CN104970781A - 一种踝臂指数测量装置、血压计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种踝臂指数测量装置、血压计，本发明利用第一传感器阵列和第二传感器阵列采集处理得到心电信号，并利用第一传感器阵列和第二传感器阵列采集得到两个脉搏信号，利用心电信号和两个脉搏信号得到两个脉搏传导时间，之后再利用两个脉搏传导时间以及血压模型可以得到两个血压值，这两个血压的比值即为踝臂指数。利用本发明的装置和血压计可以方便快捷的得到踝臂指数和血压，不必使用血压袖带，不会给被测者带来不舒适的感觉，同时利用本发明的装置测得的踝臂指数的精度很高，误差仅在0.05％左右。

Description

一种踝臂指数测量装置、血压计

技术领域

本发明属于生物指数测定技术领域，尤其涉及一种踝臂指数测量装置、血压计。

背景技术

动脉硬化是与高血压、肥胖、糖尿病、高血脂等联系在一起的并发症，可导致心血管疾病和中风等，而心血管疾病和中风正是致病和致残的重要原因，并且目前正以惊人的速度增加。随着我国人口老龄化的发展趋势，这一问题将会越来越严重。因此早期检查出动脉硬化症状并进行预防就显得尤为重要了。动脉狭窄程度是检测动脉硬化的重要指标，踝臂指数(Ankle Brachial Index，ABI)是用于评估动脉狭窄程度的重要指数，对此指数的检测对于筛查和评估动脉硬化有着重要的作用。

现有技术中，踝臂指数(ABI，Ankle Brachial Blood Pressure Index)是用血压测定装置分别测定卧位状态的被测定者的上肢以及下肢的血压，并计算它们的血压比而获得的。这种方法需要血压袖带充气和放气进行血压测量，测量时间较长，而且会给受试者带来不舒适。

发明内容

本发明的目的是提供一种踝臂指数测量装置或血压计，可以方便快捷的测量血压或踝臂指数，并且不会给被测者带来不舒适的感觉。

为实现上述的发明目的，本发明公开了一种踝臂指数测量装置，所述装置包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、心电信号调理模块、脉搏信号调理模块以及处理器；

所述第一传感器阵列包括第一金属电极以及第一脉搏波传感器；

所述第二传感器阵列包括第二金属电极以及第二脉搏波传感器；

所述第一金属电极和第二金属电极均与所述心电信号调理模块连接，所述心电信号调理模块用于接收由所述第一金属电极检测的信号以及由所述第二金属电极检测的信号，处理得到一心电信号，并提取所述心电信号的R波；

所述第一脉搏波传感器和第二脉搏波传感器均与所述脉搏信号调理模块连接，所述脉搏信号调理模块用于接收由所述第一脉搏波传感器检测的第一脉搏波以及由所述第二脉搏波传感器检测的第二脉搏波，并提取所述第一脉搏波的峰值点的信息以及所述第二脉搏波的峰值点的信息；

所述心电信号调理模块和脉搏信号调理模块均与所述处理器连接，所述处理器根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第一脉搏波的峰值点的信息计算得到第一脉搏波传导时间；根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第二脉搏波的峰值点的信息计算得到第二脉搏波传导时间，并根据所述第一脉搏波传导时间以及第二脉搏波传导时间得到踝臂指数。

优选地，所述处理器包括传导时间计算单元，其计算所述心电信号的R波与所述第一脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述第一脉搏波传导时间；计算所述心电信号的R波与所述第二脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述第二脉搏波传导时间。

优选地，所述处理器还包括踝臂指数计算单元，其利用所述第一脉搏波传导时间、第二脉搏波传导时间以及血压模型计算得到第一血压和第二血压，并计算所述第一血压和所述第二血压的比值，得到所述踝臂指数；

其中所述血压模型为：

BP1＝a1*T1+b1

BP3＝a3*T3+b3

式中，a1、b1、a3、b3均为预定参数，T1为所述第一脉搏波传导时间，T3为所述第二脉搏波传导时间，BP1为所述第一血压，BP3为所述第二血压。

优选地，所述第一脉搏波传感器包括两个发光二极管以及一个光电传感器，并且所述第一脉搏波传感器设置于所述第一金属电极上；

所述第二脉搏波传感器包括两个发光二极管以及一个光电传感器，并且所述第二脉搏波传感器设置于所述第二金属电极上。

优选地，所述装置还包括存储模块，与所述处理器连接。

优选地，所述装置还包括与所述处理器连接的电源管理模块、输入模块、显示模块以及通信模块。

优选地，所述第一脉搏波的峰值点的信息用所述第一脉搏波的斜率最大值点的信息代替，所述第二脉搏波的峰值点的信息用所述第二脉搏波的斜率最大值点的信息代替。

一种血压计，所述血压计包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、心电信号调理模块、脉搏信号调理模块以及处理器；

所述第一传感器阵列包括第一金属电极以及第一脉搏波传感器；

所述第二传感器阵列包括第二金属电极以及第二脉搏波传感器；

所述第一金属电极和第二金属电极均与所述心电信号调理模块连接，所述心电信号调理模块用于接收由所述第一金属电极检测的信号以及由所述第二金属电极检测的信号，处理得到一心电信号，并提取所述心电信号的R波；

所述第一脉搏波传感器和第二脉搏波传感器均与所述脉搏信号调理模块连接，所述脉搏信号调理模块用于接收由所述第一脉搏波传感器检测的第一脉搏波以及由所述第二脉搏波传感器检测的第二脉搏波，并提取所述第一脉搏波的峰值点的信息以及所述第二脉搏波的峰值点的信息；

所述心电信号调理模块和脉搏信号调理模块均与所述处理器连接，所述处理器根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第一脉搏波的峰值点的信息计算第一脉搏波传导时间；根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第二脉搏波的峰值点的信息计算第二脉搏波传导时间，并根据所述第一脉搏波传导时间、第二脉搏波传导时间以及血压模型得到第一血压和第二血压。

优选地，所述血压模型为：

BP1＝a1*T1+b1

BP3＝a3*T3+b3

式中，a1、b1、a3、b3均为预定参数，T1为所述第一脉搏波传导时间，T3为所述第二脉搏波传导时间，BP1为所述第一血压，BP3为所述第二血压。

优选地，所述第一脉搏波的峰值点的信息用所述第一脉搏波的斜率最大值点的信息代替，所述第二脉搏波的峰值点的信息用所述第二脉搏波的斜率最大值点的信息代替。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明利用第一传感器阵列和第二传感器阵列采集处理得到心电信号，并利用第一传感器阵列和第二传感器阵列采集得到两个脉搏信号，利用心电信号和两个脉搏信号得到两个脉搏传导时间，之后再利用两个脉搏传导时间以及血压模型可以得到两个血压值，这两个血压的比值即为踝臂指数。利用本发明的装置和血压计可以方便快捷的得到踝臂指数和血压，不必使用血压袖带，不会给被测者带来不舒适的感觉，同时利用本发明的装置测得的踝臂指数的精度很高，误差仅在0.05％左右。

附图说明

图1为本发明的踝臂指数测量装置的结构示意图；

图2为本发明的踝臂指数测量装置的模块结构示意图；

图3为本发明中第一传感器阵列或第二传感器阵列的结构示意图；

图4为本发明中处理器和通信模块的电路图；

图5为本发明中脉搏信号调理模块的电路图；

图6为本发明中心电信号调理模块的电路图；

图7为本发明中电源管理模块的电路图；

图8为本发明中心电信号和脉搏信号的波形图；

图9为本发明中血压值与第一脉搏传导时间的关系图；

图10为本发明中血压值与第二脉搏传导时间的关系图；

图11为利用发明的装置测量的踝臂指数与实际测量的踝臂指数的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种踝臂指数测量装置，如图1所示，所述装置包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、心电信号调理模块、脉搏信号调理模块以及处理器；所述第一传感器阵列包括第一金属电极(可以为一个金属片)1以及第一脉搏波传感器2；所述第二传感器阵列包括第二金属电极(可以为一个金属片)4以及第二脉搏波传感器5；所述第一金属电极1和第二金属电极4均与所述心电信号调理模块连接，所述心电信号调理模块用于接收由所述第一金属电极1检测的信号以及由所述第二金属电极检测4的信号，处理得到一心电信号，并提取所述心电信号的R波。

所述第一脉搏波传感器2和第二脉搏波传感器5均与所述脉搏信号调理模块连接，所述脉搏信号调理模块用于接收由所述第一脉搏波传感器2检测的第一脉搏波以及由所述第二脉搏波传感器5检测的第二脉搏波，并提取所述第一脉搏波的峰值点的信息以及所述第二脉搏波的峰值点的信息。

所述心电信号调理模块和脉搏信号调理模块均与所述处理器连接，所述处理器根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第一脉搏波的峰值点的信息计算第一脉搏波传导时间；根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第二脉搏波的峰值点的信息计算第二脉搏波传导时间，并根据所述第一脉搏波传导时间以及第二脉搏波传导时间得到踝臂指数。

图1中3为电源开关，用于接通或断开踝臂指数测量装置的电源。

进一步地，心电信号调理模块为一个、脉搏信号调理模块为两个，如图2所示。第一电极和第二金属电极均连接同一个心电信号调理模块，经过心电信号调理模块处理得到一个通道的心电信号波，图6为心电信号调理模块的电路图。第一脉搏波传感器和第二脉搏波传感器分别连接不同的脉搏信号调理模块，得到两个脉搏波，图5为脉搏信号调理模块的电路图。

进一步地，所述处理器包括传导时间计算单元，其计算所述心电信号的R波与所述第一脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述第一脉搏波传导时间；计算所述心电信号的R波与所述第二脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述第二脉搏波传导时间。

进一步地，所述处理器还包括踝臂指数计算单元，其利用第一脉搏波传导时间、第二脉搏波传导时间以及血压模型计算得到第一血压和第二血压，并计算所述第一血压和所述第二血压的比值，得到所述踝臂指数；其中所述血压模型为：

BP1＝a1*T1+b1

BP3＝a3*T3+b3

式中，a1、b1、a3、b3均为预定参数，是利用大量数据所获得的数值，T1为所述第一脉搏波传导时间，T3为所述第二脉搏波传导时间。

利用下面的公式计算出血压比值，用于衡量动脉粥样硬化程度

Ratio＝BP1/BP3＝(a1*T1+b1)/(a3*T3+b3)

进一步地，所述第一脉搏波传感器2包括两个发光二极管LED6、7(一般选择红外和红光波长)以及一个光电传感器8(可以为一个光电二极管)，并且所述第一脉搏波传感器设置于所述第一金属电极1上，或是两个发光二极管和一个光电传感器这三个部件围绕一圈金属电极1(即第一金属电极)；所述第二脉搏波传感器与第二脉搏波传感器的结构相同，包括两个发光二极管(一般选择红外和红光波长)以及一个光电传感器(可以为一个光电二极管)，并且所述第二脉搏波传感器设置于所述第二金属电极上，或是两个发光二极管和一个光电传感器这三个部件围绕一圈金属电极(即第二金属电极)，如图3所示。

进一步地，所述装置还包括存储模块，与所述处理器连接，用于存储处理器传递的信息(踝臂指数、血压、第一脉搏波传导时间以及第二脉搏波传导时间等等)。

进一步地，所述装置还包括与所述处理器连接的电源管理模块、输入模块、显示模块以及通信模块。电源管理模块，如图7所示，用于为处理器供电，输入模块用于传输参数或指令给处理器，显示模块用于显示处理器的信息(相关参数、预定参数、踝臂指数、血压、第一脉搏波传导时间以及第二脉搏波传导时间等等)；通信模块用于实现处理器与其他终端通讯，优选地通信模块可以是蓝牙传输单元，用于实现近距离的无线传输。

进一步地，所述第一脉搏波的峰值点的信息用所述第一脉搏波的斜率最大值点的信息代替，所述第二脉搏波的峰值点的信息用所述第二脉搏波的斜率最大值点的信息代替。可以利用第一脉搏波或第二脉搏波的斜率最大值点的时间计算出相应的脉搏波传导时间(第一脉搏波传导时间和第二脉搏波传导时间)。

在使用过程中，第一传感器阵列和第二传感器阵列分别接触人体的两个不同部位(一般用左手和额头接触这两个部位)。第一传感器阵列的第一金属电极和第二传感器阵列的第二金属电极分别与人体的两个部位相连接，心脏的电信号(心电信号)在人体不同部位会形成电位差，从而可以采集一个通道的心电信号。依据光电容积脉搏波原理，第一传感器阵列的光电传感器与第二传感器阵列的光电传感器可以采集人体两个部位的光电容积脉搏波。

一个通道的心电信号和二个通道的容积脉搏波信号通过滤波、放大、数模转化后，送至处理器。处理器对数据进行处理，并具有显示、数据存储和数据传输功能。图4为处理器部分的电路图，处理器将对所获得的信号进行处理，获得衡量血管狭窄程度的指标。首先将进行R波提取，心电信号中R波是一个十分显著的特征点，表征一个心跳的开始时刻。而脉搏波的峰值或者斜率最大值可以表征心脏泵血后，血液到达的时刻。如图8所示，获得脉搏波波峰点与心电R波之间的时间差即可以获得脉搏波传导时间。用T1表示顶部传感器所采集的手指脉搏波传导时间(即第一脉搏波传导时间)。用T3表示侧面传感器所采集的头部位的脉搏波传导时间(即第二脉搏波传导时间)。而T2＝T3-T1，代表两个脉搏波的传导时间差异。依据脉搏波传导时间和血压正相关的原理，可以获得手指处和额头部位的血压值。

通过大量受试者的实验，获得了一系列的实验数据。图9显示了血压值(收缩压mmHg)和第一脉搏波传导时间T1(PWTT/ms)的散点图(关系图)，图10显示了血压值(收缩压mmHg)和第二脉搏波传导时间T3(PWTT/ms)的散点图(关系图)，可以看出脉搏波传到时间和血压值具有高度的相关性。图11显示了Ratio(利用本发明的装置测量的踝臂指数ABI)和利用传统方法或实际测量获得的ABI的散点图(关系图)，可以看出这两者也具有良好的相关性，并且利用本方法获得的ABI误差在0.05左右。图9、10中各个点为对应的测量点，直线为根据对应的散点拟合形成的直线。图11中各个点为对应的测量点，直线为两种测量结果的等值线，与该线的距离越近则误差越小。

本发明还公开了一种血压计，所述血压计一种血压计，其特征在于，所述血压计包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、心电信号调理模块、脉搏信号调理模块以及处理器；所述第一传感器阵列包括第一金属电极以及第一脉搏波传感器；所述第二传感器阵列包括第二金属电极以及第二脉搏波传感器；所述第一金属电极和第二金属电极均与所述心电信号调理模块连接，所述心电信号调理模块用于接收由所述第一金属电极检测的信号以及由所述第二金属电极检测的信号，处理得到一心电信号，并提取所述心电信号的R波；所述第一脉搏波传感器和第二脉搏波传感器均与所述脉搏信号调理模块连接，所述脉搏信号调理模块用于接收由所述第一脉搏波传感器检测的第一脉搏波以及由所述第二脉搏波传感器检测的第二脉搏波，并提取所述第一脉搏波的峰值点的信息以及所述第二脉搏波的峰值点的信息。

所述心电信号调理模块和脉搏信号调理模块均与所述处理器连接，所述处理器根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第一脉搏波的峰值点的信息计算第一脉搏波传导时间；根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第二脉搏波的峰值点的信息计算第二脉搏波传导时间，并根据所述第一脉搏波传导时间、第二脉搏波传导时间以及血压模型得到第一血压和第二血压，其中所述脉搏波传导时间为所述心电信号的R波与所述脉搏波的峰值点的时间差。

进一步地，所述处理器包括传导时间计算单元，其计算所述心电信号的R波与所述脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述脉搏波传导时间。

进一步地，所述血压模型为：

BP1＝a1*T1+b1

BP3＝a3*T3+b3

式中，a1、b1、a3、b3均为预定参数，T1为所述第一脉搏波传导时间，T3为所述第二脉搏波传导时间。

进一步地，所述脉搏波传感器包括两个发光二极管以及一个光电传感器，并且所述脉搏波传感器设置于所述第一金属电极上。

进一步地，所述血压计还包括存储模块，与所述处理器连接，用于存储处理器传递的信息(血压等)。

进一步地，所述血压计还包括与所述处理器连接的电源管理模块、输入模块、显示模块以及通信模块。电源管理模块用于为处理器供电，输入模块用于传输预定参数或指令给处理器，显示模块用于显示处理器的信息(相关参数、预定参数、踝血压、脉搏波传导时间等)；通信模块用于实现处理器与其他终端通讯，优选地通信模块可以是蓝牙传输单元，用于实现近距离的无线传输。

进一步地，所述第一脉搏波的峰值点的信息用所述第一脉搏波的斜率最大值点的信息代替，所述第二脉搏波的峰值点的信息用所述第二脉搏波的斜率最大值点的信息代替。可以利用第一脉搏波或第二脉搏波的斜率最大值点的时间计算出相应的脉搏波传导时间(第一脉搏波传导时间和第二脉搏波传导时间)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种踝臂指数测量装置，其特征在于，所述装置包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、心电信号调理模块、脉搏信号调理模块以及处理器；

所述第一传感器阵列包括第一金属电极以及第一脉搏波传感器；

所述第二传感器阵列包括第二金属电极以及第二脉搏波传感器；

所述第一金属电极和第二金属电极均与所述心电信号调理模块连接，所述心电信号调理模块用于接收由所述第一金属电极检测的信号以及由所述第二金属电极检测的信号，处理得到一心电信号，并提取所述心电信号的R波；

所述第一脉搏波传感器和第二脉搏波传感器均与所述脉搏信号调理模块连接，所述脉搏信号调理模块用于接收由所述第一脉搏波传感器检测的第一脉搏波以及由所述第二脉搏波传感器检测的第二脉搏波，并提取所述第一脉搏波的峰值点的信息以及所述第二脉搏波的峰值点的信息；

所述心电信号调理模块和脉搏信号调理模块均与所述处理器连接，所述处理器根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第一脉搏波的峰值点的信息计算得到第一脉搏波传导时间；根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第二脉搏波的峰值点的信息计算得到第二脉搏波传导时间，并根据所述第一脉搏波传导时间以及第二脉搏波传导时间得到踝臂指数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器包括传导时间计算单元，其计算所述心电信号的R波与所述第一脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述第一脉搏波传导时间；计算所述心电信号的R波与所述第二脉搏波的峰值点之间的时间差作为所述第二脉搏波传导时间。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器还包括踝臂指数计算单元，其利用所述第一脉搏波传导时间、第二脉搏波传导时间以及血压模型计算得到第一血压和第二血压，并计算所述第一血压和所述第二血压的比值，得到所述踝臂指数；

其中所述血压模型为：

BP1＝a1*T1+b1

BP3＝a3*T3+b3

式中，a1、b1、a3、b3均为预定参数，T1为所述第一脉搏波传导时间，T3为所述第二脉搏波传导时间，BP1为所述第一血压，BP3为所述第二血压。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一脉搏波传感器包括两个发光二极管以及一个光电传感器，并且所述第一脉搏波传感器设置于所述第一金属电极上；

所述第二脉搏波传感器包括两个发光二极管以及一个光电传感器，并且所述第二脉搏波传感器设置于所述第二金属电极上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括存储模块，与所述处理器连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述处理器连接的电源管理模块、输入模块、显示模块以及通信模块。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述第一脉搏波的峰值点的信息用所述第一脉搏波的斜率最大值点的信息代替，所述第二脉搏波的峰值点的信息用所述第二脉搏波的斜率最大值点的信息代替。

8.一种血压计，其特征在于，所述血压计包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、心电信号调理模块、脉搏信号调理模块以及处理器；

所述第一传感器阵列包括第一金属电极以及第一脉搏波传感器；

所述第二传感器阵列包括第二金属电极以及第二脉搏波传感器；

所述第一金属电极和第二金属电极均与所述心电信号调理模块连接，所述心电信号调理模块用于接收由所述第一金属电极检测的信号以及由所述第二金属电极检测的信号，处理得到一心电信号，并提取所述心电信号的R波；

所述第一脉搏波传感器和第二脉搏波传感器均与所述脉搏信号调理模块连接，所述脉搏信号调理模块用于接收由所述第一脉搏波传感器检测的第一脉搏波以及由所述第二脉搏波传感器检测的第二脉搏波，并提取所述第一脉搏波的峰值点的信息以及所述第二脉搏波的峰值点的信息；

所述心电信号调理模块和脉搏信号调理模块均与所述处理器连接，所述处理器根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第一脉搏波的峰值点的信息计算第一脉搏波传导时间；根据其接收的所述心电信号的R波以及所述第二脉搏波的峰值点的信息计算第二脉搏波传导时间，并根据所述第一脉搏波传导时间、第二脉搏波传导时间以及血压模型得到第一血压和第二血压。

9.根据权利要求8所述的血压计，其特征在于，所述血压模型为：

BP1＝a1*T1+b1

BP3＝a3*T3+b3

式中，a1、b1、a3、b3均为预定参数，T1为所述第一脉搏波传导时间，T3为所述第二脉搏波传导时间，BP1为所述第一血压，BP3为所述第二血压。

10.根据权利要求8或9所述的血压计，其特征在于，所述第一脉搏波的峰值点的信息用所述第一脉搏波的斜率最大值点的信息代替，所述第二脉搏波的峰值点的信息用所述第二脉搏波的斜率最大值点的信息代替。