时间PTT单 元接收由心电采集单元获得的心电信号，并在进行解析后，获得特征值点R所 对应的时刻T_R；同时，接收由脉搏波采集单元获得的光电容积脉搏波信号，在 进行解析后，获得特征值P点所对应的时刻T_P，利用PTT＝T_R-T_P获得脉搏波传 输时间PTT。

优选地，所述脉搏波传输时间PTT的获得方式为：所述脉搏波采集单元中 采用两个反射式光电传感，且每个反射式光电传感器用于获得一个光电容积脉 搏波描记信号；脉搏波传输时间PTT单元接收脉搏波采集单元中获得的两个光 电容积脉搏波描记信号，并在进行解析后，其中一个反射式光电传感器获得的 光电积脉搏波描记信号的特征值点为P1，且其对应的时刻为T_P1；另一个反射式 光电传感器获得的光电积脉搏波描记信号的特征值点为P2，且其对应的时刻为 T_P2；利用PTT＝T_P1-T_P2，获得脉搏波传输时间PTT。

较佳地，所述射血期时间PEP的获得方式为：射血期时间PEP单元接收由 心电采集单元获得的心电信号并进行解析，获得特征值R点对应的时刻T_R；同 时，结合接收到的由心阻抗采集单元获得心阻抗信号，获得特征值B点对应的 时刻T_B，利用PEP＝T_R-T_B，获得射血期时间PEP。

较佳地，采集单元进一步包括心音采集单元，用于将采集到的心音信号发 送至射血期时间PEP单元；

射血期时间PEP单元获得T_B的具体方式为：射血期时间PEP单元通过接收 心音信号并进行解析后获得特征值点S所对应的时刻T_S；同时，将接收到的心 阻抗信号进行多阶差分计算，并在多阶差分心阻抗信号上获取一个与T_S时刻最为 接近的峰值时刻T_B。

较佳地，将心电采集单元采用的心电传感器、脉搏波采集单元采用的反射 式光电传感器和心阻抗采集单元采用的心阻抗传感器置于一可穿戴式设备上， 该可穿戴式设备分为前胸部分和后背部分，且：

所述心电传感器，由干电极LA、干电极RA和驱动电极RLD构成；其中， 干电极LA和干电极RA分别对称镶嵌在可穿戴设备前胸部分的左右两侧，且位 于可穿戴设备对应于人体胸部高于心脏的位置；驱动电极RLD镶嵌在可穿戴设 备上的任意位置；

所述反射式光电传感器，用于将采集到的人体血流信息转换为可采用的光 电容积脉搏波描记信号；镶嵌在人体左心室与心脏主动脉连接处所对应至可穿 戴设备的位置处；

所述心阻抗传感器，由两个激励电极和两个检测电极构成，其中，两个激 励电极列排布镶嵌在可穿戴设备的后背部分，且每个激励电极均位于人体中线 所对应至可穿戴设备的位置处；两个检测电极列排布镶嵌在可穿戴设备的前胸 部分，且每个检测电极均位于人体中线所对应至可穿戴设备的位置处。

优选地，将脉搏波采集单元用的第一反射式光电传感器和第二反射式光电 传感器、心电采集单元用的心电传感器和心阻抗采集单元用的心阻抗传感器置 于一可穿戴式设备上，该可穿戴式设备分为前胸部分和后背部分，且：

所述心电传感器，由干电极LA、干电极RA和驱动电极RLD够成；其中， 干电极LA和干电极RA分别对称镶嵌在可穿戴设备左右两侧，且位于可穿戴设 备对应于人体胸部高于心脏的位置；驱动电极RLD镶嵌在可穿戴设备上的任意 位置；

所述第一反射式光电传感器，用于将采集到的人体血流信息转换为可采用 的光电容积脉搏波描记信号；镶嵌在人体左心室与心脏主动脉连接处所对应至 可穿戴设备的位置处；

所述第二反射式光电传感器，镶嵌在可穿戴设备对应于人体心脏的主动脉 出口位置；

所述心阻抗传感器，由两个激励电极和两个检测电极构成，其中，两个激 励电极列排布镶嵌在可穿戴设备的后背部分，且每个激励电极均位于人体中线 对应至可穿戴设备的位置处；两个检测电极列排布镶嵌在可穿戴设备的前胸部 分，且每个检测电极均位于人体中线对应至可穿戴设备的位置处。

较佳地，所述可穿戴式设备上进一步包括用于采集心音信号的心音传感器；

所述心音传感器，镶嵌在可穿戴设备对应于人体心脏的心尖区、心前区、 心底区或主动脉瓣区位置处。

优选地，两个激励电极列向排布，位于下方的激励电极对应于人体中线和 腰部位置交叉点。

有益效果：

1、本发明考虑到传统获得的脉搏波传输时间PTT不仅包含了想要获取的主 动脉脉搏波传输时间，还包括了如动脉干扰时间、射血期时间和毛细血管末梢 传输时间三类干扰时间，为此，本发明通过心阻抗信号ICG和心电信号ECG， 获得心脏在射血期的时间PEP。并将获得的射血期时间PEP从获得的脉搏波传 输时间PTT去除，以获得更加精确的主动脉脉搏波传输时间Δ_T。

2、本发明通过采用一种可穿戴式设备进行信号的采集，避免了由于传统采 集方式即在血液流经桡动脉、胫动脉或颈总动脉后测量脉搏波传输时间PTT而 导致获得的传输时间不精确的问题。此外，本发明所提供的一种可穿戴式设备 由于所其测量的位置位于胸部，所以还能够避免由于毛细血管末梢对主动脉脉 搏波描记时间Δ_T的影响。

附图说明

图1(a)为本发明实施例一获取血压的系统示意图。

图1(b)为本发明实施例二获取血压的系统示意图。

图2(a)为PPG信号和ECG信号获取脉搏波传输时间PTT原理示意图。

图2(b)为双PPG信号获取脉搏波传输时间PTT原理示意图。

图3为本发明利用ECG、ICG和PCG获得PEP的原理示意图。

图4为脉搏波采集单元中两个光电传感器结构图。

图5(a)为本发明实施例一的可穿戴式设备心电传感器、心阻抗传感器、 反射式光电传感器和心音传感器分布示意图。

图5(b)为本发明实施例二的可穿戴式设备心电传感器、心阻抗传感器、 反射式光电传感器和心音传感器分布示意图。

其中，1-脉搏波传输时间PTT单元，2-射血期单元，3-生理参数处理单元， 4-显示单元，5-脉搏波采集单元，6-心电采集单元，7-心阻抗采集单元，8-心音 采集单元，9-第一反射式光电传感器，10-第二反射式光电传感器，11-干电极LA， 12-干电极RA，13-驱动电极RLD，14-第一激励电极，15-第二激励电极，16-第 一检测电极，17-第二检测电极，18心音传感器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种无创连续血压生理监测系统，其基本思想在于：

由于目前获得的脉搏波传输时间PTT不仅包括了与血压参数呈线性相关的 主动脉脉搏波传输时间Δ_T，还包括了心脏射血期的时间PEP、诸如桡动脉、胫 动脉或颈总动脉的传输时间以及局部毛细血管末梢内的传输时间；故为了获得 精确的脉搏波传输时间PTT即主动脉脉搏波传输时间Δ_T，则需要在目前已获得 的脉搏波传输时间PTT中去除上述的干扰因素。

为此，本发明提供了一种无创连续血压生理监测系统，包括采集单元、脉 搏波传输时间PTT单元、射血期时间PEP单元、生理参数处理单元和显示单元；

其中，采集单元，用于采集人体参数的信号，并将获得的信号发送至脉搏 波传输时间PTT单元和射血期时间PEP单元；

脉搏波传输时间PTT单元，用于利用接收到的人体参数的信号，获得脉搏 波传输时间PTT，并将获得的PTT发送至生理参数处理单元；

射血期时间PEP单元，用于利用接收到的人体参数的信号，获得射血期时 间PEP，并将获得的射血期时间PEP发送至生理参数处理单元；

生理参数处理单元，用于根据获得的脉搏波传输时间PTT和射血期时间 PEP，利用公式(1)

Δ_T＝PTT-PEP               (1)，

获得主动脉脉搏波传输时间Δ_T后，用Δ_T解析出血压参数；并将获得的血压参数 发送至显示模块进行显示。

可见，通过将射血期时间PEP从脉搏波传输时间PTT中除去，进而获得更 为精确的主动脉脉搏波传输时间Δ_T。

其次，影响获得精确的主动脉脉搏波传输时间Δ_T的另一个影响因素在于脉 搏波传输时间PTT中还包括由桡动脉、胫动脉或颈总动脉产生的传输时间，且 其产生的原因在于：由于血液从心脏泵出，会经过主动脉后流向各分动脉，如 桡动脉、胫动脉或颈总动脉等，这样一来，当在腕部、手指、耳垂或脚趾部位 进行采集时，势必将会产生经过这些动脉的传输时间；因此，本发明进一步将 上述系统中各采集单元所用的采集装置置于一可穿戴设备上，通过在心脏主动 脉位置采集脉搏波描记信号，避免了血液在流经桡动脉、胫动脉或颈总动脉后 测量脉搏波传输时间PTT，进而获得准确的主动脉脉搏波传输时间Δ_T。

这种设计除了能够避免如桡动脉、胫动脉或颈总动脉带来的动脉时间，还 能够避免由于现有技术方案中的采集部位如手指、耳垂或脚趾而引起的局部毛 细血管末梢内的传输时间。即利用人体前胸部分动脉较多的原理，通过在人体 前胸部分进行测量，减少了毛细血管的传输时间对主动脉脉搏波传输时间Δ_T的 影响。

实施例一、

本发明提出了一种无创连续血压生理监测系统，如图1(a)所示，包括心 电采集单元、脉搏波采集单元、心阻抗采集单元、心音采集单元、脉搏波传输 时间PTT单元、射血期时间PEP单元、生理参数处理单元和显示单元。

其中，脉搏波传输时间PTT单元，用于接收由心电采集单元采集到的心电 信号ECG和由脉搏波采集单元获得的光电容积脉搏波描记信号PPG；进而获得 脉搏波传输时间PTT，即如图2(a)所示，脉搏波传输时间PTT单元接收由心 电采集单元获得的心电信号ECG，并在进行解析后，获得特征值点R所对应的 时刻T_R；同时，接收由脉搏波采集单元获得的光电容积脉搏波信号PPG，在进 行解析后，获得特征值P点所对应的时刻T_P，利用公式(2)

PTT＝T_R-T_P              (2)

获得脉搏波传输时间PTT。并将获得的脉搏波传输时间PTT发送至生理参数处 理单元；

射血期时间PEP单元，用于接收由心电采集单元获得的心电信号ECG、由 心阻抗采集单元获得心阻抗信号ICG和由心音采集单元获得的心音信号PCG， 进而获得射血期时间PEP，即如图3所示，射血期时间PEP单元接收由心电采 集单元获得的心电信号ECG并进行解析，获得特征值R点对应的时刻T_R；同时， 接收由心阻抗采集单元获得心阻抗信号ICG并进行解析，获得特征值B点对应 的时刻T_B，具体为：射血期时间PEP单元通过接收由心音采集单元采集到的心 音信号PCG进行解析后获得特征值点S所对应的时刻T_S；同时，将接收到的心 阻抗信号ICG进行多阶差分计算，并在多阶差分心阻抗信号ICG上获取一个与 T_S时刻最为接近的峰值时刻T_B。在实际中，T_B有多种方式计算获得，如利用心 阻抗一阶差分信号最大值点与B点的关系，获得B点位置。但由于T_B的获取方 式均为现有技术，在此不一一列举。

接着，利用公式(3)

PEP＝T_R-T_B                  (3)，

获得射血期时间PEP。并将获得的射血期时间PEP发送至生理参数处理单元。

生理参数处理单元，用于将获得的脉搏波传输时间PTT和射血期时间PEP 进行相参，进而获取主动脉脉搏波传输时间Δ_T。具体为：由于心电信号ECG和 第一光电容积脉搏波描记信号PPG获得的脉搏波传输时间PTT包括了射血期的 时间，故为获得主动脉脉搏波传输时间Δ_T，则根据公式(4)

Δ_T＝PTT-PEP            (4)，

获得主动脉脉搏波传输时间Δ_T。

由于血压参数和主动脉脉搏波传输时间Δ_T呈线性关系，根据公式(5)，

BP＝a+b×Δ_T             (5)

获得血压参数BP。其中，a、b均为预设的血压测量系数，它是根据获得的主动 脉脉搏波传输时间Δ_T，并依据实际的血压信息计算得到的血压测量系数a和b， 并记载至生理参数处理单元。将获得的血压参数发送至显示模块进行显示。

较佳地，为了获得更加精确的主动脉脉搏波传输时间Δ_T，减少由于诸如桡 动脉、胫动脉或颈总动脉的传输时间以及局部毛细血管末梢内的传输时间对主 动脉脉搏波传输时间Δ_T的影响，本发明将所述心电采集单元用的心电传感器、 脉搏波采集单元用的反射式光电传感器、心阻抗采集单元用的心阻抗传感器和 心音采集单元用的心音传感器置于一可穿戴式设备上，该可穿戴式设备分为前 胸部分和后背部分，如图5所示，其具体排布为：

心电传感器，由干电极LA、干电极RA和驱动电极RLD构成；其中，干 电极LA和干电极RA分别对称镶嵌在可穿戴设备前胸部分的左右两侧，且位于 可穿戴设备对应于人体胸部高于心脏的位置；驱动电极RLD镶嵌在可穿戴设备 上的任意位置。

反射式光电传感器，用于将采集到的人体血流信息转换为可采用的光电容 积脉搏波描记信号PPG；镶嵌在人体左心室与心脏主动脉连接处所对应至可穿 戴设备的位置处。

心阻抗传感器，由两个激励电极和两个检测电极构成，其中，两个激励电 极列排布镶嵌在可穿戴设备的后背部分，且每个激励电极均位于人体中线所对 应至可穿戴设备的位置处；较佳地，两个激励电极列向排布，且位于下方的激 励电极对应于人体中线和腰部位置交叉点。两个检测电极列排布镶嵌在可穿戴 设备的前胸部分，且每个检测电极均位于人体中线所对应至可穿戴设备的位置 处。

心音传感器，镶嵌在可穿戴设备对应于人体心脏的心尖区、心前区、心底 区或主动脉瓣区位置处；

实施例二、

较佳地，本发明还提供一种无创连续血压生理监测系统，如图1(b)所示， 其系统组成与上述实施例一相同，但心电采集单元由于脉搏波传输时间PTT的 获得方式的改变而仅为射血期时间PEP单元提供心电信号；而脉搏波传输时间 PTT的获取方式则是通过利用两个光电容积脉搏波描记信号间的血流速度获得 的，为此，脉搏波采集单元中包含2个反射式光电传感器，用于分别采集光电 容积脉搏波描记信号。具体为：

如图2(b)所示，脉搏波采集单元中采用两个反射式光电传感器，且每个 反射式光电传感器用于获得一个光电容积脉搏波描记信号PPG；脉搏波传输时 间PTT单元接收脉搏波采集单元中获得的两个光电容积脉搏波描记信号PPG， 并在进行解析后，其中一个反射式光电传感器获得的光电积脉搏波描记信号的 特征值点为P1，且其对应的时刻为T_P1；另一个反射式光电传感器获得的光电积 脉搏波描记信号的特征值点为P2，且其对应的时刻为T_P2；利用公式(6)

PTT＝T_P1-T_P2                (6)，

获得脉搏波传输时间PTT。

采用本实施例二所提供的系统，如图5所示，其排布方式与实施例一中不 同之处在于，脉搏波采集单元中采用的第二反射式光电传感器镶嵌在可穿戴设 备对应于人体心脏的主动脉出口位置。

较佳地，为了能够为患者提供更加精确测量，本实施例一和二根据人体不 同的体型，设计不同尺码大小的可穿戴设备，并且按照相应的体型将各传感器 排布至相应位置，以获得更加精确的测量结果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。