一种生理参数的计算方法及相应的医疗设备技术

一种生理参数的计算方法及相应的医疗设备，该计算方法包括：选择通过采样获得的至少两路不同波长的信号所对应一段区间的时域信号，进行时频域转换，获得相应的频域信号；选择其中所有合理的频谱峰信息，计算所选择的合理的频谱峰的能量信息，并构成频谱峰能量比值序列；根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数，确定到所述稳定系数小于第一阈值，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数；使用所述的补偿系数补偿所述的时域信号和频域信号中的至少一路，基于已补偿的时域信号和频域信号中的至少一路，计算获得生理参数。该方法可以在弱灌性和运动状态下提升计算脉率值以及血氧参数计算准确度，计算简单，花费少，适应性广。

【技术实现步骤摘要】
一种生理参数的计算方法及相应的医疗设备
本专利技术涉及生理参数监测领域，尤其涉及一种生理参数的计算方法及相应的医疗设备。
技术介绍
人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的还原血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中。当机体氧供与氧耗之间出现不平衡，就意味着缺氧情况的发生。缺氧对机体有着巨大的影响。故，动脉血氧浓度的实时监测在临床救护中非常重要。血氧饱和度(SpO2)是血液中氧合血红蛋白(HbO2)容量占总血红蛋白(Hb+HbO2)容量的百分比，即血液中血氧的浓度。血氧饱和度(SpO2)作为动脉血氧饱和度(SaO2)的间接反映，以其无创、简单、准确、快速等特点，迅速被各大应用领域采纳和使用。脉搏血氧技术应用的如此广泛，随之而来，对脉搏血氧准确性的要求也水涨船高。本领域人员可知，评价脉搏血氧性能的优劣性，有两大关键因素：弱灌注性能和运动性能。如果被测患者存在弱灌注性能差或及运动性能差的情形，则对脉搏血氧性能的准确性和稳定性要求就更加苛刻。自1998年Masimo公司推出“运动和弱灌注下准确测量病人血氧饱和度技术”以来，Masimo公司迅速确立了其血氧行业的领先地位。其技术的核心思想是确立系数Ra和Rv,其中Ra与动脉血氧饱和度相关，Rv与静脉血氧饱和度相关。通过R系数、红外光和红光，可以构建出一路参考信号，该参考信号的能量与系数相关，在系数Ra和Rv处，可以达到能量最大值。因此，遍历0～100％血氧饱和度的系数，寻找系数Ra和Rv，从而计算动脉血氧饱和度。该方法对运算量要求很高，其实现的硬件成本相对很高。可以理解的是，基于Lambert-Bear定律可知，氧合血红蛋白(HbO2)和去氧血红蛋白(HB)在不同的光波段下吸收特性不同，如图1所示，为现有技术中氧合血红蛋白和还原血红蛋白吸收光谱曲线图；利用该吸收特性，可以进一步评估血氧饱和度参数。如图2所示，为现有技术中血氧测量工作原理图；利用发光管发射两路光(例如：红光和近红外光)透射机体组织，并利用接收管接收透射机体组织的光信号，从而获得血液搏动成分AC交流量(例如：动脉血)和非搏动成分DC直流量(例如：静脉血、肌肉、骨骼、皮肤等)。分别利用红光和近红外光的AC交流量和DC直流量，即可获得与动脉血氧饱和度(SaO2)的映射曲线比值，即R系数表(如公式1所示方法)。再基于查表法即可获得动脉血氧饱和度(SaO2)的无限逼近值脉搏血氧饱和度(SpO2)。其中，ACRed＝检测到红光的波动量，即交流量；DCRed＝检测到红光的最大透射量，即直流量；ACIred＝检测到的红外光的交流量；DCIred＝检测到的红外光直流量。然而如何能够准确识别采集信号中AC交流成分和DC交流成分，获得准确的R值，却不是那么容易的事情。现有技术中存在两种技术：时域技术和频域技术。其中，时域技术具有响应速度快、相位信息清晰等特点。由于时域信号是有用信号和噪声信号的混合，生理带宽外的噪声可以通过高通/低通滤波器轻松滤除，而当出现生理带宽内的噪声时，由于噪声的变化性、先验知识的匮乏，时域方法几乎没有办法滤除这部分噪声。因此时域技术在抗运动性能上存在着天然的缺陷。而频域技术理论上可以分离噪声和有用信号的频带，进而达到区分识别真实信号的目的。按照数字信处理的定义，任何一个波形都是由多个正弦波构成，生理参数的脉搏波也不例外。因此，当生理脉搏波信号转换为频域信号时，该生理参数就会出现基倍频特征。当干扰出现时，干扰频谱和生理参数的基倍频谱混叠在一起，很难识别到真实频谱是哪一个。因此，尽管频域技术存在着先天性的优势，但是想在干扰状态下准确计算血氧相关参数，也非常棘手。由Parseval定理可知，信号时域的总能量等于频域的总能量。因此，公式1也适用于频域信号，其中AC交流量对应于每个频率点的能量变化。在理想条件下，经过规一化后，脉搏波的红光及红外光频谱如图3所示，主频段及各个倍频段的比值可以看作是此频段下对应的能量比值。该能量比值的意义与公式1中对应的R值的意义完全一致，也即与血氧饱和度唯一对应。在不考虑噪声的理想状态下，各个频段的比值一致，都与当前的血氧饱和度唯一对应，理论上在任何频段都可以得到血氧饱和度参数。同理，根据信号的构成理论，可知图3中基频峰所在频率即为脉率值。常规检测基频峰频率的方法可以通过识别基倍频峰筛选获得，所依据的理论是基频峰与谐波峰存在能量和频率的比例关系。通过这种比例关系即可识别到生理脉率值。综上所述，通过检索频域信号中基倍频峰的位置信息和红光与红外光的能量比值，即可获得脉率参数和血氧参数。然而在干扰情况下，红光和红外光的频谱峰信息可能被噪声混淆、湮灭，基频峰频率信息因无法识别或错误识别而导致脉率计算异常；同时红光和红外光的能量比值也因噪声的混入而导致血氧计算偏差较大。如图4所示，给出了一种干扰下的频谱分布示意。从图4中可以看到，红外光和红光的频谱峰能量比值忽大忽小，基频峰几乎被湮没。这种情况下，利用现有的时频域技术正确的识别频谱峰并计算准确的血氧和脉率参数，几乎不可能实现。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于提供一种生理参数的计算方法及相应的医疗设备，可以在弱灌性和运动状态下提升计算生理参数(如脉率值以及血氧参数)的准确度，且计算复杂度低，对运算资源需求低。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种生理参数的计算方法，该方法包括如下步骤：选择通过采样获得的红光和/或红外光的至少一路信号所对应的一段区间的时域信号，对所述区间的时域信号进行时频域转换，获得相应的频域信号；在所述频域信号中，选择其中所有合理的频谱峰，计算所选择的合理的频谱峰的能量信息，并构成频谱峰能量比值序列；根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数，如果所述的稳定系数偏低，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数；使用所述的补偿系数补偿所述的时域信号和/或频域信号的至少一路，基于已补偿的时域信号和/或频域信号计算获得生理参数。相应地，本专利技术的另一方面，还提供一种计算生理参数的医疗设备，其包括：传感器，其包括至少一个发光管和至少一个接收管，所述发光管发射透射生理组织的至少两路不同波长的光信号，所述接收管接收透射生理组织的至少两路光信号，并转为电信号；模数转换器，与所述传感器连接，将所述电信号转换为数字信号，该数字信号包含了生理组织的至少部分特征；数字处理器，与所述模数转换器连接，所述数字处理器执行下述处理：对一段区间的数字信号进行时频域转换，获得对应的频域信号；在所述频域信号中，选择其中所有合理的频谱峰，计算所选择的合理的频谱峰的能量信息，并构成频谱峰能量比值序列；根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数，如果所述的稳定系数偏低，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数；使用所述的补偿系数补偿所述一段区间的数字信号和/或对应的频域信号，基于已本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生理参数的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n选择通过采样获得的至少两路不同波长的信号所对应的一段区间的时域信号，对所述区间的时域信号进行时频域转换，获得相应的频域信号；/n在所述频域信号中，选择其中所有合理的频谱峰，计算所选择的合理的频谱峰的能量信息，并构成频谱峰能量比值序列；所述合理的频谱峰满足频谱能量关系、频谱幅度关系、频谱位置关系、频谱峰形态关系中的至少一个；/n根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数，确定到所述稳定系数小于第一阈值，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数；/n使用所述的补偿系数补偿所述的时域信号和频域信号中的至少一路，基于已补偿的时域信号和频域信号中的至少一路计算获得生理参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种生理参数的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
选择通过采样获得的至少两路不同波长的信号所对应的一段区间的时域信号，对所述区间的时域信号进行时频域转换，获得相应的频域信号；
在所述频域信号中，选择其中所有合理的频谱峰，计算所选择的合理的频谱峰的能量信息，并构成频谱峰能量比值序列；所述合理的频谱峰满足频谱能量关系、频谱幅度关系、频谱位置关系、频谱峰形态关系中的至少一个；
根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数，确定到所述稳定系数小于第一阈值，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数；
使用所述的补偿系数补偿所述的时域信号和频域信号中的至少一路，基于已补偿的时域信号和频域信号中的至少一路计算获得生理参数。


2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述至少两路不同波长的信号为红光和红外光。


3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述稳定系数为基于所述红光和红外光能量比值的偏差统计或基于血氧参数值的偏差统计构建而成，或者为一经验系数。


4.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数的步骤，具体为：利用统计谱峰能量比值偏差序列或血氧偏差序列的均值、标准差、最大值和最小值信息中的一个或多个，按照预定算法构建获得所述稳定系数。


5.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述确定到所述稳定系数小于第一阈值，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数的步骤具体为：
将第一均值经系数表转换后的转换结果作为补偿系数计算公式的分母，将(所述第一均值+标准差)或(所述第一均值-标准差)经系数表转换后的转换结果作为补偿系数计算公式的分子，求取所述分母和所述分子的比值得到补偿系数，所述第一均值为所述谱峰能量比值偏差序列的均值或所述血氧偏差序列的均值或生理参数的均值。


6.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述构建补偿系数的过程具体为：
确定到所述血氧偏差序列的标准差小于第二阈值，则选取所述血氧偏差序列的均值作为补偿系数计算公式的分母输入源；确定到所述血氧偏差序列中超过所述血氧偏差序列的均值的血氧个数占序列总数的至少一半，则以所述血氧偏差序列的最大值+所述血氧偏差序列的标准差作为补偿系数计算公式的分子输入源，反之以所述血氧偏差序列的最大值-所述血氧偏差序列的标准差作为补偿系数计算公式的分子输入源；
确定到所述血氧偏差序列的标准差大于所述第二阈值，则以预定方式获得重复因子，以所述重复因子作为补偿系数计算公式的分子输入源，并以所述血氧偏差序列的均值作为补偿系数计算公式的分母输入源；所述预定方式包括：
统计所述血氧偏差序列中，获得满足一定偏差值的最大血氧参数集合，计算所述最大血氧参数集合的均值，作为重复因子；或者
选取血氧历史趋势中的一定时间范围内的稳定段，计算所述稳定段中血氧参数集合的均值，作为重复因子。


7.如权利要求1至6任一项所述的计算方法，其特征在于，所述生理参数为血氧、脉率、波形面积、灌注指数中的至少一个。


8.如权利要求1至6任一项所述的计算方法，其特征在于，利用传感器感应透射生理组织的所述至少两路不同波长的信号得到电信号，对所述电信号进行模数转换后选择一段区间信号得到所述区间的时域信号，所述区间的时域信号包含了生理组织的至少部分特征。


9.如权利要求8所述的计算方法，其特征在于，所述生理组织的至少部分特征为血液中含氧血红蛋白、去氧血红蛋白、铁氧血红蛋白、总血红蛋白或一氧化碳的光学特征中的一项或多项。


10.如权利要求1至6任一项所述的计算方法，其特征在于，所述方法还包括：
显示输出所述生理参数；和/或
向外部设备发送所述生理参数。


11.一种计算生理参数的医疗设备，其特征在于，所述医疗设备包括：
传感器，其包括至少一个发光管和至少一个接收管，所述发光管发射透射生理组织的至少两路不同波长的光信号，所述接收管接收透射生理组织的至少两路光信号，并转为电信号；
模数转换器，与所述传感器连接，将所述电信号转换为数字信号，该数字信号包含了生理组织的至少部分特征；
数字处理器，与所述模数转换器连接，所述数字处理器执行下述处理：
对一段区间的数字信号进行时频域转换，获得对应的频域信号；
在所述频域信号中，选择其中所有合理的频谱峰，计算所选择的合理的频谱峰的能量信息，并构成频谱峰能量比值序列；所述合理的频谱峰满足频谱能量关系、频谱幅度关系、频谱位置关系、频谱峰形态关系中的至少一个；
根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数，确定到所述稳定系数小于第一阈值，则利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数；
使用所述的补偿系数补偿所述一段区间的数字信号和对应的频域信号中的至少一路，基于已补偿的数字信号和频域信号中的至少一路，计算获得生理参数。


12.如权利要求11所述的医疗设备，其特征在于，所述至少两路不同波长的光信号为红光和红外光。


13.如权利要求12所述的医疗设备，其特征在于，所述稳定系数为基于所述红光和红外光能量比值的偏差统计或基于血氧参数值的偏差统计构建而成，或者为一经验系数。


14.如权利要求11所述的医疗设备，其特征在于，所述生理组织的至少部分特征为血液中含氧血红蛋白、去氧血红蛋白、铁氧血红蛋白、总血红蛋白或一氧化碳的光学特征中的一项或多项。


15.如权利要求11所述的医疗设备，其特征在于，还包括：
显示单元，与所述数字处理器连接，显示所述数字处理器计算获得的生理参数；和/或
通信单元，与所述数字处理器连接，发送所述数字处理器计算获得的生理参数。


16.如权利要求11至15任一项所述的医疗设备，其特征在于，所述数字处理器根据所述频谱峰能量比值序列构建稳定系数的处理具体为：利用统计谱峰能量比值偏差序列或血氧偏差序列的均值、标准差、最大值和最小值信息中的一个或多个，按照预定算法构建获得所述稳定系数。


17.如权利要求16所述的医疗设备，其特征在于，所述数字处理器利用频谱峰能量比值序列构建补偿系数的处理具体为：
将第一均值经系数表转换后的转换结果作为补偿系数计算公式的分母，将(所述第一均值+标准差)或(所述第一均值-标准差)经系数表转换后的转换结果作为补偿系数计算公式的分子，求取所述分母和所述分子的比值得到补偿系数，所述第一均值为所述谱峰能量比值偏差序列的均值或所述血氧偏差序列的均值或生理参数的均值。


18.如权利要求16所述的计算方法，其特征在于，所述数字处理器构建补偿系数的处理具体为：
确定到所述血氧偏差序列的标准差小于第二阈值，则选取所述血氧偏差序列的均值作为补偿系数计算公式的分母输入源；确定到所述血氧偏差序列中超过所述血氧偏差序列的均值的血氧个数占序列总数的至少一半，则以所述血氧偏差序列的最大值+所述血氧偏差序列的标准差作为补偿系数计算公式的分子输入源，反之以所述血氧偏差序列的最大值-所述血氧偏差序列的标准差作为补偿系数计算公式的分子输入源；
确定到所述血氧偏差序列的标准差大于所述第二阈值，则以预定方式获得重复因子，以所述重复因子作为补偿系数计算公式的分子输入源，并以所述血氧偏差序列的均值作为补偿系数计算公式的分母输入源；所述预定方式包括：
统计所述血氧偏差序列中，获得满足一定偏差值的最大血氧参数集合，计算所述最大血氧参数集合的均值，作为重复因子；或者
选取血氧历史趋势中的一定时间范围内的稳定段，计算所述稳定段中血氧参数集合的均值，作为重复因子。


19.如权利要求11至18任一项所述的医疗设备，其特征在于，所述生理参数为血氧、脉率、波形面积、灌注指数中的至少一个。


20.一种生理参数的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
选择通过采样获得的至少两路不同波长的信号所对应的一段区间的时域信号，对所述区间的时域信号进行时频域转换，获得至少一路频域信号；
在所述频域信号中，选择其中所有合理的频谱峰，计算所选择的合理的频谱峰的位置信息，并形成频谱峰位置序列；所述合理的频谱峰为满足频谱能量关系、频谱幅度关系、频谱位置关系、频谱峰形态关系中的至少一个；
基于所述频谱峰位置序列构建稳定系数，确定到所述稳定系数小于第四阈值，则利用所述频谱峰位置序列构建补偿系数；
使用所述的补偿系数补偿所述的时域信号和频域信号中的至少一路，基于已补偿的时域信号和频域信号中的至少一路计算获得生理参数。


21.如权利要求20所述的计算方法，其特征在于，所述稳定系数为基于频谱能量比值偏差、频谱血氧偏差、基倍频组状态、合理的频谱峰个数、频谱峰形态合理性中的至少一个构建而成。


22.如权利要求20所述的计算方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩飞，叶飞，姚祖明，张飞，何先梁，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44