[发明专利]一种基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及脉搏波检测领域，尤其涉及一种基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测系统及其检测方法。

背景技术

长时间动态监测脉搏波可以提供被检测者丰富的医学信息，因而受到学术界的普遍关注。在脉搏波的检测过程中，良好的检测方式是重要的环节，只有确保采集信号的准确度，对进一步的信号处理才有意义。而脉搏波是微弱低频的生物医学信号，在腕部、指尖、耳垂等部位可检测脉搏波，一般需要各种放大电路、滤波电路、检波解调电路等复杂电路才能实现，其中腕带式脉搏波的动态检测装置对小体积、低功耗、高精度、鲁棒性和舒适性有很高的要求。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有的脉搏波测量方式中，光电容积测量脉搏波的方法需要功率发光管，功耗较高，一般用来实现对脉搏波的单次短时间测量；压电方式测量脉搏波中压力大小较难控制，并且对实施测试者以及受试者的要求较高；生物阻抗检测脉搏波的方式中，一般是直接测量人体阻抗，没有考虑个体差异和普适性，并且电路不够简单，功耗较高，而且存在金属电极或Ag-Agcl贴片电极对检测时间的限制以及给皮肤带来不适的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测系统及其检测方法，本发明设计的检测系统电路简单、成本低廉，并且微功耗，操作简单，能实现脉搏波的长时间动态监测，详见下文描述：

一种基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测系统，包括：激励信号和腕带式电极，还包括：

半臂自动平衡电桥电路的电桥臂，由固定参考电阻和人体生物阻抗构成，输出信号V_i；

仪表差分放大电路，两个输入信号分别是信号V_i、以及反馈平衡调节电路中的平衡端子产生的用于调节平衡的正弦电压信号V_ibl；

仪表差分放大电路，输出信号由过采样和快速数字锁相电路解调；

反馈平衡调节电路，根据过采样和快速数字锁相电路解调出来的初始脉搏波信号的电压幅值控制平衡端子产生的正弦电压信号V_ibl的幅值，并不断调节正弦电压信号V_ibl的相位，直到解调出来的新脉搏波信号的电压幅值进入所预设的平衡阈值之内，则反馈平衡调节电路进入平衡态。

所述激励信号是频率相同、相位相反的两路高频正弦电压激励信号。

所述腕式电极具体为导电橡胶制作的弹性电极。

所述两路高频正弦电压激励信号由微处理器产生；过采样和快速数字锁相电路中的快速数字锁相由微处理器实现。

一种基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测方法，所述方法是一种半臂电桥平衡法，所述方法包括：

固定参考电阻表示为R，被测生物阻抗表述为Z，经过高频正弦电压信号激励之后R和Z两者中间节点T0处输出电压信号表示为V_i；

数模转换器产生的正弦电压信号表示为V_ibl作为仪表差分放大电路的负输入端信号；

V_i和V_ibl经过仪表差分放大电路后的输出电压表示为V_out，V_out由微处理器中的模数转换器通过4倍的过采样转换成数字信号V_Abl；

微处理器通过快速数字锁相算法对数字信号V_Abl进行解调和平均滤波，得到初始脉搏波信号的电压幅值；

初始脉搏波信号的电压幅值决定了数模转换器产生的正弦电压信号的幅值大小；

通过固定步长调节正弦电压信号的相位，使快速数字锁相解调出新的脉搏波信号的电压幅值逐渐收敛到平衡阈值范围，则达到相位平衡状态。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明通过自动平衡电桥将生物阻抗的静态基础阻抗部分用平衡的方式抵消掉，同时将待测的变化阻抗部分放大，并用过采样和快速数字锁相算法实现解调，以便消除个体差异的影响和提高测量的精度；其次本发明还提供了舒适的腕带式脉搏波测量电极，适应长时间佩戴和实时监测。本发明具有电路简单、成本低廉、微功耗、小体积，高精度、高鲁棒性和舒适性高的优点，能实现脉搏波的长时间动态监测。

附图说明

图1为基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测系统的结构示意图；

图2为基于生物阻抗的腕带式脉搏波检测方法的流程图；

图3为基于生物阻抗的腕式脉搏波检测电极的示意图；

(a)为电极横向安装示意图；(b)为电极纵向安装示意图。

图4为自动平衡调节校准的流程图；