專利名稱：用于血壓計測量的干擾抑制系統及其干擾抑制方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用于血壓計測量中處理人體生理參數信息時的干擾抑制系統及其干擾抑制方法，尤其是一種針對血壓計測量過程中被測試者姿勢干擾和運動干擾的抑制系統。
背景技術：
通常所說的血壓指動脈血壓，目前，血壓的測量可以通過直接法和間接法兩種方法實現。直接法是有創測量方法，通過將導管插入血管內由壓力傳感器獲得血壓值；間接法是無創測量方法，通過對相關信號進行分析處理得到血壓值。目前已有的無創測量血壓計采用基于壓力波的血壓計，該種血壓計要求被測量對象在血壓測量過程中保持靜止的坐立姿勢，且需要將血壓計保持在心臟同一水平高度上。以上要求存在如下缺點:一是缺乏醫學知識的普通用戶難以精確地確定心臟所處的水平高度；二是當沒有合適高度及硬度的支撐物時，用戶難以將手腕長時間保持靜止姿勢。當血壓計在測量過程中沒有與心臟保持同一高度時，由于血壓計傳感器部位的血管與心臟存在一個高度差，使得傳感器獲得的壓力波與心臟同一高度處的實際血管壓力存在一個壓力差；而當被測量對象在測量過程中手臂發生晃動時，相當于對血壓計的傳感器處附加了一個作用力，該作用力會導致采集到的壓力波發生畸變。目前的血壓計并沒有對以上兩種干擾進行抑制的過程，因而上述缺點將造成測量得到的壓力波波形發生畸變，從而影響最終測量血壓值的準確性。

發明內容
本發明的目的是針對上述不足之處，提供一種用于血壓計測量的干擾抑制系統及其干擾抑制方法，利用加速度計 對測量中的壓力波進行修正，實現了血壓計測量過程中的抗干擾抑制，彌補了傳統血壓計易受運動及姿勢干擾的不足，提高了血壓計血壓測量的準確性。加速度傳感器有多種實現方式，主要可分為壓電式、電容式及熱感應式三種，無論哪種實現方式，當運動物體出現變速運動而產生加速度時，只要在其量程范圍內，加速度計都能輸出正比于該加速度的電壓值(模擬輸出或者數字化信號)。由于物體受到重力的影響，因此當物體靜止時，加速度傳感器對應的三個軸輸出值為重力加速度在各個軸上的分量。雖然僅憑三軸加速度計無法定位其在三維空間內的位置，但是由于本發明方法中，三軸加速度計被綁定在了血壓計內，使得在加速度計近似勻速運動或靜止時，能夠估計出其相對于手臂的姿態，并通過低通濾波器提取出重力加速度值在各個軸上的近似分量。當加速度計的某一個軸與手臂尺骨平行放置時，由于可以將小臂視為一個剛體，根據該軸的輸出值即能計算出小臂與肘關節所處水平面之間的夾角，進而利用小臂長度計算出血壓計與肘關節所在平面的高度差。當用戶將肘關節自然靜止地垂放于腰間時，利用人體身高值便能估算出血壓計與心臟水平面的高度差，從而對壓力波進行修正。將原始加速度信號減去重力加速度在各個軸上近似分量，便可以得到手臂運動產生的合加速度在各個軸上的近似分量。利用這個運動合加速度就可以對壓力波進行二次修正。用于血壓計測量的干擾抑制系統及其干擾抑制方法是采取以下技術方案實現的:
用于血壓計測量的干擾抑制系統包括三軸加速度計、血壓計壓力波獲取模塊、姿勢信號提取模塊、運動信號提取模塊和壓力波修正模塊；所述三軸加速度計固定安裝在血壓計內部，三軸加速度計具有三軸加速度計模塊；血壓計壓力波獲取模塊獲取血壓計采集得到的原始壓力波，三軸加速度計模塊獲取并存儲通過三軸加速度計采集得到的加速度信號，三軸加速度計模塊將上述加速度信號傳入姿勢信號提取模塊和運動信號提取模塊；姿勢信號提取模塊利用得到的加速度信號和人體身高信息估算出姿勢信號，并將該姿勢信號傳入壓力波修正模塊中，對血壓計壓力波獲取模塊傳入的壓力波信號做姿勢修正；運動信號提取模塊利用得到的加速度信號和三軸加速度計傳入的姿勢信號估算出運動信號，并將該運動信號傳入壓力波修正模塊中對壓力波信號做運動修正。所述三軸加速度計采用基于MEMS工藝的集成加速度傳感器芯片。用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，包括以下步驟:
1)估算被測對象的小臂長度和肘關節與心臟高度差；
2)采集加速度傳感器信號；
3)存儲加速度傳感器信號；
4)對步驟(3)中的原始加速度傳感器信號進行去噪處理；
5)從經過步驟(4)得到的加速度信號中提取出姿勢信號和運動信號；
6)通過壓力波獲取模塊獲取并存儲壓力波信號；
7)對經過步驟(6)得到的壓力波信號進行運動干擾和姿勢干擾的修正。對壓力波修正完畢后，可以用任意算法計算出血壓值。在所述步驟(3)中通過采用數字濾波器，將原始加速度信號中的干擾成分，即工頻信號和高頻干擾信號進行濾除。所述步驟(I)中具體包括以下步驟:
1-1)獲取被測對象的身高H ;
1-2)利用身高估算出小臂長度fLength，其中fLength = H/7。所有信號都是通過A/D采樣進行數字化的，下面所述的n表示采樣點的先后順序，就是說是第幾個采樣點。所述步驟(5)中具體包括以下步驟:
5-1)將步驟(4)得到的結果，記作Raw (n)，通過一個低通濾波器進行濾波，濾波后的信號記作Low (n);所述低通濾波器系數通常為[2/27，7/27，2/3，2/9，1/9]；
5-2)用信號Raw (n)減去步驟(5-1)中得到的濾波后信號Low (n)，所得的結果記為High (n),即 High (n) = Raw (n) - Low (n)；
5-3)利用步驟(5-1)中獲得的 信號Low (n)估算出姿勢信號Posture (n), Posture(n) = fLength * sin a ;其中 a = arcsin (Low (n).x - xO),其中 Low (n).x 表不 Low(n)中平行于尺骨方向的某一軸，xO為加速度傳感器中該軸在Og時的輸出值$表示重力加速度，取值9.8，xO為加速度傳感器中該軸在Og時的輸出值；
5-4)利用步驟(5-2)中獲得的信號High(n)估算出運動信號Motion (n)，
Motion(ii) = y'High(n).X2 + High(n).F2 + High(H).^2。所述X、Y、Z表示重力加速度在空間x，y，z三個軸上的分量。所述步驟(6)中具體包括以下步驟:
6-1)使用步驟(5)中取得的姿勢信號Posture(n)對壓力波信號進行姿勢干擾修正，設修正因子為ml,則Pressure (n) = Origin (n) + ml*Posture (n),其中ml的大小可以通過儀器模擬的方式擬合出來，Pressure (n)為姿勢修正后壓力波信號，Origin (n)為修正前壓力波信號。6-2)使用步驟(5)中取得的運動信號Motion (n)對壓力波信號進行運動干擾修正，設修正因子為m2,則Result (n) = Pressure (n) + m2*Motion (n),其中m2的大小通過儀器模擬的方式擬合出來，Pressure (n)為步驟(6_1)中姿勢修正后壓力波信號，Result(n)為運動修正后的壓力波信號。本發明在血壓測量中引入了加速度傳感器，組合壓力波信號和加速度傳感器信號，能夠有效地抑制自動血壓測量過程中由于被測量者不正確的測量姿勢及手臂晃動帶來的測量干擾，提高了血壓測量的準確性以及魯棒性，為大眾的血壓測量提供了更準確的依據。


以下將結合附圖對本發明作進一步說明:
圖1是本發明用于血壓計測量的干擾抑制系統的工作原理框 圖2是本發明用于血壓計測量的干擾抑制系統中三軸加速度計與人體相對位置示意
圖3是本發明涉及血壓計測量時要求受試者肘關節擺放的位置示意 圖4是本發明涉及血壓計測量時加速度傳感器與肘關節所處平面的夾角示意圖。圖中:1、血壓計壓力波獲取模塊，2、三軸加速度計，3、姿勢信號提取模塊，4、運動信號提取模塊，5、壓力波修正模塊，6、肘關節，7、三軸加速度計與肘關節的夾角a。
具體實施例方式參照附圖f 4，用于血壓計測量的干擾抑制系統包括三軸加速度計2、血壓計壓力波獲取模塊1、姿勢信號 提取模塊3、運動信號提取模塊4和壓力波修正模塊5 ;所述三軸加速度計2固定安裝在血壓計內部，三軸加速度計2具有三軸加速度計模塊；血壓計壓力波獲取模塊3獲取血壓計采集得到的原始壓力波，三軸加速度計模塊獲取并存儲通過三軸加速度計2采集得到的加速度信號，三軸加速度計模塊將上述加速度信號傳入姿勢信號提取模塊3和運動信號提取模塊4 ;姿勢信號提取模塊3利用得到的加速度信號和人體身高信息估算出姿勢信號，并將該姿勢信號傳入壓力波修正模塊5中，對血壓計壓力波獲取模塊3傳入的壓力波信號做姿勢修正；運動信號提取模塊4利用得到的加速度信號和三軸加速度計2傳入的姿勢信號估算出運動信號，并將該運動信號傳入壓力波修正模塊5中對壓力波信號做運動修正。所述三軸加速度計2采用基于MEMS工藝的集成加速度傳感器芯片。用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，包括以下步驟:
1)估算被測對象的小臂長度和肘關節與心臟高度差；
2)采集加速度傳感器信號；
3)存儲加速度傳感器信號；
4)對步驟(3)中的原始加速度傳感器信號進行去噪處理；
5)從經過步驟(4)得到的加速度信號中提取出姿勢信號和運動信號；
6)通過壓力波獲取模塊5獲取并存儲壓力波信號；
7)對經過步驟(6)得到的壓力波信號進行運動干擾和姿勢干擾的修正。對壓力波修正完畢后，可以用任意算法計算出血壓值。在所述步驟(3)中通過采用數字濾波器，將原始加速度信號中的干擾成分，即工頻信號和高頻干擾信號進行濾除。所述步驟(I)中具體包括以下步驟:
1-1)獲取被測對象的身高H ;
1-2)利用身高估算出小臂長度fLength，其中fLength = H/7。所有信號都是通過A/D采樣進行數字化的，下面所述的n表示采樣點的先后順序，就是說是第幾個采樣點。所述步驟(5)中具體包括以下步驟:
5-1)將步驟(4)得到的結果，記作Raw (n)，通過一個低通濾波器進行濾波，濾波后的信號記作Low (n);所述低通濾波器系數通常為[2/27，7/27，2/3，2/9，1/9];使用低通濾波器的作用是提取出重力加速度對加速度信號的貢獻值；
5-2)用信號Raw (n)減去步驟(5-1)中得到的濾波后信號Low (n)，所得的結果記為High (n),即 High (n) = Raw (n) - Low (n)；
由于加速度信號實質上是重力加速度和手臂運動加速度的合加速度在各個軸上的投影，因此原始信號減去重力加速度對結果的貢獻后，就得到了手臂運動對加速度信號的貢獻值 High (n)；
5-3)利用步驟(5-1)中獲得的信號Low (n)估算出姿勢信號Posture (n), Posture(n) = fLength * sin a ;其中 a = arcsin (Low (n).x - xO),其中 Low (n).x 表不 Low(n)中平行于尺骨方向的某一軸，xO為加速度傳感器中該軸在Og時的輸出值$表示重力加速度，取值9.8，xO為加速度傳感器中該軸在Og時的輸出值；
5-4)利用步驟(5-2)中獲得的信號High (n)估算出運動信號Motion (n)，
權利要求
1.一種用于血壓計測量的干擾抑制系統，其特征在于:包括三軸加速度計、血壓計壓力波獲取模塊、姿勢信號提取模塊、運動信號提取模塊和壓力波修正模塊；所述三軸加速度計固定安裝在血壓計內部，三軸加速度計具有三軸加速度計模塊；血壓計壓力波獲取模塊獲取血壓計采集得到的原始壓力波，三軸加速度計模塊獲取并存儲通過三軸加速度計采集得到的加速度信號，三軸加速度計模塊將上述加速度信號傳入姿勢信號提取模塊和運動信號提取模塊；姿勢信號提取模塊利用得到的加速度信號和人體身高信息估算出姿勢信號，并將該姿勢信號傳入壓力波修正模塊中，對血壓計壓力波獲取模塊傳入的壓力波信號做姿勢修正；運動信號提取模塊利用得到的加速度信號和三軸加速度計傳入的姿勢信號估算出運動信號，并將該運動信號傳入壓力波修正模塊中對壓力波信號做運動修正。
2.根據權利要求1所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統，其特征在于:所述三軸加速度計采用基于MEMS工藝的集成加速度傳感器芯片。
3.權利要求1所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)估算被測對象的小臂長度和肘關節與心臟高度差； 2)采集加速度傳感器信號； 3)存儲加速度傳感器信號； 4)對步驟(3)中的原始加速度傳感器信號進行去噪處理； 5)從經過步驟(4)得到的加速度信號中提取出姿勢信號和運動信號； 6)通過壓力波獲取模塊獲取并存儲壓力波信號； 7)對經過步驟 (6)得到的壓力波信號進行運動干擾和姿勢干擾的修正。
4.根據權利要求3所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，其特征在于:在所述步驟(3)中通過采用數字濾波器，將原始加速度信號中的干擾成分，即工頻信號和高頻干擾信號進行濾除。
5.根據權利要求3所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，其特征在于，所述步驟(I)中具體包括以下步驟: 1-1)獲取被測對象的身高H ; 1-2)利用身高估算出小臂長度fLength，其中fLength = H/7 ； 所述的n表示采樣點的先后順序，即第n個采樣點。
6.根據權利要求3所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，其特征在于，所述步驟(5)中具體包括以下步驟: 5-1)將所述步驟(4)得到的結果，記作Raw (n)，通過一個低通濾波器進行濾波，濾波后的信號記作Low (n)； 5-2)用信號Raw (n)減去步驟(5-1)中得到的濾波后信號Low (n)，所得的結果記為High (n),即 High (n) = Raw (n) - Low (n)； 5-3)利用步驟(5-1)中獲得的信號Low (n)估算出姿勢信號Posture (n), Posture(n) = fLength * sin a ;其中 a = arcsin (Low (n).x - xO),其中 Low (n).x 表不 Low(n)中平行于尺骨方向的某一軸，xO為加速度傳感器中該軸在Og時的輸出值#表示重力加速度，取值9.8，xO為加速度傳感器中該軸在Og時的輸出值； 5-4)利用步驟(5-2)中獲得的信號High (n)估算出運動信號Motion (n)，Motion(n) = ^High(n).X2 十 High(n).F2 十 High(n), Z2 ； 所述X、Y、Z表示重力加速度在空間x，y, z三個軸上的分量。
7.根據權利要求6所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，其特征在于:所述低通濾波器系數為[2/27，7/27，2/3，2/9，1/9]。
8.根據權利要求3所述的用于血壓計測量的干擾抑制系統的干擾抑制方法，其特征在于，所述步驟(6)中具體包括以下步驟: 6-1)使用所述步驟(5)中取得的姿勢信號Posture (n)對壓力波信號進行姿勢干擾修正，設修正因子為ml,則Pressure (n)= Origin (n)+ ml*Posture (n),其中ml的大小通過儀器模擬的方式擬合得到，Pressure (n)為姿勢修正后壓力波信號，Origin (n)為修正前壓力波信號； 6-2)使用步驟(5)中取得的運動信號Motion (n)對壓力波信號進行運動干擾修正，設修正因子為m2,則Result (n)= Pressure (n)+ m2*Motion (n),其中m2的大小通過儀器模擬的方式擬合得到，Pressure (n)為步驟(6_1)中姿勢修正后壓力波信號，Result (n)為運動修正后的壓力波信號。`
全文摘要
本發明涉及的是一種用于血壓計測量中處理人體生理參數信息時的干擾抑制系統及其干擾抑制方法，尤其是一種針對血壓計測量過程中被測試者姿勢干擾和運動干擾的抑制系統。包括三軸加速度計、血壓計壓力波獲取模塊、姿勢信號提取模塊、運動信號提取模塊和壓力波修正模塊。干擾抑制方法為1)估算被測對象的小臂長度和肘關節與心臟高度差；2)采集加速度傳感器信號；3)存儲加速度傳感器信號；4)對原始加速度傳感器信號進行去噪處理；5)從經過步驟(4)得到的加速度信號中提取出姿勢信號和運動信號；6)通過壓力波獲取模塊獲取并存儲壓力波信號；7)對經過步驟(6)得到的壓力波信號進行運動干擾和姿勢干擾的修正。
文檔編號A61B5/021GK103099611SQ201310072380
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者沈盟, 潘日勁, 阮明浩 申請人:南京盟聯信息科技有限公司