基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置，包括传感器模块、生理信号检测模块、模拟－数字转换模块和心脏功能无创检测模块；传感器模块、生理信号检测模块、模拟－数字转换模块和心脏功能无创检测模块依次连接在一起；传感器模块用于对生理信号进行采集；生理信号检测模块包括放大电路模块、滤波电路模块和去噪电路模块；心脏功能无创检测模块包括生理信号特征点提取模块、预处理模块、五分类直方图及指标计算模块和心脏功能评价模块。本发明专利技术是使用生理信号间期序列构造五分类直方图并利用指标生理信号间期分布密度对受测者心脏功能进行评价，能够准确的无创、方便、定量的给出受测者的心脏功能状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种心脏功能的无创检测装置，属于心血管系统功能状态检测技术领 域。
技术介绍
心血管系统疾病已成为全球范围内危及人类生命和健康的“头号杀手”，其致残、 致死率均居首位。目前，我国每年死于心血管疾病的人数高达300万人以上，约占因疾病导 致死亡人数的45%，而用于心血管疾病的医疗费高达1300亿元，造成巨大的经济损失和社 会负担。有资料显示，心脏病的发病年龄呈年轻化趋势，特别值得重视的是，中青年已经成 为心脏病猝死的高危人群。要改善心血管系统疾病流行的这种现状，就必须由消极治疗转向积极防御，及早 发现并加以干预。目前医院开展的无创心功能检查项目主要有心尖搏动图、颈动静脉波动 图、心阻抗图、超声心动图和放射性核素法等。但这些方法对操作者要求高，实施麻烦，检查 费用高，因此难以普及。心脏的节律受自主神经系统调控，正常的心脏节律体现着心脏自主神经的动态平 衡，而自主神经系统的失衡也会在心脏节律中有所体现。研究表明，在心血管疾病早期即存 在自主神经系统的失衡。因此可以通过观察心脏节律的改变对心脏功能进行评估。心率变 异性可以定量描述这种心脏节律的变化。心率变异性的分析方法有很多种，主要分为时域、 频域和非线性分析方法三类，其中应用较广泛的是散点图法，但由于该方法主要靠医生肉 眼观察，分析结果特异性低，并不能进行准确诊断，在临床应用中受到一定限制。
技术实现思路
本专利技术针对现有无创心脏功能检查技术的不足，提供一种基于生理信号间期序列 的心脏功能无创检测装置，该检测装置通过计算受测者生理信号间期序列五分类直方图的 生理信号间期分布密度(Pi，i = 1,2,…5)，根据这5个指标并结合受测者的年龄、身高、 体重等因素对受测者的心脏功能做出评价。本专利技术的基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置，采用以下技术解决方 案该检测装置包括传感器模块、生理信号检测模块、模拟_数字转换模块和心脏功 能无创检测模块；传感器模块、生理信号检测模块、模拟-数字转换模块和心脏功能无创检 测模块依次连接在一起；传感器模块用于对受测者的生理信号进行采集，并将采集到的生 理信号输入生理信号检测模块；生理信号检测模块包括滤波电路模块、去噪电路模块和放 大电路模块，用于对采集的生理信号进行滤波、去噪和放大，并将处理后的生理信号输入模 拟-数字转换模块；模拟-数字转换模块用于对生理信号进行模拟-数字转换；心脏功能无 创检测模块包括生理信号特征点提取模块、预处理模块、五分类直方图及指标计算模块和 心脏功能评价模块，用于接受来自模拟-数字转换模块的数字信号，并完成以下操作4(1)提取生理信号的特征点，并构造生理信号间期序列，生理信号是指人体在生理 过程中所发出的各种电的或者非电的信号；例如心电信号、心音信号、桡动脉及颈动脉脉搏信号等；(2)对所获得的生理信号间期序列进行预处理；(3)利用预处理后的生理信号间期序列构造五分类直方图；(4)计算五分类直方图的指标生理信号间期分布密度P y i = 1，2，-5 ；(5)依据指标生理信号间期分布密度并结合受测者的年龄、身高和体重对受测者 的心脏功能做出评价。上述基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置还包括均与心脏功能无创 检测模块连接的开关机控制模块、指示灯模块和打印显示模块；开关机控制模块包括启动 开关和紧急关闭开关，实现整个检测装置的启动和紧急关闭；指示灯模块包括电极片或传 感器脱落指示灯、准备就绪指示灯、正在采集信号指示灯和采集结束指示灯，用于指示整个 检测装置的各种运行状态；打印显示模块包括打印模块和显示模块，实现对检测结果的显 示和打印功能。所述生理信号间期包括由单一生理信号得到的生理信号间期(例如，由心电信号 得到的R-R间期，由心音信号得到的Sl-Sl间期，由脉搏信号得到的P-P间期、U-U间期等) 以及由两个或两个以上生理信号联合得到的生理信号间期(例如，由心电信号和心音信号 联合得到的电机械延迟时间Q-Sl间期，由心电信号和脉搏信号或者心音信号和脉搏信号 得到的脉搏波传播时间PTT间期等)。下面给出上述基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置的具体检测过程。首先，受测者在静息休息5到10分钟后，将传感器或者电极安放到受测者身上，并 采集受测者的生理信号，采集时间持续5到10分钟，通过生理信号检测模块对采集的生理 信号去噪、滤波、放大，再通过模拟_数字转换模块对其进行模拟_数字转换，并将转换后的 生理信号数据进行存储。其次，自动识别生理信号的特征点，并根据特征点构造出生理信号 间期序列S= Is1, s2,…，sN}0再次，通过心脏功能无创检测模块对获取的生理信号间期 序列进行预处理，主要是将在提取特征点过程中产生的坏点自动鉴别并去除，从而得到新 的无坏点的生理信号间期序列S' ={Sl，s2，···，％}；然后，根据预处理后的生理信号间期 序列构造五分类直方图，并计算五分类直方图指标生理信号间期分布密度Ppi = 1,2,… 5。最后，依据指标生理信号间期分布密度Pi，i = 1，2，…，5，并结合受测者的年龄、身高、 体重等因素对受测者的心脏功能做出评价。对所获得的生理信号间期序列进行预处理的步骤如下①设置滑动窗口宽度ω = 50，并逐段交迭50%，则生理信号间期序列被划分为 S1, S2,…，Si,…，段，如下所示S1 = {s1 …，s50} ；S2 = {s26,…，s75}；...；②对每段序列Si求相应的脉冲抑制滤波器 其中，HiecHSJ是一个中值滤波器，i = 1，2，...，m，j = l，2，-,50 ；③利用信号增强技术对滤波器进行增强处理，增大坏点与正常点之间的差异性；Di (j) = -Cli(J)^log2 Cli(J)3其中，i= l，2，...，m，j = l，2，-,50 ；④设定阈值τ，删除高于该阈值的Di (j)所对应的生理信号间期序列值；⑤重复步骤(1)_(4)直到高于阈值的队(」)的数目为0，从而得到无坏点的新的生 理信号间期序列S' ={Sl，s2，···，％}。生理信号间期序列五分类直方图的构造步骤如下①记生理信号间期序列S' = {Sl，s2，…，％}的最大值为Smax，最小值为Smin，计算 生理信号间期序列的极差Srange和中值S—，s =s -S ■. ②设a = 0. l*srange,以及左步长值H1和右步长值Hr, ③记Si，i = 1,2,…，M为生理信号间期序列元素值，将生理信号间期序列元素划 分为以下五类第一类，满足smin+a ^ Si < Smedian-Sffl1,计算该类元素分布范围巧=2*H1;元素个 数为P1;第二类满足SmedianIffl1 ^ Si < Smedian-H1,计算该类元素分布范围r2 = 2*H1;元素 个数为P2 ；第三类满足Smedian-H1 ^ Si < smedian+Hr,计算该类元素分布范围r3 = H1+^,元素 个数为P3 ；第四类满足smedian+Hr ^ Si < smedian+3*Hr，计算该类元素分布范围r4 = 2*Hr，元素 个数为P4 ；第五类满足smedian+3*Hr彡Si < sfflax本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置，包括传感器模块、生理信号检测模块、模拟－数字转换模块和心脏功能无创检测模块；其特征在于：传感器模块、生理信号检测模块、模拟－数字转换模块和心脏功能无创检测模块依次连接在一起；传感器模块用于对生理信号进行采集，并将采集到的生理信号输入生理信号检测模块；生理信号检测模块包括滤波电路模块、去噪电路模块和放大电路模块，用于对采集的生理信号进行滤波、去噪和放大，并将处理后的生理信号输入模拟－数字转换模块；模拟－数字转换模块用于对生理信号进＜ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］－３＊Ｈ↓［ｌ］，计算该类元素分布范围ｒ↓［１］＝２＊Ｈ↓［ｌ］，元素个数为Ｐ↓［１］；第二类：满足ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］－３＊Ｈ↓［ｌ］≤ｓ↓［ｉ］＜ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］－Ｈ↓［ｌ］，计算该类元素分布范围ｒ↓［２］＝２＊Ｈ↓［ｌ］，元素个数为Ｐ↓［２］；第三类：满足ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］－Ｈ↓［ｌ］≤ｓ↓［ｉ］＜ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］＋Ｈ↓［ｒ］，计算该类元素分布范围ｒ↓［３］＝Ｈ↓［ｌ］＋Ｈ↓［ｒ］，元素个数为Ｐ↓［３］；第四类：满足ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］＋Ｈ↓［ｒ］≤ｓ↓［ｉ］＜ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］＋３＊Ｈ↓［ｒ］，计算该类元素分布范围ｒ↓［４］＝２＊Ｈ↓［ｒ］，元素个数为Ｐ↓［４］；第五类：满足ｓ↓［ｍｅｄｉａｎ］＋３＊Ｈ↓［ｒ］≤ｓ↓［ｉ］＜ｓ↓［ｍａｘ］－ａ，计算该类元素分布范围ｒ↓［５］＝２＊Ｈ↓［ｒ］，元素个数为Ｐ↓［５］；④Ｍ为生理信号间期序列Ｓ′＝｛ｓ↓［１］，ｓ↓［２］，…，ｓ↓［Ｍ］｝的元素总数，计算五类的元素百分比ｐ↓［ｉ］，ｐ↓［ｉ］＝Ｐ↓［ｉ］／Ｍ，　ｉ＝１，２，…，５以第一、二、…五类的顺序为横坐标，以相应的ｐ↓［ｉ］为纵坐标，绘制生理信号间期序列五分类直方图；（４）计算五分类直方图的指标生理信号间期分布密度ρ↓［ｉ］，ｉ＝１，２，…５：ρ↓［ｉ］＝ｐ↓［ｉ］／ｒ↓［ｉ］，ｉ＝１，２，…，５，其中，ｐ↓［ｉ］为生理信号间期序列五分类直方图中落在每一类的元素百分比，ｒ↓［ｉ］为相应类的元素分布范围，ρ↓［ｉ］则为所求得的相应类的生理信号间期分布密度；（５）依据指标生理信号间期分布密度并结合受测者的年龄、身高和体重对受测者的心脏功能做出评价；按以下公式所求得的受测者的心脏功能指数ＣＦ进行评价：ＣＦ＝１．１２３＊ρ↓［１］＋０．１１７＊ρ↓［２］＋１．６２４＊ρ↓［３］＋０．９９４＊ρ↓［４］＋１．０...

【技术特征摘要】
一种基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置，包括传感器模块、生理信号检测模块、模拟 数字转换模块和心脏功能无创检测模块；其特征在于传感器模块、生理信号检测模块、模拟 数字转换模块和心脏功能无创检测模块依次连接在一起；传感器模块用于对生理信号进行采集，并将采集到的生理信号输入生理信号检测模块；生理信号检测模块包括滤波电路模块、去噪电路模块和放大电路模块，用于对采集的生理信号进行滤波、去噪和放大，并将处理后的生理信号输入模拟 数字转换模块；模拟 数字转换模块用于对生理信号进行模拟 数字转换；心脏功能无创检测模块包括生理信号特征点提取模块、预处理模块、五分类直方图及指标计算模块和心脏功能评价模块，用于接受来自模拟 数字转换模块的数字信号，并完成以下操作(1)提取生理信号的特征点，并构造生理信号间期序列，生理信号是指人体在生理过程中所发出的各种电的或者非电的信号；(2)对所获得的生理信号间期序列进行预处理；步骤如下①设置滑动窗口宽度ω＝50，并逐段交迭50％，则生理信号间期序列被划分为S1，S2，…，Si，…，Sm共m段，如下所示S1＝{s1，…，s50}；S2＝{s26，…，s75}；…；②对每段序列Si求相应的脉冲抑制滤波器 <mrow><msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>|</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>med</mi><mo>{</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi></msub><mo>}</mo><mo>|</mo> </mrow> <mrow><mn>1.483</mn><mi>med</mi><mo>{</mo><mo>|</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>med</mi><mo>{</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi></msub><mo>}</mo><mo>|</mo><mo>}</mo> </mrow></mfrac> </mrow>其中，med{□}是一个中值滤波器，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，50；③利用信号增强技术对滤波器进行增强处理，增大坏点与正常点之间的差异性；Di(j)＝ di(j)3*log2 di(j)3其中，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，50；④设定阈值τ，删除高于该阈值的Di(j)所对应的生理信号间期序列值；⑤重复步骤(1) (4)直到高于阈值的Di(j)的数目为0，从而得到无坏点的新的生理信号间期序列S′＝{s1，s2，…，sM}；(3)利用预处理后的生理信号间期序列构造五分类直方图，构造步骤如下①记生理信号间期序列S′＝{s1，s2，…，sM}的最大值为smax，最小值为smin，计算生理信号间期序列的极差srange和中值smedian，srange＝smax smin.②设a＝0.1*srange，以及左步长值Hl和右步长值Hr， <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>l</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>S</mi> <mi>median</mi></msub><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>S</mi><...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，李丽萍，刘常春，刘澄玉，张庆广，
申请(专利权)人：山东大学，济南汇医融工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]