一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及醫療監測領域，更具體涉及一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法及系統。所述方法包括采集受試者的左側胸部和右側胸部的電阻抗信號；對采集到的電阻抗信號進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號；從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值；根據參考特征值對受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析。本發明根據獲得左側胸部的電阻抗數字信號與右側胸部的電阻抗數字信號提取參考特征值，根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析，操作簡單，能定量準確地采集到測量數據，所采集到的信號抗干擾效果好，能夠快速準確對左右肺的相關性進行分析，從而能夠快速準確地評估受試者的左右肺呼吸協調性。
【專利說明】一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療監測領域，更具體地，涉及一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法及系統。
【背景技術】
[0002]評估左右肺協調性，可以實現輔助手術過程中對呼吸的監測和術后的康復治療。目前臨床上常用肺量計、呼吸機和呼吸速度描記器來直接測量呼吸，但這些測量方法常常需要患者的配合和專業人員的操作，且無法知道左肺和右肺的呼吸協調性。動脈血氣分析、肺力學的氣道壓力容量曲線的記錄和肺的體積描記術都被用來追蹤通氣的分布和指導呼吸機參數的調節。但這些技術都只是反映總的肺功能，局部的異常可能未被發現，影像技術如核磁共振、CT等雖然對肺的不均勻性分布提供較好的信息，但它們缺乏動態的特征和床邊監測能力，并需要重癥護理。而通用的胸部X線可顯示肺的分布，但缺乏特異性，并由于放射線而造成人體損害。
[0003]此外，非侵 入性的無放射性的成像技術如電阻抗X線斷層攝影術(EIT)是一個新的監測技術，它可顯現胸腔氣體容量，應用電阻抗變化能夠顯示局部肺通氣的不平衡，提供了關于肺的不均勻性的信息。但是這種監測技術的圖像分辨率低，且需要使用的電極較多易于導致病人感到不適，從而影響監測效果。

【發明內容】

[0004]本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，該方法利用生物電阻抗技術對受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析，能夠快速準確對左右肺的相關性進行分析。
[0005]本發明還提供一種左右肺呼吸阻抗相關性分析系統。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下:
[0007]一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，包括:
[0008]采集受試者的左側胸部和右側胸部的電阻抗信號；
[0009]對采集到的電阻抗信號進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號;
[0010]從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值；
[0011]根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析。
[0012]作為一種優選的方案，左側胸部和右側胸部的電阻抗信號的采集方式如下:
[0013]采集輸入受試者左右兩側胸部的激勵電流；
[0014]獲取受試者左右兩側胸部的電壓幅值；
[0015]根據激勵電流和電壓幅值按照歐姆定律分別計算出左側胸部的電阻抗信號與右側胸部的電阻抗信號。
[0016]作為進一步的優選方案，所述采集到的激勵電流為通過固定在受試者左胸部一側和右胸部一側的一對激勵電極輸入的激勵電流，其中一對激勵電極包括正極和負極；
[0017]所述獲取受試者左側胸部的電壓幅值為:
[0018]通過采集固定在左右胸部之間的第一測量電極的電壓值和位于左側的激勵電極下方的第三測量電極的電壓值進行做差所得到的左側胸部的電壓差值；
[0019]所述獲取受試者右側胸部的電壓幅值為:
[0020]通過采集固定在左右胸部之間的第二測量電極的電壓值和位于右側的激勵電極下方的第四測量電極的電壓值進行做差所得到的右側胸部的電壓差值。
[0021]作為更進一步的優選方案，一對激勵電極固定在左右乳頭連接所形成的水平線與左右側腋中線所形成的兩個交點處；
[0022]所述第一測量電極和第二測量電極固定在左右乳頭連接所形成的水平線與胸骨柄中線的交點處的上下兩個位置。
[0023]作為一種優選的方案，從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值的具體步驟為:
[0024]分別對左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號進行濾波；
[0025]將濾波后左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號根據時間進行分段；
[0026]計算每個時間段內的電阻抗數字信號的絕對值阻抗積分值；
[0027]對每個時間段內的電阻抗數字信號進行中值濾波并提取每個時間段內的極大值點和極小值點，將I 極大值-極小值I作為每個時間段的電阻抗數字信號的幅值；
[0028]計算出左側胸部阻抗積分和右側胸部阻抗積分的相關性為Cl，且把Cl作為第一參考特征值；
[0029]計算出左側胸部阻抗幅值和右側胸部阻抗幅值的相關性為CA，且把CA作為第二參考特征值。
[0030]作為進一步的優選方案，根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析的具體步驟為:
[0031]根據第一參考特征值Cl和第二參考特征值CA計算出均值相關性MC =(CI+CA)/2 ；
[0032]將MC的值和預設的范圍閾值進行比較判斷左右肺呼吸阻抗相關性的好差。
[0033]一種左右肺呼吸阻抗相關性分析系統，包括:
[0034]電阻抗信號采集模塊，用于采集受試者的左側胸部和右側胸部的電阻抗信號；
[0035]模數轉換模塊，用于對采集到的電阻抗信號進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號；
[0036]參考特征值提取模塊，用于從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值；
[0037]相關性分析模塊，用于根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析。
[0038]作為一種優選的方案，電阻抗信號采集模塊包括:
[0039]激勵電流采集模塊，用于采集輸入受試者左右兩側胸部的激勵電流；
[0040]電壓幅值采集模塊，用于獲取受試者左右兩側胸部的電壓幅值；
[0041]電阻抗信號計算模塊，用于根據激勵電流和電壓幅值按照歐姆定律分別計算出左側胸部的電阻抗信號與右側胸部的電阻抗信號。
[0042]作為進一步的優選方案，所述采集到的激勵電流為通過固定在受試者左胸部一側和右胸部一側的一對激勵電極輸入的激勵電流，其中一對激勵電極包括正極和負極；優選地，一對激勵電極固定在左右乳頭形成的平行線與左右側腋中線所形成的兩個交點處；
[0043]所述獲取受試者左側胸部的電壓幅值為:
[0044]通過采集固定在左右胸部之間的第一測量電極的電壓值和位于左側的激勵電極下方的第三測量電極的電壓值進行做差所得到的左側胸部的電壓差值；
[0045]所述獲取受試者右側胸部的電壓幅值為:
[0046]通過采集固定在左右胸部之間的第二測量電極的電壓值和位于右側的激勵電極下方的第四測量電極的電壓值進行做差所得到的右側胸部的電壓差值。
[0047]優選地，所述第一測量電極和第二測量電極固定在左右乳頭形成的平行線與胸骨柄中線的交點處的上下兩個位置。
[0048]作為一種優選的方案，參考特征值提取模塊包括:
[0049]濾波模塊，用于分別對左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號進行濾波；
[0050]信號分段模塊，用于將濾波后左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號根據時間進行分段；
[0051]阻抗積分值計算模塊，用于計算每個時間段內的電阻抗數字信號的絕對值阻抗積分值；
[0052]幅值計算模塊，用于對每個時間段內的電阻抗數字信號進行中值濾波并提取每個時間段內的極大值點和極小值點，將I極大值-極小值I作為每個時間段的電阻抗數字信號的幅值；
[0053]參考特征值計算模塊，用于計算出左側胸部阻抗積分和右側胸部阻抗積分的相關性為Cl，且把Cl作為第一參考特征值，以及計算出左側胸部阻抗幅值和右側胸部阻抗幅值的相關性為CA，且把CA作為第二參考特征值；
[0054]相關性分析模塊包括:
[0055]均值相關性計算模塊，用于根據第一參考特征值Cl和第二參考特征值CA計算出均值相關性MC = (CI+CA)/2 ；
[0056]判斷模塊，用于將MC的值和預設的范圍閾值進行比較判斷左右肺呼吸阻抗相關性的好差。
[0057]與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是:
[0058](I)本發明的方法采用的是生物電阻抗技術，根據獲得左側胸部的電阻抗數字信號與右側胸 部的電阻抗數字信號提取參考特征值，根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析，操作簡單，能夠定量準確地采集到測量數據，所采集到的信號抗干擾效果好，能夠快速準確對左右肺的相關性進行分析，從而能夠快速準確地評估受試者的左右肺呼吸協調性。(2)本發明的方法采用的是生物電阻抗技術，通過采集固定在受試者身上的測量電極即可獲得電阻抗信號，測量過程方便，而且只需使用一對激勵電極和4個測量電極固定在受試者身上，相對于EIT技術需要使用很多測量電極，本發明的方法能夠降低受試者的不適感，適用于受試者長期的呼吸監測中。
[0059](3)本發明通過提取左側胸部阻抗積分和右側胸部阻抗積分的相關性以及左側胸部阻抗幅值和右側胸部阻抗幅值的相關性作為左右肺呼吸阻抗相關性的參考特征值，結合了阻抗積分和幅值兩個參考參數，能夠多角度、更準確地得到左右肺呼吸阻抗相關性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0060] 圖1為本發明中一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法具體實施例的流程圖。
[0061]圖2為本發明中激勵電極和測量電極的固定示意圖。
[0062]圖3為本發明中一種左右肺呼吸阻抗相關性分析系統具體實施例的架構圖。
【具體實施方式】
[0063]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0064]為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；
[0065]對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0066]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“左右”、“上下”等指示的方位或者位置關系為基于附圖所示的方位或者位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或隱含所指示的技術特征的數量。由此，限定的“第一”、“第三”、“第四”的特征可以明示或隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0067]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接，可以說兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明的具體含義。
[0068]下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0069]實施例1
[0070]如圖1所示，為本發明中一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法具體實施例的流程圖，本具體實施例的一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法的具體步驟包括:
[0071]一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，包括:
[0072]步驟SlOl:采集受試者的左側胸部和右側胸部的電阻抗信號；
[0073]步驟S102:對采集到的電阻抗信號進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號；
[0074]步驟S103:從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值；
[0075]步驟S104:根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析。[0076]在本具體實施例中，所述方法通過采集受試者左側胸部的電阻抗信號和右側胸部的電阻抗信號并進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號，然后從電阻抗數字信號中提取參考特征值進行左右肺呼吸阻抗相關性分析。在此方法中利用生物阻抗技術采集受試者的電阻抗信號進行相關性分析，采集步驟簡單方便，基于采集到的數據能夠快速準確對左右肺的相關性進行分析，根據相關性分析結果可以評估受試者的左右肺呼吸協調性，此方法可以持續對受試者的呼吸進行監測，能夠為醫護人員對受試者肺部疾病的檢測以及輔助手術過程中對呼吸的監測、術后的康復治療提供中間參考信息。
[0077]在具體實施過程中，步驟SlOl中左側胸部和右側胸部的電阻抗信號一般通過如下采集方式獲取:
[0078]步驟SlOll:采集輸入受試者左右兩側胸部的激勵電流；一般地，采集到的激勵電流為通過固定在受試者左胸部一側和右胸部一側的一對激勵電極輸入的激勵電流，其中一對激勵電極包括正極和負極；
[0079]步驟S1012:獲取受試者左右兩側胸部的電壓幅值；
[0080]一般地，所述獲取受試者左側胸部的電壓幅值為通過采集固定在左右胸部之間的第一測量電極的電壓值和位于左側的激勵電極下方的第三測量電極的電壓值進行做差所得到的左側胸部的電壓差值；
[0081]所述獲取受試者右側胸部的電壓幅值為通過采集固定在左右胸部之間的第二測量電極的電壓值和位于右側的激勵電極下方的第四測量電極的電壓值進行做差所得到的右側胸部的電壓差值。
[0082]在上述步驟中，為了獲取到更準確的電阻抗信號，進一步地，該一對激勵電極固定在左右乳頭連接所形成的水平線與左右側腋中線所形成的兩個交點處；第一測量電極和第二測量電極固定在左右乳頭連接所形成的水平線與胸骨柄中線的交點處的上下兩個位置。具體地，參見圖2，是本具體實施例中的激勵電極與測量電極的佩戴示意圖。
[0083]如圖2所示，可將激勵電極的負極1-固定在左右乳頭連接所形成的水平線與右側腋中線的交點處，將激勵電極的正極I+固定在左右乳頭連接所形成的水平線與左側腋中線的交點處，其中，激勵電極的正極和負極的位置可以對調，對調后接收到的胸部電壓信號相對變差，但不影響電壓信號的檢測；將第一測量電極Vi固定在左右乳頭形成的平行線與胸骨柄中線的交點處的上端；將第二測量電極V2固定在左右乳頭形成的平行線與胸骨柄中線的交點處的下端；將第三測量電極V3固定在左側腋中線與左右乳頭形成的平行線的交點處，具體地，在緊貼著左側激勵電極I+的下方對所述第三測量電極V3進行固定；將第四測量電極V4固定在右側腋中線與左右乳頭形成的平行線的交點處，具體地，在緊貼著右側激勵電極1-的下方對所述第三測量電極V3進行固定。[0084]如此，受試者的左側胸部的電壓差值為(V3-V1)，右側胸部的電壓差值為(V4-V2)；
[0085]步驟S1013:根據激勵電流和電壓幅值按照歐姆定律分別計算出左側胸部的電阻抗信號與右側胸部的電阻抗信號，即為根據輸入的激勵電流與左側胸部的電壓差值、右側胸部的電壓差值，按照歐姆定律分別計算出左側胸部的電阻抗信號與右側胸部的電阻抗信號。具體地，預設輸入的激勵電流為I，則受試者左側胸部的電阻抗信號為RL= I (V3-V1) I/I，右側胸部的電阻抗信號為RR = I (V4-V2) /I，其中，I (V3-V1) |為左側胸部的電壓差值的絕對值，I (V4-V2) I為右側胸部的電壓差值的絕對值，以保證計算得到的電阻抗信號為正數。
[0086]在具體實施過程中，步驟S103中從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值的一種實現方式為:
[0087]S1031:分別對左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號進行濾波；
[0088]S1032:將濾波后左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號根據時間進行分段；
[0089]S1033:計算每個時間段內的電阻抗數字信號的絕對值阻抗積分值；具體地，根據
公式
【權利要求】
1.一種左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，其特征在于，包括: 采集受試者的左側胸部和右側胸部的電阻抗信號； 對采集到的電阻抗信號進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號； 從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值； 根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析。
2.根據權利要求1所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，其特征在于， 左側胸部和右側胸部的電阻抗信號的采集方式如下: 采集輸入受試者左右兩側胸部的激勵電流； 獲取受試者左右兩側胸部的電壓幅值； 根據激勵電流和電壓幅值按照歐姆定律分別計算出左側胸部的電阻抗信號與右側胸部的電阻抗信號。
3.根據權利要求2所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，其特征在于， 所述采集到的激勵電流為通過固定在受試者左胸部一側和右胸部一側的一對激勵電極輸入的激勵電流，其中一對激勵電極包括正極和負極； 所述獲取受試者左側胸部的電壓幅值為: 通過采集固定在左右胸部之間的第一測量電極的電壓值和位于左側的激勵電極下方的第三測量電極的電壓值進行做差所得到的左側胸部的電壓差值； 所述獲取受試者右側胸部的電壓幅值為: 通過采集固定在左右胸部之間的第二測量電極的電壓值和位于右側的激勵電極下方的第四測量電極的電壓值進行做差所得到的右側胸部的電壓差值。
4.根據權利要求3所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，其特征在于，一對激勵電極固定在左右乳頭連接所形成的水平線與左右側腋中線所形成的兩個交點處； 所述第一測量電極和第二測量電極固定在左右乳頭連接所形成的水平線與胸骨柄中線的交點處的上下兩個位置。
5.根據權利要求1所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，其特征在于， 從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值的具體步驟為: 分別對左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號進行濾波； 將濾波后左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號根據時間進行分段； 計算每個時間段內的電阻抗數字信號的絕對值阻抗積分值； 對每個時間段內的電阻抗數字信號進行中值濾波并提取每個時間段內的極大值點和極小值點，將I極大值-極小值I作為每個時間段的電阻抗數字信號的幅值； 計算出左側胸部阻抗積分和右側胸部阻抗積分的相關性為Cl，且把Cl作為第一參考特征值； 計算出左側胸部阻抗幅值和右側胸部阻抗幅值的相關性為CA，且把CA作為第二參考特征值。
6.根據權利要求5所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析方法，其特征在于，根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析的具體步驟為: 根據第一參考特征值Cl和第二參考特征值CA計算出均值相關性MC=(CI+CA) /2 ； 將MC的值和預設的范圍閾值進行比較判斷左右肺呼吸阻抗相關性的好差。
7.—種左右肺呼吸阻抗相關性分析系統，其特征在于，包括: 電阻抗信號采集模塊，用于采集受試者的左側胸部和右側胸部的電阻抗信號； 模數轉換模塊，用于對采集到的電阻抗信號進行模數轉換得到左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號； 參考特征值提取模塊，用于從左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號中提取參考特征值； 相關性分析模塊，用于根據參考特征值對所述受試者的左右肺呼吸阻抗相關性進行分析。
8.根據權利要求7所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析系統，其特征在于，電阻抗信號采集模塊包括: 激勵電流采集模塊，用于采集輸入受試者左右兩側胸部的激勵電流； 電壓幅值采集模塊，用于獲取受試者左右兩側胸部的電壓幅值； 電阻抗信號計算模塊，用于根據激勵電流和電壓幅值按照歐姆定律分別計算出左側胸部的電阻抗信號與右側胸部的電阻抗信號。
9.根據權利要求8所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析系統，其特征在于， 所述采集到的激勵電流為通過固定在受試者左胸部一側和右胸部一側的一對激勵電極輸入的激勵電流，其中一對激勵電極包括正極和負極； 所述獲取受試者左側胸部的電壓幅值為: 通過采集固定在左右胸部之間的第一測量電極的電壓值和位于左側的激勵電極下方的第三測量電極的電壓值進行做差所得到的左側胸部的電壓差值； 所述獲取受試者右側胸部的電壓幅值為: 通過采集固定在左右胸部之間的第二測量電極的電壓值和位于右側的激勵電極下方的第四測量電極的電壓值進行做差所得到的右側胸部的電壓差值。
10.根據權利要求7所述的左右肺呼吸阻抗相關性分析系統，其特征在于，參考特征值提取1?塊包括: 濾波模塊，用于分別對左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號進行濾波； 信號分段模塊，用于將濾波后左側胸部和右側胸部的電阻抗數字信號根據時間進行分段； 阻抗積分值計算模塊，用于計算每個時間段內的電阻抗數字信號的絕對值阻抗積分值； 幅值計算模塊，用于對每個時間段內的電阻抗數字信號進行中值濾波并提取每個時間段內的極大值點和極小值點，將I極大值-極小值I作為每個時間段的電阻抗數字信號的幅值； 參考特征值計算模塊，用于計算出左側胸部阻抗積分和右側胸部阻抗積分的相關性為Cl，且把Cl作為第一參考特征值，以及計算出左側胸部阻抗幅值和右側胸部阻抗幅值的相關性為CA，且把CA作為第二參考特征值； 相關性分析模塊包括: 均值相關性計算模塊，用于根據第一參考特征值Cl和第二參考特征值CA計算出均值相關性 MC=(CI+CA)/2 ；判斷模塊， 用于將MC的值和預設的范圍閾值進行比較判斷左右肺呼吸阻抗相關性的好差。
【文檔編號】A61B5/085GK103976737SQ201410231498
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】蔣慶, 周廣敏, 劉官正, 王瑛 申請人:中山大學