一种基于PPG信号的微循环功能指标检测系统及方法与流程

本发明涉及微循环检测，尤其是一种基于ppg信号的微循环功能指标检测系统及方法。

背景技术：

1、微循环是人体血液循环系统的重要组成部分，主要是指微动脉与微静脉之间进行血液循环，实现在组织与血液之间进行物质交换，吸收营养物质并排出废物。如果人体微循环功能出现障碍，那么组织器官的正常代谢也将出现障碍，继而诱发多种疾病，例如高血压、糖尿病以及多种心脑血管疾病等血管并发症。因此，人体微循环功能检测对于疾病的早筛和预防都有着重大意义。

2、阻断后反应性充血试验能够反映局部受压力刺激后的微血流变化，其原理是首先局部加压血管，阻断血流造成局部缺血，然后维持一段时间后快速取消压力，造成缺血部位反应性充血，从而引起血管舒张反应。压力前皮肤微血流灌注量的基值rf与充血后最大微血流灌注量值pf，两者之比反映血管最大舒张程度、反应敏感性和弹性，评价皮肤微循环，间接反映血管内皮细胞功能。通过rf/pf值的变化，可以观察到局部血流情况，从而反映局部血管内皮功能。阻断后反应性充血所引起的血管舒张反应依赖结构完整和功能正常血管内皮，血管内皮功能受损会表现压力阻断后反应性充血的改变。

3、目前市面上无创微循环检测技术最成熟、应用最广的为激光多普勒技术，而以此为基础研制出的多普勒血流仪能够提取出阻断后反应性充血过程中的微循环功能指标进行微循功能检测，但多普勒血流仪存在造价昂贵、设备体积大、检测结果需人工分析等缺点。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于提供一种能够增加检测数据的维度、提高检测数据与评估结果的准确性、降低检测技术的成本、提高使用的便捷性的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，包括：

3、ppg信号采集模块，用于采集原始ppg信号并进行转换、放大、去除干扰信号；

4、压力控制模块，用于阻断局部血流；

5、中央控制模块，用于进行阻断后反应性充血实验，并采集数据；

6、数据接口模块，用于将电信号转换为数字信号，并传输给数据分析模块；

7、数据分析模块，用于对阻断后反应性充血各阶段的ppg信号进行分析，去除噪音优化波形，提取出ppg特征参数并转换为血流动力学参数；

8、数据展示模块，用于展示血流动力学参数与波形；

9、所述中央控制模块分别与压力控制模块、ppg信号采集模块、数据接口模块、数据分析模块、数据展示模块双向通讯。

10、所述pg信号采集模块由ppg传感器、信号放大器和滤波器组成，所述ppg传感器的输出端与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与滤波器的输入端相连。

11、所述压力控制模块由压力袖带和压力传感器组成，所述压力袖带的输出端与压力传感器的输入端相连。

12、所述中央控制模块采用控制芯片，其型号为nuc980dk。

13、所述数据接口模块采用usb转串口通讯模块。

14、所述数据展示模块为计算机显示屏。

15、本发明的另一目的在于提供一种基于ppg信号的微循环功能指标检测系统的检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：

16、(1)注册、登录：打开系统注册用户并登录；

17、(2)输入受试者基本信息：在系统中输入受试者的姓名、年龄、性别、身高、体重的基本信息；

18、(3)输入受试者健康信息：在系统中填写受试者健康信息问卷，包括：是否吸烟、是否患有糖尿病、是否患有高血压、是否患有心脏病、是否患有神经病变；

19、(4)进行阻断后反应性充血实验，并在实验过程中实时采集ppg信号数据；

20、(6)进行数据分析：将采集的ppg信号数据实时传输至数据分析模块，使用ppg特征参数提取算法进行分析，得到血液动力学参数以及波形；

21、(7)展示数据与评估结果：将血液动力学参数以及波形显示在计算机显示屏的系统界面上。

22、所述步骤(4)具体包括以下步骤：

23、(4a)受试者佩戴好ppg传感器与压力袖带，待ppg波形稳定后，记录基线ppg信号；

24、(4b)局部加压血管，阻断血流造成局部缺血，维持阻断状态，记录血流阻断过程中的ppg信号；

25、(4c)快速取消压力，使得缺血部位反应性充血，引起局部血管舒张反应，记录充血过程中的ppg信号。

26、在步骤(6)中，所述ppg特征参数提取算法包括ppg波形分析参数及其一阶导、二阶导参数，通过ppg特征参数提取算法提取出血流动力学参数用于微循环功能评估；所述血流动力学参数包括血流量变化百分比rp、充血后血流量达峰时间tm、灌注量pu和充血补偿ho：

27、血流量变化百分比rp＝rf/pf,其中rf为静息血流量相对值，即静息状态下ppg波形单个波形曲线全周期面积的平均值，pf为峰值血流量相对值，即充血过程中ppg波形单个波形曲线全周期面积的最大值；

28、充血后血流量达峰时间tm＝tp-t0,其中，t0为结束阻断时的时间，tp为充血过程中ppg波形达到波峰最大值对应的时间；

29、灌注量pu＝acir/dcir,其中，acir表示ppg信号交流分量的幅值，dcir表示直流分量的电平，以伏特表示；

30、充血补偿ho＝ah/ao,其中，ao表示阻断面积，即阻断过程中的每单位血流灌注量pu与阻断时间的乘积，ah表示充血面积，即充血过程中每单位血流灌注量pu与充血时间的乘积。

31、由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明选择了造价更为低廉、使用更为便捷的ppg信号，降低微循环检测的成本；第二，本发明提供了阻断后反应性充血作为测试流程，检测数据参数更加全面；第三，本发明的数据样本量大且包含了各种微循环功能状态的人体数据，检测数据与评估结果更加准确。

技术特征：

1.一种基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，其特征在于：所述pg信号采集模块由ppg传感器、信号放大器和滤波器组成，所述ppg传感器的输出端与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与滤波器的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，其特征在于：所述压力控制模块由压力袖带和压力传感器组成，所述压力袖带的输出端与压力传感器的输入端相连。

4.根据权利要求1所述的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，其特征在于：所述中央控制模块采用控制芯片，其型号为nuc980dk。

5.根据权利要求1所述的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，其特征在于：所述数据接口模块采用usb转串口通讯模块。

6.根据权利要求1所述的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统，其特征在于：所述数据展示模块为计算机显示屏。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于ppg信号的微循环功能指标检测系统的检测方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：在步骤(6)中，所述ppg特征参数提取算法包括ppg波形分析参数及其一阶导、二阶导参数，通过ppg特征参数提取算法提取出血流动力学参数用于微循环功能评估；所述血流动力学参数包括血流量变化百分比rp、充血后血流量达峰时间tm、灌注量pu和充血补偿ho：

技术总结
本发明涉及一种基于PPG信号的微循环功能指标检测系统，包括：PPG信号采集模块；压力控制模块，用于阻断局部血流；中央控制模块，用于进行阻断后反应性充血实验，并采集数据；数据接口模块，用于将电信号转换为数字信号，并传输给数据分析模块；数据分析模块，用于对阻断后反应性充血各阶段的PPG信号进行分析，去除噪音优化波形，提取出PPG特征参数并转换为血流动力学参数；数据展示模块。本发明还公开了一种基于PPG信号的微循环功能指标检测系统的检测方法。本发明提供了阻断后反应性充血作为测试流程，检测数据参数更加全面；本发明的数据样本量大且包含了各种微循环功能状态的人体数据，检测数据与评估结果更加准确。

技术研发人员：王浩洋,马祖长,孙怡宁
受保护的技术使用者：安徽脉旺智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11