近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置及運(yùn)動(dòng)干擾消除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置及運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，裝置包括近紅外光譜探頭、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，近紅外光譜探頭和探測(cè)器上分別加載有用于消除摩擦的運(yùn)動(dòng)干擾的光學(xué)墊圈；干擾消除方法包括以下步驟：S1：采用上述裝置采集含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)；S2：將電信號(hào)輸入帶阻濾波器，去掉血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾；S22：采用gating的方式進(jìn)行濾波，濾除電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾。本發(fā)明采用帶阻濾波器來濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾，采用gating濾波來濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾，能夠有效消除運(yùn)動(dòng)干擾，提高測(cè)量的精確度。
【專利說明】近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置及運(yùn)動(dòng)干擾消除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，具體涉及消除運(yùn)動(dòng)干擾的血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，特別是一種近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置及運(yùn)動(dòng)干擾消除方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在正常的健康狀態(tài)下，人或動(dòng)物身體系統(tǒng)持續(xù)保持生理平衡。甚至在由疾病、藥物、外科手術(shù)、外傷等導(dǎo)致的外部影響時(shí)，身體系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)以保持生理平衡。為達(dá)到這種平衡，遍布全身的神經(jīng)感受器發(fā)揮作用進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如血壓、血流量、血氧飽和度等。
[0003]在血液動(dòng)力學(xué)性能不佳和自我調(diào)劑受損的情況下，所述對(duì)象顯示出低血壓時(shí)經(jīng)常進(jìn)入休克狀態(tài)。臨床上，所述對(duì)象被給予監(jiān)測(cè)或治療，來確保在體內(nèi)有足夠的血液流到維持生命的器官，包括大腦、心臟和腎臟，從而維持足夠的氧氣輸送，以滿足這些器官的代謝需要。如果不能給予及時(shí)的治療與監(jiān)測(cè)，將導(dǎo)致病情惡化。
[0004]人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)在病情診斷和健康監(jiān)護(hù)方面發(fā)揮著積極的作用，現(xiàn)在采用近紅外光光譜透射或反射的方式，通過對(duì)近紅外光譜的分析來達(dá)到對(duì)人體血液動(dòng)力學(xué)的檢測(cè)。但是在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于病人檢測(cè)部位(例如手指、腳趾、腦部、胸部、肢體部位等)發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，使檢測(cè)部位組織與傳感器之間發(fā)生相對(duì)位移，從而在人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)結(jié)果中引入了干擾。為了使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，現(xiàn)今通常采用自適應(yīng)濾波、分段濾波等方法消除血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)過程中的運(yùn)動(dòng)干擾。但這些比較常規(guī)的方法主要依賴于軟件上的信號(hào)處理，對(duì)于近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)技術(shù)所涉及的常見運(yùn)動(dòng)干擾——摩擦干擾、一定頻率的運(yùn)動(dòng)干擾和突發(fā)性無(wú)頻率的運(yùn)動(dòng)干擾，并不能有效、快速、簡(jiǎn)潔地消除。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加載光學(xué)墊圈的近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置，該裝置在進(jìn)行人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)時(shí)，近紅外光譜探頭和探測(cè)器不與皮膚接觸，能夠消除光敏器接觸壓力的變化，減少運(yùn)動(dòng)干擾的引入。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，采用帶阻濾波器來濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾，采用gating濾波來濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾，能夠有效消除運(yùn)動(dòng)干擾，提高測(cè)量的精確度。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置，包括近紅外光譜探頭、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)分別與紅外光譜探頭和探測(cè)器連接，所述的近紅外光譜探頭和探測(cè)器上分別加載有用于消除摩擦的運(yùn)動(dòng)干擾的光學(xué)墊圈，光學(xué)墊圈的中部打孔，將近紅外光譜探頭和探測(cè)器嵌于光學(xué)墊圈內(nèi)，并將光學(xué)墊圈固定在近紅外光譜探頭和探測(cè)器上，該光學(xué)墊圈的厚度大于近紅外光譜探頭和探測(cè)器的尺寸。
[0008]進(jìn)一步地，所述的光學(xué)墊圈采用能夠粘貼在近紅外光譜探頭和探測(cè)器上的光密材料制成，包括海綿單面膠帶、3M膠海綿條和EVA海棉條等。
[0009]本發(fā)明的一種近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，采用上述的近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置采集含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)，對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行處理，包括以下步驟:
[0010]S1:將采集到的電信號(hào)輸入帶阻濾波器，對(duì)周期性的運(yùn)動(dòng)干擾進(jìn)行濾波，去掉血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾；
[0011]S2:采用gating的方式進(jìn)行濾波，濾除電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾。
[0012]進(jìn)一步地，帶阻濾波器的濾除中心頻率與周期性運(yùn)動(dòng)干擾中心頻率一致，周期性運(yùn)動(dòng)干擾中心頻率即周期性運(yùn)動(dòng)干擾的頻率范圍的中心值，如心跳其頻率范圍為IHz?2Hz，則心跳干擾的中心頻率為1.5Hz。帶阻濾波器的帶寬大于周期性運(yùn)動(dòng)干擾的旁瓣頻率間隔，旁瓣頻率間隔即運(yùn)動(dòng)干擾的中心頻率與其頻率最大或最小值的間隔大小，如心跳的頻率范圍為IHz?2Hz，中心頻率為1.5Hz，則其旁瓣頻率為0.5Hz。帶阻濾波器的帶寬大于周期性運(yùn)動(dòng)干擾的旁瓣頻率間隔是為了取得更好的過濾效果，一般選取稍大于即可。帶阻濾波器為零相移濾波器。
[0013]進(jìn)一步地，所述的步驟S2具體實(shí)現(xiàn)方法為:對(duì)含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)進(jìn)行遍歷，將出現(xiàn)在遍歷范圍內(nèi)的典型奇異信號(hào)(一些突然出現(xiàn)的脈沖信號(hào))與血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)期間記錄的標(biāo)識(shí)事件時(shí)段進(jìn)行比對(duì)，標(biāo)識(shí)事件時(shí)間段即事件開始到事件結(jié)束的這段事件，如病人開始做動(dòng)作到動(dòng)作結(jié)束稱為一個(gè)標(biāo)識(shí)事件時(shí)段。若奇異信號(hào)出現(xiàn)在所有標(biāo)識(shí)事件時(shí)段的前后一定時(shí)間之外，則視為干擾信號(hào)，直接摘除。上述的一定時(shí)間的典型范圍應(yīng)為O至標(biāo)識(shí)事件時(shí)段，最佳值應(yīng)在(1/3?1/2)*標(biāo)識(shí)時(shí)間段，即在1/3*標(biāo)識(shí)時(shí)間段與1/2*標(biāo)識(shí)時(shí)間段之間，其中，為相乘的意思，摘除干擾的信號(hào)拼接起來，這樣即濾除掉那些非周期性運(yùn)動(dòng)所帶來的干擾。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、用光學(xué)墊圈將近紅外光譜探頭和探測(cè)器嵌在其中，并使探頭和探測(cè)器的高度沒有高出光學(xué)墊圈表面，在測(cè)量時(shí)探頭和探測(cè)器不與皮膚接觸，能夠消除光敏器接觸壓力的變化，同時(shí)加大了探頭和皮膚，以及探測(cè)器與皮膚之間的摩擦力，有效減少在測(cè)量過程中由于人體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致探頭和探測(cè)器與皮膚之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)器材的優(yōu)化，減少運(yùn)動(dòng)干擾的引入；
[0016]2、采用帶阻濾波器來濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾，采用gating濾波來濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾，能夠有效消除運(yùn)動(dòng)干擾，提高測(cè)量的精確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的探頭和探測(cè)器經(jīng)處理后的示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的包含周期性運(yùn)動(dòng)干擾波形圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的處理周期性運(yùn)動(dòng)干擾的帶通濾波的波形圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的消除了周期性干擾后的波形圖；
[0021]圖5為本發(fā)明的包含非周期性干擾波形圖；
[0022]圖6為本發(fā)明的通過gating濾波后的波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明所保護(hù)的內(nèi)容不局限于以下所述。
[0024]本發(fā)明的基本思路是:首先，通過對(duì)探頭進(jìn)行處理，采用加載光學(xué)墊圈的探頭改進(jìn)消除摩擦的運(yùn)動(dòng)干擾，此光學(xué)墊圈使得探頭的光源和探測(cè)器在測(cè)量時(shí)不與皮膚接觸，在測(cè)量時(shí)探頭將不能與皮膚產(chǎn)生接觸，這樣將消除光敏器接觸壓力的變化，同時(shí)加大了與皮膚之間的摩擦力，有效減少在測(cè)量過程中由于人體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致探頭與皮膚之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣通過對(duì)器材的優(yōu)化，減少運(yùn)動(dòng)干擾的引入。其次，采用信號(hào)處理“gating”方法消除一般的周期性和非周期性運(yùn)動(dòng)干擾，采用帶阻濾波器，對(duì)周期性的運(yùn)動(dòng)干擾進(jìn)行濾波，從而去掉血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾，同時(shí)采用gating的方式進(jìn)行濾波，濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾。
[0025]近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)探頭，包括近紅外光譜探頭、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)分別與紅外光譜探頭和探測(cè)器連接，所述的近紅外光譜探頭和探測(cè)器上分別加載有用于消除摩擦的運(yùn)動(dòng)干擾的光學(xué)墊圈，光學(xué)墊圈的中部打孔，將近紅外光譜探頭和探測(cè)器嵌于光學(xué)墊圈內(nèi)，并將光學(xué)墊圈固定在近紅外光譜探頭和探測(cè)器上，該光學(xué)墊圈的厚度大于近紅外光譜探頭和探測(cè)器的尺寸。如圖1所示，探頭和探測(cè)器的高度沒有高出光學(xué)墊圈表面，在測(cè)量時(shí)將不與皮膚產(chǎn)生接觸，這樣將消除光敏器接觸壓力的變化，同時(shí)加大了與皮膚之間的摩擦力，有效減少在測(cè)量過程中由于人體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致探頭與皮膚之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣通過對(duì)器材的優(yōu)化，減少運(yùn)動(dòng)干擾的引入。
[0026]進(jìn)一步地，所述的光學(xué)墊圈采用能夠粘貼在近紅外光譜探頭和探測(cè)器上的光密材料制成，包括海綿單面膠帶、3M膠海綿條和EVA海棉條等。
[0027]本發(fā)明的一種近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，采用上述的近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置采集含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)，對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行處理，包括以下步驟:
[0028]S1:將采集到的電信號(hào)輸入帶阻濾波器，對(duì)周期性的運(yùn)動(dòng)干擾進(jìn)行濾波，去掉血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾；圖2為包含周期性運(yùn)動(dòng)干擾的波形圖，圖中的峰值和谷值即為周期性運(yùn)動(dòng)干擾，圖3為帶阻濾波器的波形圖，圖4為包含周期性運(yùn)動(dòng)干擾的波形經(jīng)過帶阻濾波器處理之后得到消除周期性運(yùn)動(dòng)干擾的信號(hào)；
[0029]S2:采用gating的方式進(jìn)行濾波，濾除血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾。
[0030]通過上述步驟S2和S3的處理，最終得到消除運(yùn)動(dòng)干擾的光學(xué)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0031]進(jìn)一步地，帶阻濾波器的濾除中心頻率與周期性運(yùn)動(dòng)干擾中心頻率一致，周期性運(yùn)動(dòng)干擾中心頻率即周期性運(yùn)動(dòng)干擾的頻率范圍的中心值，如心跳其頻率范圍為IHz?2Hz，則心跳干擾的中心頻率為1.5Hz。帶阻濾波器的帶寬大于周期性運(yùn)動(dòng)干擾的旁瓣頻率間隔，旁瓣頻率間隔即運(yùn)動(dòng)干擾的中心頻率與其頻率最大或最小值的間隔大小，如心跳的頻率范圍為IHz?2Hz，中心頻率為1.5Hz，則其旁瓣頻率為0.5Hz。帶阻濾波器的帶寬大于周期性運(yùn)動(dòng)干擾的旁瓣頻率間隔是為了取得更好的過濾效果，一般選取稍大于即可。帶阻濾波器為零相移濾波器。
[0032]進(jìn)一步地，所述的步驟S2具體實(shí)現(xiàn)方法為:對(duì)含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)進(jìn)行遍歷，將出現(xiàn)在遍歷范圍內(nèi)的典型奇異信號(hào)(一些突然出現(xiàn)的脈沖信號(hào))與血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)期間記錄的標(biāo)識(shí)事件時(shí)段進(jìn)行比對(duì)，標(biāo)識(shí)事件時(shí)間段即事件開始到事件結(jié)束的這段事件，如病人開始做動(dòng)作到動(dòng)作結(jié)束稱為一個(gè)標(biāo)識(shí)事件時(shí)段。若奇異信號(hào)出現(xiàn)在所有標(biāo)識(shí)事件時(shí)段的前后一定時(shí)間之外，則視為干擾信號(hào)，直接摘除。上述的一定時(shí)間的典型范圍應(yīng)為O至標(biāo)識(shí)事件時(shí)段，最佳值應(yīng)在(1/3?1/2)*標(biāo)識(shí)時(shí)間段，即在1/3*標(biāo)識(shí)時(shí)間段與1/2*標(biāo)識(shí)時(shí)間段之間，其中，為相乘的意思，摘除干擾的信號(hào)拼接起來，這樣即濾除掉那些非周期性運(yùn)動(dòng)所帶來的干擾。圖5為含有非周期性運(yùn)動(dòng)干擾的波形圖，圖中，峰值為非周期性運(yùn)動(dòng)干擾，圖6為消除該非周期性運(yùn)動(dòng)干擾后的信號(hào)波形圖。
[0033]本發(fā)明可以消除多種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的干擾，圖2、圖5分別顯示了含有周期性與非周期性干擾的波形圖，圖4與圖6顯示了采用本發(fā)明消除了干擾后的血液動(dòng)力學(xué)信號(hào)波形圖，通過對(duì)比可見本發(fā)明所提出的方法對(duì)周期性干擾和非周期性干擾均有較好的抗干擾效果。
[0034]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置，包括近紅外光譜探頭、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)分別與紅外光譜探頭和探測(cè)器連接，其特征在于:所述的近紅外光譜探頭和探測(cè)器上分別加載有用于消除摩擦的運(yùn)動(dòng)干擾的光學(xué)墊圈，光學(xué)墊圈的中部打孔，將近紅外光譜探頭和探測(cè)器嵌于光學(xué)墊圈內(nèi)，并將光學(xué)墊圈固定在近紅外光譜探頭和探測(cè)器上，該光學(xué)墊圈的厚度大于近紅外光譜探頭和探測(cè)器的尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)探頭，其特征在于:所述的光學(xué)墊圈采用能夠粘貼在近紅外光譜探頭和探測(cè)器上的光密材料制成。
3.—種近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，采用權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)裝置采集含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)，對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行處理，其特征在于:包括以下步驟: 51:將采集到的電信號(hào)輸入帶阻濾波器，對(duì)周期性的運(yùn)動(dòng)干擾進(jìn)行濾波，去掉血液動(dòng)力學(xué)信息電信號(hào)中的周期性運(yùn)動(dòng)干擾； 52:采用gating的方式進(jìn)行濾波，濾除電信號(hào)中的非周期性運(yùn)動(dòng)干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，其特征在于:所述的帶阻濾波器的濾除中心頻率與周期性運(yùn)動(dòng)干擾中心頻率一致，帶阻濾波器的帶寬大于周期性運(yùn)動(dòng)干擾的旁瓣頻率間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，其特征在于:所述的帶阻濾波器為零相移濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近紅外光譜人體血液動(dòng)力學(xué)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)干擾消除方法，其特征在于:所述的步驟S2具體實(shí)現(xiàn)方法為:對(duì)含有人體血液動(dòng)力學(xué)信息的電信號(hào)進(jìn)行遍歷，將出現(xiàn)在遍歷范圍內(nèi)的典型奇異信號(hào)與血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)期間記錄的標(biāo)識(shí)事件時(shí)間段進(jìn)行比對(duì)，若奇異信號(hào)出現(xiàn)在所有標(biāo)識(shí)事件時(shí)段的前后一定時(shí)間之外，則視為干擾信號(hào)，直接摘除。
【文檔編號(hào)】A61B5/02GK104382567SQ201410650522
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】李婷, 蘇宇, 高原, 孫嬌 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)