心血管動態信息的無創采集裝置及其使用方法
【專利摘要】一種心血管動態信息的無創采集裝置，設置有微處理器，其特征在于：所述微處理器上連接有氣帶充放氣控制單元、參考電壓單元以及DC-DC電壓變換單元，在微處理器的輸入端還分別連接有心電信號采集通道、心音信號采集通道、動脈信號采集通道、容積波/血氧信號采集通道。本發明的有益效果是：控制氣帶進行多次不同情況的充氣和放氣，同時檢測18道動態信號，分析相關信號之間的動態關系，能更準確地得出更多、具有臨床價值的心血管動力學參數，有助于利用無創檢測方法對人體心血管疾病進行早期的診斷、檢測、指導用藥和治療效果的評估等。
【專利說明】心血管動態信息的無創采集裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及心血管疾病、身體狀況檢查的醫療儀器領域，特別涉及心血管動態信息的無創采集裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]心血管疾病是當今發達國家死亡率占第一的重要疾病，在我國也是死亡率最高的一類疾病，世界衛生組織已將其列為21世紀危害人類健康的頭號殺手。而心血管動力學參數與心血管疾病有著極其緊密的聯系，且某些心血管疾病(如高血壓、動脈硬化)的初期階段，雖然還沒有自覺癥狀，但實際上如血壓、血管阻力、血管壁彈性和血液粘性等一系列心血管動力學參數都已改變。所以，通過檢測心血管動力學參數，一方面有助于及早發現心血管疾病，為治療贏得寶貴時間；另外一方面有助于對心血管疾病的監護、指導用藥和治療效果的評估。
[0003]心血管動力學參數主要包括血壓、脈搏波傳播速度、心率、動脈內射流壓、平均動脈壓、每搏血量、心輸出量、外周血管阻力、動脈順應性等。對于這些參數的測量，目前主要是通過測量血壓、脈搏波、心電、心音等信號，利用彈性腔、心臟血管模擬電路模型等進行計算得到一些相關參數。如，利用超聲法、示波法、柯氏音法、脈搏延時法和雙袖帶法等可測量出平均動脈壓、收縮壓和舒張壓等心血管動力學參數；利用壓力傳、光電傳感器及脈搏的傳播時間等獲取脈搏波及其傳播速度等，并利用彈性腔模型分析等可以得出每搏血量、心輸出量、外周血管阻力、動脈順應性等心血管動力學參數；利用心電電極和心音傳感器可獲取心電和心音信號，通過頻譜等分析等可得出心臟收縮狀態、心肌收縮力度、心臟中部分血流情況、瓣膜關閉情況等信息。而目前的研究和儀器中，單獨對脈搏波、心電和心音的研究比較多，有少數對心音和心電之間的關系進行研究，有少數對心電和脈搏波之間的關系進行了研究，但在其研究中，也只是利用心電的R波作為參考，來提高脈搏傳播速度測量精度。目前，國內外還沒有同時利用脈搏波、心電和心音三種信號或更多生理信號進行綜合分析的方法和儀器，更未有同步獲取多種信號且施加某種刺激等方法及裝置等。
[0004]脈搏波信號產生的動力來源于心臟，故脈搏波的傳播速度、幅值與波形變化情況，除與血液的粘度和血管壁彈性有關以外，必然與心音和心電有著極其緊密的聯系。另外，當氣帶中給予不同恒定或漸變壓強時，對血管的擠壓程度將會產生變化，同時血液的流動情況也會隨之變化，進而引起指尖容積波、血氧飽和度、相關部分的脈搏波等發生變化。因此，聯合脈搏波、心電、心音、容積波、血氧飽和度和外部刺激的關系進行研究，必將獲得更多有臨床價值的心血管動力學參數，有助于利用無創檢測方法對人體心血管疾病進行早期的診斷、檢測、治療效果的評價等，同時對健康的監測也是有不可低估的實用價值，尤其是人們生活水平不斷提高和健康意識逐漸加強的當今。
[0005]目前，隨著人們生活水平的提高和健康意識的加強，大量便攜式、低成本、無創檢測醫學儀器、設備逐漸由醫院開始進入家庭，如電子血壓計；微型血糖儀、血氧飽和度測量儀等。另外一方面，據《中國心血管病報告2011》顯示，我國總體人群的心血管病(包括心臟病和腦卒中)患病率仍處于持續上升，估計全國心血管病患者2.3億，即每5個成人中有
I人患病；全國每年350萬人死于心血管病，約占全因死亡的41%，居各死因首位。據中國冠心病政策模型預測，2010~2030年僅考慮人口老齡化和人口增加的因素，中國35~84歲人群心血管病(心絞痛、心肌梗死、冠心病猝死和腦卒中)事件數增加將大于50%;心血管病事件數增加約2130萬，死亡增加約770萬。還有調查顯示，我國普通人群下肢動脈疾病患病率3.08%,但是知曉率僅為1.38%。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明提出一種能獲取到比現有方法更多的心血管相關的動力學參數或信息，便于及早發現某些心血管疾病，便于對心血管疾病的監護、指導用藥和治療效果的評估等的心血管動態信息的無創采集裝置及其使用方法。
[0007]為達到上述目的，本發明所采用的具體技術方案如下:
[0008]一種心血管動態信息的無創采集裝置，設置有微處理器，其特征在于:所述微處理器上連接有氣帶充放氣控制單元、參考電壓單元以及DC-DC電壓變換單元，在微處理器的輸入端還分別連接有心電信號采集通道、心音信號采集通道、動脈信號采集通道、容積波/血氧信號采集通道；其中所述動脈信號采集通道設有肱動脈信號采集單元、橈動脈信號采集單元以及踝動脈信號采集單元，所述容積波/血氧信號采集通道設有手容積波信號采集單元和血氧飽和度信號采集單元。
[0009]使用上述結構氣氣帶充放氣控制單元主要實現在微處理器的控制下對氣帶壓強進行控制；高精度參考電壓單元主要為微處理器提供A/D轉換所需的高精度參考電壓，其主要由ADR363B構成；DC_DC電壓變換單元主要通過USB獲取電能，并利用直流-直流隔離電壓變換模塊為其他單元提供所需電壓。各個通道用于采集各自對應部位的實時信號。同時利用動脈脈搏波、心電、心音、容積波/血氧幾種信號，再通過氣帶調解血液流動速度，施加外在壓力，使之能獲取到比現有方法更多的心血管相關的參數和信息，為醫學診斷提供更為全面的信息。
[0010]更進一步的技術方案是心電信號采集通道依次由心電前置采集器、第一帶通濾波器、第一陷波器和第一增益放大器相連，通過所述第一增益放大器連接在微處理器的心電信號采集管腳上；
[0011]所述心音信號采集通道依次由心音前置采集器、第二帶通濾波器、第二增益放大器組成，所通過述第二增益放大器連接在微處理器的心音前置采集管腳上；
[0012]所述肱動脈信號采集單元依次由肱動脈前置采集器，第三帶通濾波器和第三低通濾波器組成；所述橈動脈信號采集單元依次由橈動脈前置采集器、第四帶通濾波器和第四低通濾波器組成；所述踝動脈信號采集單元包括踝動脈前置采集器、第五帶通濾波器和第五低通濾波器組成，所述第三低通濾波器、第四帶通濾波器和第五低通濾波器的輸出端連接在第三模擬開關上，所述第三模擬開關和第三增益放大器連接，所述第三增益放大器連接在微處理器的動脈信號采集管腳上；
[0013]微處理器控制模擬開關選擇具體采集哪一個采集單元的信號，因為肱動脈信號采集單元、橈動脈信號采集單元和踝動脈信號采集單元電路結構類似所以采用共用同一個第三增益放大器。[0014]所述手容積波信號采集單元依次由手容積波前置采集器和第六帶通濾波器組成；所述血氧飽和度信號采集單元依次由血氧飽和度前置采集器和第七帶通濾波器組成；所述第六帶通濾波器和第七帶通濾波器的輸出端連接第六模擬開關，所述第六模擬開關和第六增益放大器連接，所述第六增益放大器連接在微處理器的容積波/血氧信號采集管腳上；
[0015]微處理器控制第六模擬開關選擇具體采集哪一個采集單元的信號。
[0016]更進一步的技術方案是微處理器的型號為STM32F417，所述第一帶通濾波器、第二帶通濾波器、第三帶通濾波器、第四帶通濾波器、第五帶通濾波器、第六帶通濾波器、第七帶通濾波器及第一陷波器均采用有源濾波器，有源濾波器使用的運放型號為0P2177，所述增益放大器的型號為PGAl 12或PGAl 16，所述參考電壓單元使用的芯片的型號為ADR363B。
[0017]更進一步的技術方案是動脈信號采集通道有兩個，分別是左動脈信號采集通道和右動脈信號采集通道；容積波/血氧信號采集通道也有兩個，分別是左容積波/血氧信號采集通道和右容積波/血氧信號采集通道。
[0018]左右兩側的數據都需要測量，能使結果更準確、完善。
[0019]更進一步的技術方案是肱動脈前置采集器、橈動脈前置采集器和踝動脈前置采集器結構相同，三種前置采集器均包括穩壓二極管U2、壓力傳感器、雙運放芯片Ul和集成運放U3 ；
[0020]直流電壓經穩壓二極管U2穩壓生成參考電壓Vref，該參考電壓Vref經電阻R4和R7分壓接入雙運放芯片Ul的運放A正相輸入端，運放A輸出端連三極管Ql基極，三極管Ql發射極接壓力傳感器的V+輸入端，壓力傳感器的接地端和運放A反相輸入端相連，運放A反相輸入端還經電阻RlO 接模擬地AGND ；
[0021]所述參考電壓Vref還經電阻R9和R30分壓接入雙運放芯片Ul的運放B正相輸入端，運放B反相輸入端和運放B輸出端相連，運放B輸出端還經電阻R15連接在集成運放U3的參考電壓端上；
[0022]壓力傳感器的正、負極輸出端分別和集成運放U3的正、反相輸入端相連，集成運放U3的輸出端經過電阻R13和電容C12低通濾波后生成電壓信號Prel輸出至下一級。
[0023]更進一步的技術方案是穩壓二極管U2的型號為TL431IPK，雙運放芯片Ul的型號為LMC6082，和集成運放U3的型號為AD620，壓力傳感器的型號為CM53004AS。
[0024]更進一步的技術方案是手容積波信號前置采集器和血氧飽和度前置采集器結構相同，二種前置采集器均包括光電傳感器、雙運放芯片U60和集成運放U61 ；
[0025]雙運放芯片U60的運放B正相輸入端接1.5V直流電壓Bloodl.5V，輸入一脈寬調制信號經電阻R605、R606和電容C602、C604低通濾波后，在經過電阻R603、R604和雙運放芯片U60的運放B，電壓求和后接入雙運放芯片U60的運放A的正相輸入端；
[0026]雙運放芯片U60的運放A的輸出端經過電阻R602后分別進入PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的基極，PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的發射極連光電傳感器的電源接口 LED+IR-，光電傳感器的電源接口 LED-1R+和運放A的反相輸入端相連并經電阻R607后接地；光電傳感器光敏信號輸出端PD+輸出的電流信號經過集成運放U61放大后轉化為電壓輸出，經電阻R609和電容C610組成的低通濾波后生成電壓信號Bloodout輸出至下一級。
[0027]更進一步的技術方案是雙運放芯片U60的型號為LMC6082，集成運放U61的型號為AD795，光電傳感器是血氧探頭。
[0028]一種心血管動態信息的無創采集裝置的使用方法，具體步驟如下:
[0029]A、固定采集裝置和氣帶:氣帶分別綁在左右手臂的肱動脈和手腕上，以及左右腳的踝關節上；
[0030]B、第一信號采集:對氣帶充氣至260-280mmHg范圍內任一值，充滿后以2-6mmHg/s的速度慢速放氣同時采集所有通道的實時信號，根據舒張壓和收縮壓的均值算出每個部位的平均血壓；
[0031]C、第二信號采集:將氣帶重新充氣至各個點的平均血壓，采集1-10分鐘所有通道的實時信號，生成第一對比數據，檢測完后對氣帶放氣。
[0032]采用上述結構，利用氣帶作為控制血液流動的外在壓力，令氣帶處于在不同恒定壓強和放氣速度的條件下，同時檢測肱動脈脈搏信號、橈動脈脈搏信號、容積波信號、踝動脈脈搏波信號及血氧飽和度等18道動態信號
[0033]更進一步的技術方案是在步驟C之后還包括第三信號采集，該第三信號采集的具體步驟如下:
[0034]首先將所有氣帶同時充至55_65mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第二對比數據，放氣休息10-120秒后；將所有氣帶同時充至80-90mmHg范圍內任一值，采集1-10分鐘所有通道的實時信號，生成第三對比數據，放氣休息10-120秒后，將所有氣帶同時充至95-105mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第四對比數據，然后放完氣帶中的氣體。
[0035]第三信號采集是為了獲得更多的數據結果，為診斷提供更完善，詳盡的信息。
[0036]本發明的有益效果是:控制氣帶進行多次不同情況的充氣和放氣，同時檢測肱動脈脈搏信號、橈動脈脈搏信號、容積波信號、踝動脈脈搏波信號及血氧飽和度等18道動態信號，分析相關信號之間的動態關系，能更準確地得出更多、具有臨床價值的心血管動力學參數，可用于臨床和家庭中心血管疾病的早期發現、監護、指導用藥和治療效果的評估等，所以具有很好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1是本發明心血管動態信息的無創采集裝置的結構示意圖；
[0038]圖2是肱動脈前置采集器；
[0039]圖3是手容積波信號前置采集器。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0041]如圖1所示，圖1是心血管動態信息的無創采集裝置的結構示意圖，本裝置主要包括微處理器8，微處理器8還連接有氣帶充放氣控制單元9、參考電壓單元10、DC/DC電壓變換單元11直流-直流以及各路采集通道。本心血管動態信息的無創采集裝置可以單獨使用也可以連接計算機12。采集通道連接在微處理器8的輸入端上，采集通道包括心電信號采集通道、心音信號采集通道、動脈信號采集通道、容積波/血氧信號采集通道；其中所述動脈信號采集通道設有肱動脈信號采集單元、橈動脈信號采集單元以及踝動脈信號采集單元，所述容積波/血氧信號采集通道設有手容積波信號采集單元和血氧飽和度信號采集單元。肱動脈信號采集單元、橈動脈信號采集單元以及踝動脈信號采集單元電路結構是一樣的，只是在使用過程中綁定和測量的位置不一樣。
[0042]心電信號采集通道依次由心電前置采集器11、第一帶通濾波器12、第一陷波器13和第一增益放大器14相連，通過所述第一增益放大器14連接在微處理器8的心電信號采集管腳上；[0043]所述心音信號采集通道依次由心音前置采集器21、第二帶通濾波器22、第二增益放大器24組成，所通過述第二增益放大器24連接在微處理器8的心音前置采集管腳上；
[0044]所述肱動脈信號采集單元依次由肱動脈前置采集器31，第三帶通濾波器32和第三低通濾波器33組成；所述橈動脈信號采集單元依次由橈動脈前置采集器41、第四帶通濾波器42和第四低通濾波器43組成；所述踝動脈信號采集通道包括踝動脈前置采集器51、第五帶通濾波器52和第五低通濾波器53組成，所述第三低通濾波器33、第四帶通濾波器42和第五低通濾波器53的輸出端連接在第三模擬開關35上，所述第三模擬開關35和第三增益放大器34連接，所述第三增益放大器34連接在微處理器8的動脈信號采集管腳上；
[0045]所述手容積波信號采集單元依次由手容積波前置采集器61和第六帶通濾波器62組成；所述血氧飽和度信號采集通道依次由血氧飽和度前置采集器71和第七帶通濾波器72組成；所述第六帶通濾波器62和第七帶通濾波器72的輸出端連接第六模擬開關63，所述第六模擬開關63和第六增益放大器64連接，所述第六增益放大器64連接在微處理器8的容積波/血氧信號采集管腳上。
[0046]心電信號采集通道的第一帶通濾波器12的帶通頻率可以是0.05Hz-120Hz、第一陷波器13為50Hz陷波均采用有源濾波器，心音信號采集通道的第二帶通濾波器22的帶通頻率可以是4Hz-1000Hz，容積波/血氧信號采集通道的第六帶通濾波器62和第七帶通濾波器72的帶通頻率可以是0.1Ηζ-40Ηζ。上述所有帶通濾波器和陷波器均可以使用型號為0P2177的運放來實現。第一增益放大器14、第二增益放大器24、第三增益放大器34及第六增益放大器64為可編程增益放大器。可編程增益放大器可以采用具有數控放大倍數功能的芯片PGA112實現，PGAl 12的放大倍數可通過軟件設置，其可設置的倍數有1,2,4,8, 16，32，64，128，可適合不同的人群；還可以采用PGAl 16, PGAl 16除具有PGA112的功能外，內部還集成了一個10道的模擬開關，用于采集多道低頻信號。因為PGA116帶有模擬開關，動脈信號采集通道和容積波/血氧信號采集通道中需要模擬開關的地方，所以動脈信號采集通道和容積波/血氧信號采集通道中的模擬開關和增益放大器采用芯片PGAl 16來實現。心電信號采集通道和心音信號采集通道的增益放大器采用芯片PGA112來實現。32位微處理器采用STM32F417，其內部集成有3個、2.4MHz轉換速率、擁有DMA的獨立ADC轉換器件，加上內部集成模擬開關可最多實現24道ADC轉換，用于實現相應的AD模數轉換；其內部還集成了全速USB引擎，用于與計算機通信；其CPU速率可達168MHz，并還集成了一個專用于浮點運算的處理器FPU，大大提高運算速度；氣帶充放氣控制單元主要實現在微處理器的控制下對氣帶壓強進行控制；高精度參考電壓單元主要為32位微處理器提供A/D轉換所需的高精度參考電壓，其主要由ADR363B構成；DC_DC電壓變換單元主要通過USB獲取電能，并利用直流-直流隔離電壓變換模塊為其他單元提供所需電壓。
[0047]如圖2所示，圖2是肱動脈前置采集器。肱動脈前置采集器、橈動脈前置采集器和踝動脈前置采集器結構相同，因此只對其中的一個肱動脈前置采集器進行說明。
[0048]肱動脈前置采集器包括穩壓二極管U2、壓力傳感器Pressl、雙運放芯片Ul和集成運放U3 ；
[0049]DC-DC變換單元中輸出+5V直流電壓經穩壓二極管U2穩壓生成參考電壓Vref，該參考電壓Vref經電阻R4和R7分壓接入雙運放芯片Ul的運放A正相輸入端，雙運放芯片Ul的運放A正相輸入端的前端還經濾波電容C7接模擬地，運放A輸出端連三極管Ql基極，運放A輸出端和三極管Ql基極之間可以接入電阻R2，三極管Ql發射極接壓力傳感器Pressl的V+輸入端，三極管Ql集電極經限流電阻Rl接+5V直流電壓，運放A反相輸入端還經采樣電阻RlO接模擬地AGND，壓力傳感器Pressl的接地端和運放A反相輸入端相連。這樣設計是為了構成一個電壓電流轉換電路，從而實現以恒流的方式從壓力傳感器Pressl上獲得高精度的壓力信號。
[0050]所述參考電壓Vref還經電阻R9和R30分壓接入雙運放芯片Ul的運放B正相輸入端，雙運放芯片Ul的運放B正相輸入端前端還經濾波電容Cll模擬地，運放B反相輸入端和運放B輸出端相連形成電壓跟隨，運放B輸出端還經電阻R15連接在集成運放U3的參考電壓端上；從而為集成運放U3形成一個更穩定的基準電壓，以保證在氣帶的氣壓為一個大氣壓時，輸出為一個大于O的值。
[0051]壓力傳感器Pressl的正、負極輸出端分別和集成運放U3的正、反相輸入端相連，壓力傳感器Pressl的兩個Vout-相連后接入集成運放U3的反相輸入端,集成運放U3的放大倍數通過集成運放U3的兩個RG端串聯的電阻R8調節，集成運放U3的輸出端經過電阻R13和電容C12構成的簡單低通濾波器后生成電壓信號Prel輸出至下一級。
[0052]為了提高結果的精度，采用了高精度儀用放大器U3作為壓力傳感器Pressl的前置放大器，并通過R8調節壓力信號的放大倍數。
[0053]直流+5V電壓經過電容Cl接模擬地，模擬地再經過電容C2接直流-5V電壓，這樣的結構可以獲得更穩定的電源。圖中的其中直流+5V、直流-5V、模擬地分別與DC-DC變換單元中對應的模擬+5V、模擬-5V、模擬地相連。
[0054]穩壓二極管U2的型號為TL431IPK，雙運放芯片Ul的型號為LMC6082，和集成運放U3的型號為AD620，壓力傳感器的型號為CM53004AS。
[0055]如圖3所示，圖3是手容積波信號前置采集器，容積波/血氧信號采集通道的手容積波信號前置采集器和血氧飽和度前置采集器結構相同，因此只對其中的一個手容積波信號前置采集器進行說明。手容積波信號前置采集器包括光電傳感器Bloodl、雙運放芯片U60和集成運放U61 ；
[0056]雙運放芯片U60的運放B正相輸入端接1.5V直流電壓Bloodl.5V ;輸入一脈寬調制信號經電阻R605、R606和電容C602、C604低通濾波后，此時得到一個穩定的矩形波電壓，在經過電阻R603、R604和雙運放芯片U60的運放B，電壓求和后得到一個有正負電壓的矩形波電壓，再接入雙運放芯片U60的運放A的正相輸入端；
[0057]雙運放芯片U60的運放A的輸出端經過電阻R602后分別進入PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的基極，PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的發射極連光電傳感器Bloodl的電源接口 LED+IR-，PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的集電極分別經限流電阻R600和R601接直流+5V電壓。這樣可以實現以恒流的方式控制光電傳感器Bloodl中兩個不同波長的LED燈，達到提高檢測精度的目的。[0058]光電傳感器Bloodl的Rex輸出端接微處理器8的輸入端，并連有電阻R617，電阻R617另一端接3.3V直流電壓。用于檢測光電傳感器是否連接。
[0059]光電傳感器Bloodl的電源接口 LED-1R+和雙運放芯片U60的運放A的反相輸入端相連并經電阻R607后接地；光電傳感器Bloodl光敏信號輸出端PD+輸出的電流信號經過電阻R612、電容C607和集成運放U61放大后，將光電傳感器中的光敏元件獲取的電流信號轉化為電壓輸出，經電阻R609和電容C610組成的低通濾波后生成電壓信號Bloodout輸出至下一級。光電傳感器Bloodl光敏信號輸出PD-和集成運放U61的正相輸入端相連,并接一個1.5V的參考電壓Bloodl.5V。
[0060]直流+5V電壓經過電容C608接模擬地，模擬地再經過電容C609接直流-5V電壓，這樣的結構可以為雙運放芯片U60和集成運放U61的電源提供濾波，獲得更穩定的電源。圖中的其中直流+5V、直流-5V、模擬地分別與DC-DC變換單元中對應的模擬+5V、模擬-5V、模擬地相連。
[0061]所述雙運放芯片U60的型號為LMC6082，集成運放U61的型號為AD795，光電傳感器是血氧探頭，血氧探頭的型號可以是=Nonin燕牌血氧探頭、安科血氧探頭、德爾格血氧探頭、阿提瑪血氧探頭、海力格血氧探頭，西門子血氧探頭、席勒血氧探頭、科曼血氧探頭、秦皇島燕大血氧探頭、北京超思血氧探頭、強生血氧探頭等各種血氧探頭。血氧探頭既可以用與檢測手容積波信號又可以用于檢測血氧飽和度信號。
[0062]本發明心血管動態信息的無創采集裝置的使用方法，具體步驟如下:
[0063]固定采集裝置和氣帶:氣帶分別綁在左右手臂的肱動脈和手腕上，以及左右腳的踝關節上；
[0064]第一信號采集:對氣帶充氣至260-280mmHg范圍內任一值，充滿后以2-6mmHg/s的速度慢速放氣同時采集所有通道的實時信號，根據舒張壓和收縮壓的均值算出每個部位的平均血壓；充氣至260-280mmHg范圍內任一值時，血流完全阻斷，緩慢放氣時，血流逐漸恢復流動，測得左右手臂的肱動脈和手腕上，以及左右腳的踝關節舒張壓和收縮壓，舒張壓和收縮壓的平均值即為平均血壓，放氣速度可以是2mmHg/s、3mmHg/s、5mmHg/s、6mmHg/s。
[0065]第二信號采集:將氣帶重新充氣至各個點的平均血壓，采集1-10分鐘所有通道的實時信號，生成第一對比數據，檢測完后對氣帶放氣；因為每個部位檢測出來的平均血壓不一定相同，所以，每個氣帶的充氣壓強也不一樣。本次采集需要保證各個部位對應各自的平均血壓，采集時間可以為I分鐘、3分鐘、5分鐘或10分鐘等。
[0066]第三信號采集:首先將所有氣帶同時充至55-65mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第二對比數據，放氣休息10-120秒后；將所有氣帶同時充至80-90mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第三對比數據，放氣休息10-120秒后，將所有氣帶同時充至95-105mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第四對比數據。本次采集在于檢測3個統一固定壓強下的實時信號。第一次可以米集55mmHg、60mmHg、65mmHg等,第二次可以米集80mmHg、85mmHg、90mmHg等,第三次可以采集95mmHg、100mmHg、105mmHg等。采集時間也可以為I分鐘、3分鐘、5分鐘或10分鐘等。放氣休息在于給血流恢復正常水平的一個休息時間。由此可以獲得第二對比數據、第三對比數據和第四對比數據。[0067]結束采集步驟，對采集裝置和氣帶進行收納。
[0068]采集的信號共有18道，分別是左肱動脈脈搏直流信號、左肱動脈脈搏交流信號，右肱動脈脈搏直流信號、右肱動脈脈搏交流信號；左橈動脈脈搏直流信號、左橈動脈脈搏交流信號，右橈動脈脈搏直流信號、右橈動脈脈搏交流信號；左踝動脈脈搏直流信號、左踝動脈脈搏交流信號，右踝動脈脈搏直流信號、右踝動脈脈搏交流信號；左手指容積波信號、右手指容積波信號；左手指血氧飽和度信號、右手指血氧飽和度信號，心電信號、心音信號。脈搏交流信號是通過帶通濾波器獲得，脈搏直流信號是通過低通濾波器獲得。
[0069]根據檢測所得的第一對比數據、第二對比數據、第三對比數據和第四對比數據可以獲得齊全的人體生理信號參數。根據分析可以應用于及早發現心血管疾病，對心血管疾病的監護、指導用藥和治療效果的評估，甚至是健康狀況的評價。
[0070]以上實施例僅以說明本發明的技術方案，而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域普通技術人員應當理解，其依然可以對上述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應的技術方案的 本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種心血管動態信息的無創采集裝置，設置有微處理器(8)，其特征在于:所述微處理器(8)上連接有氣帶充放氣控制單元(9)、參考電壓單元(10)以及DC-DC電壓變換單元(11)，在微處理器(8)的輸入端還分別連接有心電信號采集通道、心音信號采集通道、動脈信號采集通道、容積波/血氧信號采集通道；其中所述動脈信號采集通道設有肱動脈信號采集單元、橈動脈信號采集單元以及踝動脈信號采集單元，所述容積波/血氧信號采集通道設有手容積波信號采集單元和血氧飽和度信號采集單元。
2.根據權利要求1所述心血管動態信息的無創采集裝置，其特征在于: 所述心電信號采集通道依次由心電前置采集器(11)、第一帶通濾波器(12)、第一陷波器(13)和第一增益放大器(14)相連，通過所述第一增益放大器(14)連接在微處理器(8)的心電信號采集管腳上； 所述心音信號采集通道依次由心音前置采集器(21)、第二帶通濾波器(22)、第二增益放大器(24 )組成，所通過述第二增益放大器(24 )連接在微處理器(8 )的心音前置采集管腳上； 所述肱動脈信號采集單元依次由肱動脈前置采集器(31)，第三帶通濾波器(32)和第三低通濾波器(33)組成；所述橈動脈信號采集單元依次由橈動脈前置采集器(41)、第四帶通濾波器(42)和第四低通濾波器(43)組成；所述踝動脈信號采集通道包括踝動脈前置采集器(51)、第五帶通濾波器(52)和第五低通濾波器(53)組成，所述第三低通濾波器(33)、第四帶通濾波器(42 )和第五低通濾波器(53 )的輸出端連接在第三模擬開關(35 )上，所述第三模擬開關(35)和第三增益放大器(34)連接，所述第三增益放大器(34)連接在微處理器(8)的動脈信號采集管腳上； 所述手容積波信 號采集單元依次由手容積波前置采集器(61)和第六帶通濾波器(62 )組成；所述血氧飽和度信號采集通道依次由血氧飽和度前置采集器(71)和第七帶通濾波器(72)組成；所述第六帶通濾波器(62)和第七帶通濾波器(72)的輸出端連接第六模擬開關(63)，所述第六模擬開關(63)和第六增益放大器(64)連接，所述第六增益放大器(64)連接在微處理器(8)的容積波/血氧信號采集管腳上。
3.根據權利要求2所述心血管動態信息的無創采集裝置，其特征在于:所述微處理器(8)的型號為STM32F417，所述第一帶通濾波器、第二帶通濾波器、第三帶通濾波器、第四帶通濾波器、第五帶通濾波器、第六帶通濾波器、第七帶通濾波器及第一陷波器均采用有源濾波器，有源濾波器使用的運放型號為OP2177，所述增益放大器的型號為PGAl 12或PGAl 16，所述參考電壓單元(10)使用的芯片的型號為ADR363B。
4.根據權利要求1-3任一項所述心血管動態信息的無創采集裝置，其特征在于:動脈信號采集通道有兩個，分別是左動脈信號采集通道和右動脈信號采集通道；容積波/血氧信號采集通道也有兩個，分別是左容積波/血氧信號采集通道和右容積波/血氧信號采集通道。
5.根據權利要求2或3所述心血管動態信息的無創采集裝置，其特征在于:所述肱動脈前置采集器、橈動脈前置采集器和踝動脈前置采集器結構相同，三種前置采集器均包括穩壓二極管U2、壓力傳感器(Pressl )、雙運放芯片Ul和集成運放U3 ； 直流電壓經穩壓二極管U2穩壓生成參考電壓Vref，該參考電壓Vref經電阻R4和R7分壓接入雙運放芯片Ul的運放A正相輸入端，運放A輸出端連三極管Ql基極，三極管Ql發射極接壓力傳感器(Pressl)的V+輸入端，壓力傳感器(Pressl)的接地端和運放A反相輸入端相連，運放A反相輸入端還經電阻RlO接模擬地AGND ； 所述參考電壓Vref還經電阻R9和R30分壓接入雙運放芯片Ul的運放B正相輸入端，運放B反相輸入端和運放B輸出端相連，運放B輸出端還經電阻R15連接在集成運放U3的參考電壓端上； 壓力傳感器(Pressl)的正、負極輸出端分別和集成運放U3的正、反相輸入端相連，集成運放U3的輸出端經過電阻R13和電容C12低通濾波后生成電壓信號Prel輸出至下一級。
6.根據權利要求5所述心血管動態信息的無創采集裝置，其特征在于:所述穩壓二極管U2的型號為TL431IPK，雙運放芯片Ul的型號為LMC6082，和集成運放U3的型號為AD620，壓力傳感器的型號為CM53004AS。
7.根據權利要求2或3所述心血管動態信息的無創采集裝置，其特征在于:所述手容積波信號前置采集器和血氧飽和度前置采集器結構相同，二種前置采集器均包括光電傳感器(Bloodl )、雙運放芯片U60和集成運放U61 ； 所述雙運放芯片U60的運放B正相輸入端接1.5V直流電壓Bloodl.5V ;輸入一脈寬調制信號經電阻R605、R606和電容C602、C604低通濾波后，在經過電阻R603、R604和雙運放芯片U60的運放B，電壓求和后接入雙運放芯片U60的運放A的正相輸入端； 所述雙運放芯片U60的運放A的輸出端經過電阻R602后分別進入PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的基極，PNP型三極管Q600和NPN型三極管Q601的發射極連光電傳感器(Bloodl)的電源接口 LED+IR-，該光電傳感器(Bloodl)的電源接口 LED-1R+和雙運放芯片U60的運放A的反相輸入端相連并經電阻R607后接地；光電傳感器(Bloodl)光敏信號輸出端F1D+的輸出電流信號經過集成運放U61放大后轉化為電壓信號Bloodout輸出至下一級。
8.根據權利要求7所述心血管`動態信息的無創采集裝置，其特征在于:所述雙運放芯片U60的型號為LMC6082，集成運放U61的型號為AD795，光電傳感器(Bloodl)為血氧探頭。
9.一種根據權利要求1所述心血管動態信息的無創采集裝置的使用方法，其特征在于，具體步驟如下: A、固定采集裝置和氣帶:氣帶分別綁在左右手臂的肱動脈和手腕上，以及左右腳的踝關節上; B、第一信號采集:對氣帶充氣至260-280mmHg范圍內任一值，充滿后以2-6mmHg/s的速度慢速放氣同時采集所有通道的實時信號，根據舒張壓和收縮壓的均值算出每個部位的平均血壓； C、第二信號采集:將氣帶重新充氣至各個點的平均血壓，采集1-10分鐘所有通道的實時信號，生成第一對比數據，檢測完后對氣帶放氣。
10.根據權利要求9所述心血管動態信息的無創采集裝置的使用方法，其特征在于，在步驟C之后還包括第三信號采集，該第三信號采集的具體步驟如下: 首先將所有氣帶同時充至55-65mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第二對比數據，放氣休息10-120秒后；將所有氣帶同時充至80-90mmHg范圍內任一值，采集1-10分鐘所有通道的實時信號，生成第三對比數據，放氣休息10-120秒后，將所有氣帶同時充至95-105mmHg范圍內任一值，采集1_10分鐘所有通道的實時信號，生成第四對比數據，然后放完氣帶中的氣體。
【文檔編號】A61B5/0205GK103654747SQ201310652657
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】陳龍聰, 高斌, 熊興良, 王洪雷, 江奇鋒 申請人:重慶醫科大學