本實用新型涉及一種血壓測量裝置，更具體地說，本實用新型涉及一種無創連續血壓測量裝置。

背景技術：

高血壓能夠引發心臟病，主動脈瘤，中風，周邊血管疾病，慢性腎病等，具有高死亡風險，今年來其發病率呈持續上升趨勢，給國家和個人帶來了嚴重的經濟負擔。管理高血壓行之有效的方法就是持續監控，但是情緒波動，體力活動和睡眠均能夠對血壓產生影響，有超過50％的病人沒有得到有效的管理，因此亟需一種能夠無創快速連續測量血壓的裝置，以避免嚴重的并發癥發生。光電連續血壓測量方法成本低，并能夠連續測量血壓，是適合家庭和個人使用的方法，但是目前市場上存在的光電連續血壓測量裝置存在一定問題。

光電連續血壓測量硬件一般有兩種設計方案。一種是脈搏波和心電結合的裝置，可以測量逐拍血壓，但是需要連接心電模塊，成本高，且心電信號和心臟搏動之間存在時間差，精度不夠，且硬件成本高。另一種方案只測量脈搏波，如專利號CN103637789B，專利名為血壓實時測量裝置，需要兩個脈搏波感應模塊，通過計算時間差來推算血壓，但是由于獲得的信息量小，無法對信號進行優化處理，因而精度不夠。壓力傳感器裝置能夠測量連續血壓，但需要大力壓迫血管，佩戴非常不舒適，不能夠長時間使用。

技術實現要素：

本實用新型的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本實用新型還有一個目的是提供一種無創連續血壓測量裝置，基于單個傳感器的測量裝置，通過分析逐拍完整波形，解決了脈搏波測量法中信息量不夠以及非線性問題導致的血壓測量精確度不高的技術問題，提升了無創血壓測量的精度，且對血管壓迫很小，佩戴舒適。且血壓測量裝置的硬件成本與現有高檔家用血壓計持平，體積卻僅有拇指大小，是可隨身攜帶的智能血壓設備。

為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，提供了一種無創連續血壓測量裝置，包括：

信號獲取模塊，其用于采集經過人體指端吸收后的透射光強度信號；

信號預處理模塊，其對所述透射光強度信號進行信號預處理，得到血液容積波PPG信號；

信號處理模塊，其接收所述PPG信號，并對所述PPG信號進行逐拍分割，將每一拍所述PPG信號從時域變換到頻域，在變換到頻域后的所述PPG信號上選取若干組幅值和相位，將經選取后的若干組幅值和相位傳送入預設神經網絡中進行計算，得到血壓值，并顯示在所述信號處理模塊自帶的顯示屏上。

優選的，所述信號獲取模塊套設在人體指端上，所述信號獲取模塊上設置有光源激發器和接收所述透射光強度信號的接收傳感器，所述接收傳感器與所述信號預處理模塊連接。

優選的，所述光源激發器上設置有三個不同波長的光源，每個光源輪流通過入射光纖照射在手指上，所述接收傳感器配置為均勻排列的光電二極管陣列，所述光電二極管之間的間距在0.5mm～1.3mm，所述光電二極管陣列接收所述透射光強度信號，并輸出最大光強點信號作為計算所述PPG信號的信號來源。

優選的，所述信號獲取模塊上還設置有位置傳感器，其用于根據所述信號獲取模塊佩戴位置的高度變化來對血壓進行糾正。

優選的，所述信號預處理模塊包括依次連接的采樣器、低通濾波器、放大器以及噪聲濾波器，所述采樣器以500Hz的采樣率采集所述光電二極管陣列的輸出的原始電子信號。

優選的，所述低通濾波器以11Hz為截止頻率對所述原始電子信號進行整形；所述放大器的增益為固定值，根據個人特征自動在若干個備選值之間選取。

優選的，所述PPG信號經過A/D轉換模塊轉換后通過數據傳輸模塊實時傳送到所述信號處理模塊中，所述數據傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊的傳輸方式為藍牙傳輸、紅外傳輸以及射頻傳輸中的至少一種，所述信號處理模塊佩戴在手腕上。

優選的，所述信號處理模塊中設置包含有已知高質量血液容積波波形的數據庫，所述信號處理模塊對進行逐拍分割后的每一拍所述PPG信號進行初步篩選，將每一拍所述PPG信號與所述數據庫中的已知血液容積波波形進行匹配，若沒有匹配成功或得出的心跳的脈搏周期在0.3s～3s之外，則將該拍所述PPG信號丟棄，進行下一拍所述PPG信號的初步篩選。

優選的，所述信號處理模塊對初步篩選后的每一拍所述PPG信號進行有限傅里葉變換，將每一拍所述PPG信號從時域變換到頻域，在頻域0～10Hz的分量上選取10組幅值和相位值，將該10組幅值和相位值傳送到預設的神經網絡中進行計算，得出擬合后的血壓值，通過擬合后的血壓反推判斷原始每一拍所述PPG信號的數據質量，若擬合后收縮壓高于250mmHg、或低于80mmHg、或舒張壓低于20mmHg、或收縮壓和舒張壓的差異大于20mmHg，則將該拍所述PPG信號對應的計算數據丟棄；若擬合后血壓不符合醫學常識，則丟棄該時間段的血壓信息；最后計算得到有效的平均收縮壓和舒張壓，并將收縮壓和舒張壓上傳至服務器進行儲存。

優選的，所述血壓測量裝置設置有單次測量和連續測量模式，選擇單次測量模式后，則連續對穩定后PPG信號測量30s，所述信號處理模塊根據測量值輸出血壓值；選擇連續測量模式后，則連續對穩定后PPG信號進行測量直至用戶按停止鍵，所述信號處理模塊根據測量值每10分鐘輸出一個平均血壓值。

本實用新型至少包括以下有益效果：

1、本實用新型為連續無創血壓測量裝置，硬件成本與現有高檔家用血壓計持平，體積卻僅有拇指大小，可隨身攜帶，市場潛力巨大；

2、只采用單個位置的傳感器，通過高速記錄血液容積波完整波形來推算血壓，簡化了整個測量裝置；

3、本實用新型的測量裝置采用至少三個波長的光源，計算血液容積波時考慮血液含水量影響，測量過程更加精確；

4、對PPG信號進行歸一化處理，優化了數據處理過程，并在芯片設計上優化濾波器的設置，優化芯片結構；

5、采用有限傅里葉分析的方式提取關鍵特征，進行逐拍血壓計算，同時，采用神經網絡算法消除測量的非線性影響，對擬合精度進行大幅提升。

本實用新型的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為血壓測量裝置的結構示意圖；

圖2為血壓測量裝置測量模式的示意圖；

圖3為信號處理過程的流程示意圖；

圖4為所述信號獲取模塊的結構示意圖；

圖5為時域上一拍所述PPG信號的波形示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

如圖1-5所示，本實用新型提供一種無創連續血壓測量裝置，包括：依次連接的信號獲取模塊、信號預處理模塊以及信號處理模塊。

其中，信號獲取模塊，其用于采集經過人體指端吸收后的透射光強度信號，所述信號獲取模塊套設在人體指端上，所述信號獲取模塊上設置有光源激發器和接收所述透射光強度信號的接收傳感器，所述接收傳感器與所述信號預處理模塊連接，實用新型設計的基于單個傳感器的測量裝置，利用高速指端光電傳感器,檢測經過人體組織吸收后的反射光強度的不同,描記出血管容積在心動周期內的變化,從得到的脈搏波形中計算出血壓。

具體的，所述光源激發器上設置有三個不同波長的穩定光源，波長分別為λ₁,λ₂,λ₃，每個光源單獨驅動，其中兩個光源可以設置為近紅外光源，一個光源設置為紅外光源，每個光源輪流通過入射光纖照射在手指上，便于對血紅蛋白含量和組織含水量進行測量。光源采用兩個以上波長，例如660nm，940nm和1000nm，多光源測量不僅可以對血紅蛋白含量進行標定，還可以對水的含量進行測算，對血液的各成分都進行測量，可以準確得出容積波。普通脈搏血氧儀只有一到兩個波長，不對水含量進行標定，導致測量精度無法提高。所述接收傳感器配置為均勻排列的光電二極管陣列，間距為1mm左右，本實施例中，所述光電二極管之間的間距在0.5mm～1.3mm，所述光電二極管陣列接收所述透射光強度信號，均勻排列的光電二極管陣列用于決定最大光強點max(I₁,I₂,I₃)，并輸出最大光強點信號作為計算所述PPG信號的信號來源。

信號預處理模塊，其對所述透射光強度信號進行信號預處理，得到血液容積波PPG信號。具體的，所述信號獲取模塊上還設置有位置傳感器，其用于根據所述信號獲取模塊佩戴位置的高度變化來對血壓進行糾正，具體的，一般在測算血壓值的過程中，沒有考慮到血液搏動加速度的影響，因此會產生非線性特征，通過神經網絡訓練有效消除其非線性特征，提升血壓計算的精確度，同時，位置傳感器可獲得三軸加速度數據，并用來計算手指與參照物(心臟)的相對高度差，可根據佩戴位置的高度變化來對血壓進行相應糾正，以與心臟平齊為基準，手臂抬高時血壓減低，落下時血壓增加，壓強正比于高度。糾正系數可通過與金標準Finometer對比獲得。

本實施例中，所述信號預處理模塊包括依次連接的采樣器、低通濾波器、放大器以及噪聲濾波器，所述采樣器以500Hz的采樣率來采集所述光電二極管陣列輸出的原始電子信號，使用高時間采樣率，獲取逐拍完整不失真的波形，所述低通濾波器與放大器之間還設置有帶通濾波器，以消除干擾。

所述低通濾波器以11Hz為截止頻率對所述原始電子信號進行整形，保留11Hz以下的完整信息，以便于承載血壓特征的頻段能夠被完整的使用，而信息量不大的高頻信號被有效過濾。所述放大器為增益值固定的高速放大器，根據個人特征，包括年齡、BMI、膚色、是否糖尿病等自動在若干個備選值之間選取，測量過程中不允許連續變化。原始信號放大后通過噪聲濾波器進行小波降噪，優選Daubechies小波，減小噪聲影響，最后得到PPG信號。

信號處理模塊，其接收所述PPG信號，具體的，所述PPG信號經過A/D轉換模塊轉換后通過數據傳輸模塊實時傳送到所述信號處理模塊中，所述數據傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊的傳輸方式為藍牙傳輸、紅外傳輸以及射頻傳輸中的至少一種，所述信號處理模塊佩戴在手腕上，所述信號處理模塊上配置有儲存器和顯示屏。信號處理模塊接收所述PPG信號后，對所述PPG信號進行逐拍分割，如圖5所示，圖中陰影跨度為一拍，同時，所述信號處理模塊中設置包含有已知高質量血液容積波波形的數據庫，所述信號處理模塊對進行逐拍分割后的每一拍所述PPG信號進行初步篩選，將每一拍所述PPG信號與所述數據庫中的已知血液容積波波形進行匹配，若沒有匹配成功或得出的心跳的脈搏周期在0.3s～3s之外，則將該拍所述PPG信號丟棄，進行下一拍所述PPG信號的初步篩選，同時記錄壞信號比例。PPG必須符合現有數據庫中已知的高質量容積波波形，判定方法為經過已知數據集訓練的支持向量機(SVM)。如果丟棄信號過多時，信號處理模塊發出報警，提醒用戶進行檢查，是否裝置自身接觸不良、或人體活動量太大、或皮膚有皴裂、或指端探頭太緊，以排除故障，而后進行重新測量。

挑選PPG的原則為：在逐拍分割時，選取一個脈搏周期，前后延伸一定長度的數據以避免在邊界產生斷層，如圖前后延伸各5％的數據。

所述信號處理模塊對初步篩選后的每一拍所述PPG信號進行有限傅里葉變換，也就是將每一拍所述PPG信號從時域變換到頻域，在頻域0～10Hz的分量上選取10組幅值和相位值，將該10組幅值和相位值傳送到預設的神經網絡中進行計算，得出擬合后的血壓值，通過擬合后的血壓反推判斷原始每一拍所述PPG信號的數據質量，若擬合后收縮壓高于250mmHg、或低于80mmHg、或舒張壓低于20mmHg、或收縮壓和舒張壓的差異大于20mmHg，則將該拍所述PPG信號對應的計算數據丟棄；若擬合后血壓不符合醫學常識，則丟棄該時間段的血壓信息，并通過數據標記的方式告知使用者；最后將篩選合格后每一拍所述PPG信號對應的10組幅值和相位值輸入到預設神經網絡中進行計算收縮壓和舒張壓，并將收縮壓和舒張壓上傳至服務器進行儲存。將收縮壓和舒張壓保存在儲存器并顯示在所述顯示屏上，以進行實時檢測。

其中，預設神經網絡根據已知數據庫，如麻省理工大學的MIMIC II數據庫中血壓和PPG信號，進行訓練得知。訓練所需原始數據為連續血壓BP和血液容積波PPG，輸入和輸出通過如下方式處理：

對心臟的每一次跳動，尋找舒張壓對應的PPG波形定位，前后延伸若干個數據點，然后進行有限傅里葉變換(FFT)，每個相關頻率的幅值和相位被記錄下來，PPG的相關頻率數據作為該次心跳的輸入，BP收縮壓和舒張壓被作為該次心跳的輸出。

具體的，選取一個測試人群，采用無創的方式獲取血壓波形，并以相同的方式取得傅里葉變換的相應分量，同時將PPG和血壓的脈搏波形進行對比，獲取頻域的傳遞函數，并利用現有傳遞函數計算中心動脈壓；采用神經網絡算法對PPG和血壓脈搏波的關系進行進一步測算，最終形成血壓計算預測模型，輸入若干組所述組幅值和相位值，即可測算出對應的收縮壓和舒張壓。

另一種實施例中，所述血壓測量裝置設置有單次測量和連續測量模式，選擇單次測量模式后，則連續對穩定后PPG信號測量30s，所述信號處理模塊根據測量值輸出血壓值；選擇連續測量模式后，則連續對穩定后PPG信號進行測量直至用戶按停止鍵，所述信號處理模塊根據測量值每10分鐘輸出一個平均血壓值。用戶可以根據需求選取測量模式。

光電容積波測量本身為成熟技術,但是其與血壓之間的關系尚不明確。本實用新型的測量裝置基于動力學原理描述光電容積波與血壓壓力波之間的關系，并據此設計硬件和信號處理方法，實現連續無侵入式血壓測量。

系統設計方面，本實用新型的血壓測量裝置對PPG信號進行歸一化，并在傳統的PPG芯片設計上去除了自動調整幅值和自動調整基線的功能，以便于對所有人群具有普適性。

將PPG信號進行歸一化處理：

${\mathrm{PPG}}_{norm}=\frac{V-V_{\min }}{V_{\min }}$

其中，V為測量到的血液容積波，V包括V_min和V_pp，V_min為血液容積波的穩定部，V_pp為血液容積波的波動部，將歸一化的PPG信號作為計算量，簡化了處理過程，提高了計算精度。

具體的，本實用新型血壓測量裝置采用的初級血壓估算公式基于：

${\mathrm{PPG}}_{\mathrm{scaled}}=k_s\×{\mathrm{PPG}}_{\mathrm{norm}}+V_0\≈k(e^{-{\mathrm{\γP}}_{\min }}-e^{-\mathrm{\γP}})+V_0$

非線性部分因為機理復雜，涉及血管壁的加速運動，血液的粘滯性等，由神經網絡算法統一進行經驗性補償。另一方面，因為血液容積波的波動(AC)僅相當于DC量的百分之幾，通常會使用放大器對原始信號進行放大和數值調整，k和V₀分別為增益系數和平移系數，γ為常數，該方法對探測器接觸不良引起的數值波動有較好的容忍能力，因此具有抗偽影的特性。

信號處理方法方面，采用有限傅里葉分析的方式提取關鍵特征，進行血壓重建，形成血壓計算預測模型，采集若干組所述幅值和相位后，即可計算得出相應的血壓值。

由上所述，本實用新型為連續無創血壓測量裝置，硬件成本與現有高檔家用血壓計持平，體積卻僅有拇指大小，可隨身攜帶，市場潛力巨大；同時，該測量裝置只采用單個位置的傳感器，通過高速記錄血液容積波完整波形來推算血壓，簡化了整個測量裝置；在激發光源方面，采用至少三個波長的光源，計算血液容積波時考慮血液含水量影響，測量過程更加精確；在信號處理方法對PPG信號進行歸一化處理，優化了數據處理過程，采用有限傅里葉分析的方式提取關鍵特征，進行逐拍血壓計算，同時，采用神經網絡算法消除測量的非線性影響，對擬合精度進行大幅提升。在硬件改進方面，并在芯片設計上優化濾波器的設置，優化芯片結構。

盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。