确定体外反搏过程中的最优加压时间的方法及采用该方法的体外反搏装置制造方法及图纸

一种体外反搏的控制方法及其装置属于体外反搏控制技术领域，它是在小波变换方法实时检测心电信号ＱＲＳ波的基础上，采用动态规划算法确定反搏时最优加压时间的控制方法，它由实时检测ＱＲＳ波、确定临界点、建立评价指标、动态规划求最优加压时间、实施反搏过程五个步骤组成。所采用的装置由采样电路采集心电（脉压）信号，经放大电路、Ａ／Ｄ转换器后传给计算机，计算机发指令给气囊控制电路，驱动与气泵和气囊相连的电磁阀，直接控制反搏过程，其反搏疗效好，稳定性高。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种体外反搏的控制方法及其装置属于体外反搏控制
其中，心电、脉压信号的实时处理也适用于体内反搏控制
体外反搏是用于治疗缺血性冠心病、还可用在神经科、眼科、肢体治疗、体育训练的恢复等方面的一种重要的无创伤治疗方法。它是采用增加心血搏出量和减少外周阻力的医疗方法使心脏供血得到改善。在心动周期的舒张期内血液从心脏经主动脉流向周身血管时，通过气泵向包裹在人体四肢、臀部的气囊充气加压，压迫血管使肢体动脉血液尽快反流至主动脉；心室再次收缩时，气泵迅速排气撤掉压力，肢体血管张开，使动脉内舒张压下降，血液加速流向肢体远端。如此循环往复，利于血液循环改善，提高心脏及主动脉收缩功能。体外反搏必须在心脏的舒张期内进行，其过程及效果决定于心动周期(包括心脏收缩压与舒张压临界点)及加压强度的确定。目前体外反搏过程的控制方法，一般是通过如下过程进行(1)从分析心电、脉压信号入手，对信号采用斜率的方法进行数值比较，找出相邻两周期的最大值或最小值对，确定静态周期值；(2)根据周期信号，经验确定临界点及气囊充排气时间；(3)采用三级(小腿、大腿、臀部)或二级(大腿、臀部)经验控制进行加压，然后在周期结束前统一排气。这种方法的缺点1.由于有些人的心电或脉压信号的繁杂性(如信号出现奇异或规律性不强，高频心电图的切迹、扭挫，人体稳定性不够，外界干扰等)，使得其极值点判断不准确或者容易造成误判，导致周期判断不准；2.由于检测过程采用前面累计周期的平均值作为实时值进行替代，因而影响实时控制效果；3.在反搏控制过程中由经验采用各级等时间加压，虽然比较安全，但因不是根据患者具体情况施治，不能取得最佳效果；4.软件功能不强，即软硬件结合的不好，影响装置功能的潜能发挥。中国专利局1995年11月8日公开的“心电和脉搏自适应分析法及其装置”(申请号为94112295.6)，虽然提出一种采用小波母函数方法对心电信号进行处理的新方法，但它不是采用二进小波变换三阶样条算法，实时处理心电信号有困难，且并没有具体应用在体外反搏领域。当前较先进的体外反搏装置，以中国专利局1990年9月5日公开的“通用微机全自动体外反搏装置”(申请号为88105595.6)及1994年4月6日公开的“全自动体外反搏治疗监护装置”(申请号为92108575.3)为代表，其结构框图见附图说明图1所示，均由心电(脉压)信号采样电路1、心电(脉压)信号放大电路2、A/D转换器3、计算机4及由计算机4监控驱动气囊充排气的气囊控制电路5构成，气囊控制电路5的一端与计算机4相连，另一端通过电磁阀6与有管道保持相通的气泵及四肢、臀部气囊相连。以上装置中均采用计算机进行监控，由计算机对患者的心电、脉压信号进行处理后发出充排气指令，由气囊控制电路驱动电磁阀动作，控制气囊充排气过程，实现了充排气动作的自动控制，但如前所述，由于其检测过程中周期值及气囊充排气起始时间的确定均采用前面累计周期的平均值作为实时值进行替代，因而不能达到对动态信号进行实时控制的效果。另外，其气囊控制电路均采用硬件定时电路，由计算机对心电、脉压信号进行处理后发出充、排气指令，通过硬件定时电路控制电磁阀定时、序贯地进行气囊的充排气过程，除了充、排气起始时间由计算机控制根据患者不同的周期信号进行处理可以调整外，各气囊的充、排气时间均由硬件定时电路固定，采用固定脉冲时间间隔方式控制，不能根据患者的具体情况进行调整和优化，因而不能取得最佳的反搏效果。另外，现有装置还存在如下一些缺陷如均采用普通运算放大器构成的放大电路，其稳定性及抗干扰能力不强；其A/D转换器均采用8位A/D转换器，精度不高等。本专利技术的目的在于提供一种对动态信号实时控制、具有良好稳定性和可靠性、反搏疗效好的体外反搏控制方法及其装置。本专利技术所提出的体外反搏控制方法，其特征是在小波变换方法实时检测心电信号QRS波的基础上，采用动态规划算法确定对时间最优控制的控制方法，它包含以下步骤实时检测QRS波的位置，其具体步骤如下①抽取心电数字信号，每5毫秒采一点，可选750个点，用Mallat算法对该信号进行小波变换，得到小波输出序列，取3尺度上高分辨率下的小波输出序列；②求斜率阈值s和距离阈值d，具体为假设750个点有三个周期，先找到这三个周期的极大值—极小值对，取这三个正极大值—负极小值斜率平均值的一半作为斜率阈值s，三段距离平均值作为距离阈值d；③实时过程开始，采一点前取15点补足进行变换；④在3尺度上，对经小波变换后的16个点从最后一点开始依次判断是否为极大值或极小值；⑤找到极大值后，记其位置为m，其值为B；找到极小值后，记其位置为n，其值为A，若|m-n|＜d+s，计算其斜率SR=|B-Am-n|]]>⑥若SR＜s，则m与n之间的零值为QRS波的R波位置，否则，取下一信号点，重复①、②、③、④、⑤过程；在实时检测R波位置的基础上，确定临界点；建立反搏功能评价指标J=∫TstaP(t)dt+∫taTP(t)dt]]>其中，J为心血管血流量，ta为加压起始时间，Ts为收缩压与舒张压的临界点，T为心动周期，P(t)为脉压值；分别对小腿、大腿、臀部及其联合进行反搏测试，根据设置的小腿、大腿及臀部各自不同的加压起始时间ta(1)、ta(2)、ta(3)，记录它们反搏后的脉压值，然后根据上述反搏功能评价指标，采用动态规划算法，得到反搏时最优加压时间ta(1)、ta(2)、ta(3)；根据QRS波的R波位置及最优加压时间，实施实时反搏过程。根据本专利技术所述的体外反搏控制方法所设计的体外反搏控制装置，其特征在于心电(脉压)信号放大电路2由一增益可调的两级放大电路7及一滤波电路8组成，两级放大电路7的前置级为一主要由一精密仪表放大器9组成的差动放大电路，其信号输入端与心电(脉压)信号采样电路1的输出端相连，后级为一主要由一可变增益运算放大器10组成的比例放大电路，其输出端接滤波电路8的信号输入端，滤波电路8由一巴特沃滋滤波器构成。滤波电路8的信号输出端接A/D转换器3的模拟信号输入端，A/D转换器3通过其上的数据线、控制线及信号输出端按常规方式与计算机4相连，计算机4同时还通过其上的数据总线、地址总线及控制总线与气囊控制电路5相连，气囊控制电路5主要由通过各自的输入、输出口顺序连接的触发器13、数据驱动器14及光电耦合器15构成。本专利技术所述的体外反搏控制装置，其中的心电(脉压)信号放大电路2可调电阻R1的精密仪表放大器9及其输入电路组成的差动放大电路构成，输入电路的一端与仪表放大器9的信号输入端相连，另一端与心电(脉压)信号采样电路的输出端相连。两级放大电路的后级由一可变增益运算放大器10及与之相连的输入电阻R3、接地电阻R4、可调反馈电阻R5组成的同相比例运算电路构成；两级放大电路之间的连接关系为前置级仪表放大器9的输出端经输入电阻R3后接后级可变增益放大运放10的同相输入端；滤波电路8由一巴特沃滋滤波器构成，它由顺序相连的开关电容滤波器11及由RC电路串联一可变增益运放12构成的有源低通滤波器组成，滤波电路8的输入端经过一串联电阻R6、电容C3后与两级放大电路7中后级可变增益运算放大器10的信号输出端相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种体外反搏的控制方法，其特征在于：它是一种在小波变换方法实时检测心电信号ＱＲＳ波的基础上，采用动态规划算法确定反搏时最优加压时间的控制方法，它包含以下步骤：［１］实时检测ＱＲＳ波的位置，其具体步骤如下：①抽取心电数字信号，每５毫秒 采一点，可选出７５０个点，用Ｍａｌｌａｔ算法对该信号进行小波变换，得到小波输出序列，取３尺度上高分辨率下的小波输出序列；②求斜率阈值ｓ和距离阈值ｄ，具体为：假设７５０个点有三个周期，先找到这三个周期的极大值－极小值对，取这三个正极大 值－负极小值斜率平均值的一半作为斜率阈值ｓ，三段距离平均值作为距离阈值ｄ；③实时过程开始，采一点前取１５点补足进行变换；④在３尺度上，对经小波变换后的１６个点从最后一点开始依次判断是否为极大值或极小值；⑤找到极大值后，记其位置为 ｍ，其值为Ｂ；找到极小值后，记其位置为ｎ，其值为Ａ，若｜ｍ－ｎ｜＜ｄ＋ｓ，计算其斜率：ＳＲ＝｜Ｂ－Ａ／ｍ－ｎ｜其中，ＳＲ为斜率；⑥若ＳＲ＜ｓ，则ｍ与ｎ之间的零值为ＱＲＳ波的Ｒ波位置，否则，取下一信号点，重复①、②、③、④、⑤过程； ［２］在实时检测Ｒ波位置的基础上，确定临界点；［３］建立反搏功能评价指标Ｊ＝∫↓［Ｔｇ］↑［ｔａ］Ｐ（ｔ）ｄｔ＋∫↓［ｔａ］↑［Ｔ］Ｐ（ｔ）ｄｔ其中，Ｊ为心血管血流量，ｔａ为加压起始时间，Ｔｓ为收缩压与舒张压的临界点，Ｔ为心动 周期，Ｐ（ｔ）为脉压值；［４］分别对小腿、大腿、臀部及其联合进行反搏测试，根据设置的小腿、大腿及臀部各自不同的加压起始时间ｔａ↑［（１）］、ｔａ↑［（２）］、ｔａ↑［（３）］，记录它们反搏后的脉压值，然后根据上述反搏功能评价指标，采用动 态规划算法，得到反搏时最优加压时间ｔａ↑［（１）］、ｔａ↑［（２）］、ｔａ↑［（３）］；［５］根据ＱＲＳ波的Ｒ波位置及最优加压时间，实施实时反搏过程。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振侃，蒋大林，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]