一种非皮肤直接接触式动态连续血压监测系统技术方案

本发明专利技术属于生理指标监测技术领域，具体为一种非皮肤直接接触式动态连续血压监测系统。本发明专利技术采用柔性传感材料同时监测多通道的心电和心冲击图信号，并通过高精度算法实现对血压进行连续的监测；系统包括柔性传感器模块、数据采集模块、嵌入式主控模块、电源功耗模块、无线通信模块、监控终端设备以及相应的嵌入式控制软件程序及信号识别算法模块。本发明专利技术无需佩戴额外设备，仅需躺在设备上即可测量血压，最大程度保证用户使用体验。信号采集的稳定性好，血压测量准确性高；监控终端可为电脑或手机等形式，提供操作界面与用户进行交互、存储数据，并生成健康报告，可以辅助医生提供参考性建议，提升医生诊断效率。提升医生诊断效率。提升医生诊断效率。

A non skin direct contact ambulatory continuous blood pressure monitoring system

【技术实现步骤摘要】
一种非皮肤直接接触式动态连续血压监测系统


[0001]本专利技术属于生理指标监测
，具体涉及一种动态连续血压监测装置。

技术介绍

[0002]我国心血管类疾病患病率和其造成的死亡率正在逐年增加。根据我国国家心血管中心发布的《中国心血管健康与疾病报告2019》显示，目前心血管病死亡是我国城乡居民总死亡原因的首位，农村为45.91％，城市为43.56％
[1]。血压的异常是导致心血管疾病的重要危险因素之一，且异常血压经过及时的发现和治疗是可控的，因此，血压监测在临床中是极为重要的健康监测手段。
[0003]血压的测量方法包括直接测量法和间接测量法。直接测量法是通过在心脏的附近、或者动脉血管内，插入带有压力传感器的导管进行测量，该方法测量结果最为直接准确，但应用场景有限、风险较大、需要专业医护人员进行操作，不适于在日常生活中作为长期血压监测的手段使用。间接测量法有柯式音法
[2]、示波法等
[3]，这类方法通过监听血液的振动情况以测得血压，其测血压的具体方法是用外力给袖带充气，导致动脉血管内的血液无法通过，再缓慢撤去外力给袖带放气，动脉血管随即疏通，在整个过程中由血液与血管壁碰撞发出的震动来确定血压值，并获取在固定时间间隔内的收缩压和舒张压。此类方法需要给袖带充放气，一般需要等待几十个心动周期，不能做到连续的血压测量，此外，长时间的使用会使用户由于压力感到肢体酸麻，佩戴的舒适度较低，难以做到连续长时的测量。
[0004]目前，大部分连续无创血压测量是通过测量心电ECG和光电容积脉搏波PPG，求出测量脉搏波传导速率(Pulse Wave Velocity，PWV)或者脉搏波传导时间(Pulse Wave Translation Time，PTT)，再间接计算出血压值
[4]。此类方法中需要在皮肤上粘贴相应的电极、且需要佩戴对应的测量装置，因此佩戴舒适度仍然不高。
[0005]与上述血压监测系统相比，心电ECG信号和心冲击图BCG信号与血压值具有相关关系，结合新型的柔性感知技术，可以将心电图和心冲击图采集通道嵌入至床垫装置中，可大幅减少用户的不适，并结合现有的深度学习方法，可大幅提升血压连续监测的准确性。
[0006]综上所述，对比市场现有的血压监测产品及技术，缺乏一种采集舒适、同时实现准确的连续血压监测的系统。本专利技术提出的非皮肤直接接触式动态连续血压监测系统，不仅可以实现简单便捷的心电ECG信号和心冲击图信号BCG的柔性感知和采集，而且可以实现高准确率的血压监测和健康评估，从而真正实现舒适、准确率高的智能连续血压监测。
[0007]参考文献：
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技术实现思路

[0012]针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种舒适、准确率高的非皮肤直接接触式动态连续血压监测系统。
[0013]本专利技术采用柔性传感材料同时监测多通道的心电(ECG)和心冲击图(BCG)信号，并通过高精度算法对于血压(BP)进行连续的监测，符合人体工学设计、舒适无感。
[0014]本专利技术具体为一种非直接接触的基于心电(ECG)和心冲击图(BCG)的连续式血压监测系统。本专利技术的连续式血压监测系统包括：柔性传感器模块，数据采集模块、嵌入式主控模块、电源功耗模块、无线通信模块、监控终端设备以及相应的嵌入式控制软件程序及信号识别算法模块。参见图1。
[0015]所述柔性传感器模块，是一种可供人平躺的均匀分布有多个柔性织物传感电极的床垫，用于接收感知心电信号(ECG)和心冲击图信号(BCG)；
[0016]所述床垫(参见图2)为多层结构，整体形状可以是长方形、椭圆形或圆形等，其中均匀分布有柔性织物传感电极，用于对使用者进行多通道的信号采集，并且可满足在任意卧姿下(仰卧、侧卧、俯卧)的信号采集和感知。
[0017]其中，所述柔性织物传感电极主要均匀分布在人体躯干处，例如胸部和腹部，柔性织物传感电极也均匀分布于头部、颈部、腿部等，数量可以较少些。柔性织物传感电极数量为冗余设计，确保获取不少于一个通道的高质量ECG和BCG信号，更多通道的高质量信号有助于后期解算时增加有效特征值数量，提高血压解算的精度。
[0018]所述柔性传感器模块(即床垫)为多层结构，包括隔离层、柔性织物传感电极层、缓冲层等；具体地，床垫的底层为隔离层，隔离层上面为与隔离层同样大小的第一柔性织物传感电极层；在第一柔性织物传感电极层上面，为离散分布的第二柔性织物传感电极层；该离散分布的第二柔性织物传感电极层的形状可以是多条横向布设的柔性织物传感电极条(如图2(a))，也可以是圆点形状的柔性织物传感电极阵列(如图2(b))；该离散分布的第二柔性织物传感电极层与第一柔性织物传感电极层之间设置有相应离散、相应形状的隔离层和缓冲层；这些离散的第二柔性织物传感电极层可以根据需要布设于人体对应的重点测量部位。
[0019]本专利技术中，所述柔性织物传感电极，柔软、亲肤，可直接接触皮肤表面。
[0020]所述隔离层，由不导电的织物制成，可以隔离电极层之间的信号，避免产生串扰，此外还可以屏蔽外部信号、衰减噪声，提高传感器对于生理信号的感知能力。
[0021]所述缓冲层，采用海绵，泡棉结构，兼具柔软性与一定的支撑性，可以使不同的姿势下身体和电极保持紧密接触，降低因身体晃动导致的信号采集不稳定性，确保感知到高质量的生理信号。
[0022]本专利技术设计的柔性传感器模块，结构可靠，表面平整，舒适度高，使用时方便快捷；可用于采集不同身高体型、不同睡姿下的ECG和BCG信号，以便于后续的连续血压监测；
[0023]所述数据采集模块，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非皮肤直接接触式动态连续血压监测系统，其特征在于，采用柔性传感材料同时监测多通道的心电(ECG)和心冲击图(BCG)信号，并通过高精度算法实现对血压(BP)进行连续的监测；系统包括：柔性传感器模块，数据采集模块、嵌入式主控模块、电源功耗模块、无线通信模块、监控终端设备以及相应的嵌入式控制软件程序及信号识别算法模块；其中：所述柔性传感器模块，是一种可供人平躺的均匀分布有多个柔性织物传感电极的床垫，用于接收感知心电信号(ECG)和心冲击图信号(BCG)；所述数据采集模块，用于从柔性传感器模块实时同步采集多通道的心电信号(ECG)和心冲击图信号(BCG)；所述数据采集模块中采用高精度晶振模块和多个高精度、高采样频率的ADC模块和高精度晶振模块，以获取更好的信号质量和时序精度；通过高精度晶振，多个ADC同步采集BCG和ECG信号，减少信号延迟对于血压解算和监测的影响；所述嵌入式主控模块，用于高速实时配置数据采集处理模块，对其进行指令控制和时序控制，并从数据采集模块读取心电信号(ECG)和心冲击图信号(BCG)，对信号进行预处理，初步计算血压值，并将原始数据及结果传输到无线通信模块中；所述无线通信模块，用于将采集的心电信号(ECG)和心冲击图信号(BCG)数据传输入监控终端设备，实现数据的实时处理分析，串口波特率设置为：115200，同时配以偶校验防止传输数据出错；所述电源功耗管理模块，用于给数据采集模块、无线通信模块、嵌入式主控模块等进行供电，合理配置电源功耗；所述信号识别算法模块，包括对采集到的原始心电和心冲击信号进行预处理，特征提取计算，血压值初筛计算；信号识别算法模块部署于嵌入式主控模块中；所述监控终端设备，用于心电和心冲击数据的接收显示、数据存储、数据分析，完成与用户的交互，提供用户长时间的精密血压分析报告。2.根据权利要求1所述的动态连续血压监测系统，其特征在于，所述床垫为多层结构，整体形状未长方形、椭圆形或圆形，其中均匀分布有柔性织物传感电极，用于对使用者进行多通道的信号采集，并且满足在任意卧姿下的信号采集和感知；其中，所述柔性织物传感电极主要均匀分布在人体躯干处：胸部和腹部，柔性织物传感电极也均匀分布于头部、颈部、腿部，数量较少些；柔性织物传感电极数量为冗余设计，确保获取不少于一个通道的高质量ECG和BCG信号，更多通道的高质量信号有助于后期解算时增加有效特征值数量，提高血压解算的精度。3.根据权利要求2所述的动态连续血压监测系统，其特征在于，所述柔性传感器模块即床垫为多层结构，包括隔离层、柔性织物传感电极层、缓冲层；具体地，床垫的底层为隔离层，隔离层上面为与隔离层同样大小的第一柔性织物传感电极层；在第一柔性织物传感电极层上面，为离散分布的第二柔性织物传感电极层；该离散分布的第二柔性织物传感电极层的形状是多条横向布设的柔性织物传感电极条，或者是圆点形状的柔性织物传感电极阵列；该离散分布的第二柔性织物传感电极层与第一柔性织物传感电极层之间设置有相应离散、相应形状的隔离层和缓冲层；这些离散的第二柔性织物传感电极层根据需要布设于人体对应的重点测量部位。4.根据权利要求3所述的动态连续血压监测系统，其特征在于：
所述柔性织物传感电极，柔软、亲肤，可直接接触皮肤表面；所述隔离层，由不导电的织物制成，可以隔离电极层之间的信号，避免产生串扰，此外还可以屏蔽外部信号、衰减噪声，提高传感器对于生理信号的感知能力；所述缓冲层，采用海绵，泡棉结构，兼具柔软性与一定的支撑性，使不同的姿势下身体和电极保持紧密接触，降低因身体晃动导致的信号采集不稳定性，确保感知到高质量的生理信号。5.根据权利要求1所述的动态连续血压监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括依次连接的：缓冲电路，滤波电路，MUX电路，增益放大电路，高精度ADC电路，高精度晶振模块、高精度参考电压基准源模块，温度测量电路；其中：所述缓冲电路，与所述数据采集模块连接，用于增加采集信号时的抗干扰能力和带负载能力，提高数据采集模块的输入阻抗；具体由运算放大器构成；所述滤波电路，与所述缓冲电路连接，用于对采集的信号进行工频滤波、低通滤波、抑制电磁干扰；所述MUX电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔睿，陈炜，陈晨，吴咏霖，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：