一种动态脉搏波仿真模块的制作方法

本发明涉及医学教学领域，尤其涉及一种动态的脉搏波仿真模块。
背景技术：
：脉搏即动脉搏动，脉搏频率即脉率，正常人脉率规则，不会出现脉搏间隔时间长短不一的现象，人体的脉搏波可用特制的脉搏描记器记录下来，每个脉搏波描记曲线都由升支a和降支k构成。升支反映心室快速射血内动脉的被动扩张，降支反映射血后期的回缩。随后心室舒张，心室内压低于主动脉血压，于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭，在曲线上形成降支切迹n，也叫降中峡或重波谷由于主动脉瓣的关闭遂使倒流的血液继续向前流去，并在切迹之后又出现上升的小波，称降中波或重脉波。降支的形状与外周阻力的大小有关；如阻力大则降支坡度较缓，其切迹的位置较高；反之，切迹的位置较低。临床上有许多疾病，特别是心脏病可使脉搏发生变化，因此测量脉搏对病人来讲是一个不可缺少的检查项目，脉搏的变化也是医生对病人诊断的其中一项依据，脉搏信号的形态、轻度、速率、节律能够反映出人体心血管系统的很多生理和病理特征，脉搏波的形状，因循环系统的情况改变而不同，如主动脉瓣是否健全，心搏节律是否正常，动脉管的弹性如何等，都可根据脉搏波形的变化进行诊断，在急救过程中，尤其是失血、心跳过速、心跳骤停等状况以及心肺复苏操作等情况下，人体心血管系统变化较大、较快，脉搏波的诊断在急救过程中发挥着极其重要的作用。急救情况下采集脉搏真实脉搏信号难度大，临床资料少，在急救模拟训练中，人体脉搏信号的变化体现人体生理过程的重要信息，而现有急救模拟产品中，仿真脉搏的信号都是只有固定形态，只能进行速率调整，不能反应人体急剧变化的生理过程信息，不能为医护人员提供急救情况下脉搏波的动态模拟，如上海中医药大学根据脉搏的形成原理设计的中医脉象模拟系统，共能产生16种不同的脉象，天津大学与天津中医药大学联合研制的脉象考试仪，可模拟中医全部28种脉象。技术实现要素：为了实现多种病例脉搏波的仿真，本发明提供了一种操作简单、在急救训练中可以实时动态模拟的脉搏仿真模块。本发明所采用的技术方案是：一种动态脉搏波仿真模块，包括：特征采集模块，用于获取临床脉搏波，生成初始仿真脉搏波，并提取初始仿真脉搏波波形的特征参数；生命体征模拟模块，基于前述获取的临床脉搏波进行生命体征的模拟；动态仿真模块，用于获取所述生命体征模拟模块的生命体征数据，判断生命体征生理参数数据变化的类型，并对所述初始仿真脉搏波波形的特征参数进行调整，生成动态的仿真脉搏波；显示模块，用于输出初始仿真脉搏波及动态的仿真脉搏波。所述特征采集模块的具体步骤包括：1)获取临床脉搏波数据：临床脉搏数据为脉图：对脉图进行描点，提取脉搏波形的坐标值，用线性插值方法对坐标值进行横坐标均匀化线性插值处理，进而得到均匀采样的脉搏波数据；临床脉搏数据为电信号：由传感器监测获得脉搏波数据；2)重建脉搏波：采用高斯函数作为基函数来叠加，表达式为：；采用最小二乘法拟合，计算出三个高斯函数的参数，分别用v、t和u来表示高斯函数的幅值、期望和方差，得到9个参数，即v1、v2、v3、t1、t2、t3、u1、u2、u3；3)提取特征参数：f1、f2、f3，f1=v3/v1表征外周阻力；f2=t3-t1表征动脉顺应性；f3=u1为主波宽度参数。所述生命体征模拟模块至少包括心电仿真数据模块、血压数据模块、血氧数据模块、呼吸仿真数据模块、体温数据模块中的一种。所述动态仿真模块包括：生命体征获取单元，用于获取前述生命体征模拟模块模拟的生命体征数据，判断生命体征数据中生理参数变化的类型；动态模拟单元，用于根据生命体征获取单元获取的生理参数变化的类型，调整特征参数，生成动态的仿真脉搏波。所述特征参数调整方式至少包括以下方式中的一种：1）心率变化：脉搏波幅度vhr=ahr*v；ahr=1-（hr-m）*k，其中：心率在正常范围（60-100次/分）内，f1、f2、f3参数都不变，单个脉搏波形态不发生变化，通过动态调整脉搏波形间叠合长度，模拟心率动态变化时的脉搏波；心率高于100次/分时，m=100，k=0.008；心率低于60次/分时，m=60，k=0.003；2）血压变化：血压变化时，脉搏波幅度波形均有变化，以平均动脉压为参考，平均动脉压每上升或下降10mmhg，仿真脉搏波的主波、重搏波和重搏前波的幅度相应增加或减少10%。血压升高时，重搏波、重搏前波与主波之间的间距变短，血压下降时，重搏波、重搏前波与主波之间的间距变长，平均动脉压每上升或下降10mmhg，f2向下或向上调整3%；3）心室颤动：发生室颤情况，有效心搏停止，用幅度微弱的颤动波模拟心脏骤停后全身血压在体内区域平衡的状态。本发明的有益效果是：一种动态脉搏波仿真模块的脉搏波数据来源于临床，通过特征采集模块，可以将临床不同病例状况的脉搏数据生成初始仿真脉搏波，并进行特征采集得到不同病例的脉搏波特征参数，通过动态仿真模块获取生命体征模拟模块模拟的生命体征数据，进行分析，判断生理参数变化的方式，选择相应的脉搏波特征参数调整方式，进而生成动态的仿真脉搏波，并由显示模块进行输出显示，医学生在操作时，可以通过显示模块看到病人初始状态的仿真脉搏波，经过对病症的分析，以及对病人施加的诊治过程，可以获得由生命体征模拟模块生成的生命体征数据，再经由动态仿真模块对生命体征数据进行分析处理，判断生命体征数据生理参数的变化方式，选择相应的脉搏波特征参数的调整方式，进而生成动态的仿真脉搏波，并输出显示，实现了脉搏波的动态模拟。附图说明图1是本发明一种动态脉搏波仿真模块的工作流程图；图2是本发明实施例出血性休克病人不同状态下的脉搏波波形图。具体实施方式如图1所示，一种动态脉搏波仿真模块的整体工作流程包括：1.生成初始仿真脉搏波，提取特征参数：1）获取脉搏波数据：临床脉搏数据为脉图：对脉图进行描点，提取脉搏波形的坐标值，用线性插值方法对坐标值进行横坐标均匀化线性插值处理，进而得到均匀采样的脉搏波数据；临床脉搏数据为电信号：由传感器监测获得脉搏波数据；2）重建脉搏波：脉搏波可以认为是由主波、重搏波和重搏前波叠加而成，将脉搏波每个特征波用一个高斯函数来近似，则每个脉搏波由三个高斯函数来重建，由公式表示；采用最小二乘法拟合，计算出三个高斯函数的参数，分别用v、t和u来表示高斯函数的幅值、期望和方差，得到9个参数，即v1、v2、v3、t1、t2、t3、u1、u2、u3，生成初始仿真脉搏波；3）提取特征参数：f1、f2、f3，f1=v3/v1表征外周阻力；f2=t3-t1表征动脉顺应性；f3=u1为主波宽度参数；2.生命体征模拟：基于前述临床脉搏波数据，生成初始的生理参数，并通过心电仿真数据模块、血压数据模块、血氧数据模块、呼吸仿真数据模块、体温数据模块进行生命体征的模拟，前述模块的数据可以通过生理驱动的计算得出;也可以通过连接模型人，对模型人进行医治操作后，产生生命体征数据；3.动态仿真：包括生命体征获取单元、动态模拟单元，具体步骤包括：1）获取生命体征数据：生命体征获取单元获取上述生命体征模拟各模块中生命体征生理参数的数据，判断生理参数变化的类型；2）调整特征参数：动态模拟单元依据生理参数变化的数据，选择相应的调整方式，包括：(1)心率变化：脉搏波幅度vhr=ahr*v；ahr=1-（hr-m）*k，其中：心率在正常范围（60-100次/分）内，f1、f2、f3参数都不变，单个脉搏波形态不发生变化，通过动态调整脉搏波形间叠合长度，模拟心率动态变化时的脉搏波；心率高于100次/分时，m=100，k=0.008；心率低于60次/分时，m=60，k=0.003；(2)血压变化：血压变化时，脉搏波幅度波形均有变化，以平均动脉压为参考，平均动脉压每上升或下降10mmhg，仿真脉搏波的主波、重搏波和重搏前波的幅度相应增加或减少10%。血压升高时，重搏波、重搏前波与主波之间的间距变短，血压下降时，重搏波、重搏前波与主波之间的间距变长，平均动脉压每上升或下降10mmhg，f2向下或向上调整3%；(3)心室颤动：发生室颤情况，有效心搏停止，用幅度微弱的颤动波模拟心脏骤停后全身血压在体内区域平衡的状态；3）重建脉搏波：调整后的特征参数进行高斯函数重建，生成动态的仿真脉搏波。4.输出显示：显示初始仿真脉搏波及动态的仿真脉搏波。下面以出血休克病人脉搏的动态仿真为例进一步阐述本发明：1）获取病人临床脉图如图2中a所示，对该脉图进行描点，提取脉搏波形的坐标值，用线性插值方法对坐标值进行横坐标均匀化线性插值处理，进而得到均匀采样的脉搏波数据；2）利用三个高斯函数来重建，由公式表示；采用最小二乘法拟合，计算出三个高斯函数的参数，分别用v、t和u来表示高斯函数的幅值、期望和方差，得到9个参数，即v1、v2、v3、t1、t2、t3、u1、u2、u3，得到初始仿真脉搏波如图2中b所示，并由显示模块输出显示；3）定义特征参数：f1=v3/v1表征外周阻力；f2=t3-t1表征动脉顺应性；f3=u1为主波宽度参数；4）初始生命体征，基于临床脉图，初始生理参数如下表所示；姓名性别年龄体重(kg)身高(cm)心率脂肪分数收缩压舒张压呼吸率ly男4072.5173720.2511473.5185）生命体征模拟：病人创伤急性出血，血容量降低，引起心动过速，心率代偿性上升，血压下降；6）生命体征获取单元获取步骤5中的生命体征数据，判断心率和血压发生变化，动态模拟单元根据该变化选择心率、血压变化时调整脉搏波特征参数进行调整，并生成出血初期的仿真脉搏波，如图2中c所示，并由显示模块输出显示；7）生命体征模拟：病人发生低血容量休克，继而心脏骤停，发生室颤；8）生命体征获取单元获取步骤7中的生命体征数据，判断发生室颤情况，动态模拟单元根据室颤时调整脉搏波特征参数进行调整，并生成室颤时的仿真脉搏波，如图2中d所示，并由显示模块输出显示；9）生命体征模拟：对病人进行止血、补液、给药操作，进行除颤操作，病人心跳恢复，脉搏恢复；10生命体征模拟单元获取步骤9中的生命体征数据，判断心率、血压逐渐恢复，动态模拟单元对脉搏波特征参数进行调整，并生成治疗后初期恢复的仿真脉搏波，如图2中e所示，并由显示模块输出显示；11生命体征模拟：病人血压上升，恢复正常；12生命体征模拟单元获取步骤11中的生命体征数据，判断心率、血压恢复正常，动态模拟单元对脉搏波特征参数进行调整，并生成恢复后的仿真脉搏波，如图2中b所示，并由显示模块输出显示。以上步骤中仅列出该病人初始状态、出血初期、室颤、治疗初期及恢复正常状态时的生命体征模拟以及对应状态时生成的动态的仿真脉搏波，在本发明一种动态脉搏波仿真模块中，生命体征模拟与动态的仿真脉搏波是实时的，即生命体征获取单元实时获取生命体征模拟模块中的生命体征数据，动态模拟单元进行实时的数据调整，生成实时的动态的仿真脉搏波。当前第1页12