【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学工程领域，尤其是涉及一种无创多频点心排量监测方法。
技术介绍
1、根据世界卫生组织在2023年的报告显示，心血管疾病（cvd）作为全球主要的死因，每年夺去了约1790万人的生命，占据了全球死亡人数的32%。在这个背景下，心排量（cardiac output，co）作为一个重要的生理参数，扮演着至关重要的角色。心排量指的是心脏在一分钟内泵出的血液量，通过对心排量的监测，我们能够深入了解心脏泵血功能和全身血液灌注情况，进而计算出相关的血液动力学指标，这些指标反映了人体心脏功能的重要特征。随着科技的不断进步，心排监测技术已经从传统的有创、微创方式逐步发展为无创的方法。这种转变为医疗领域带来了革命性的变化，使得心排监测更加安全、方便且广泛适用。然而，如何实现心排量的无创连续监测，仍然是一个急迫需要解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种无创多频点心排量监测方法，该方法旨在有效地实现对心排量的连续监测，而无需侵入性操作，从而为医疗实践提供更便捷、安全的选择。通过采用多频点技术，能够更全面地捕捉心脏泵血功能的变化情况，为医务人员提供更为详尽和准确的数据，帮助他们更好地评估患者的心血管状况。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种无创多频点心排量监测方法，该方法包括如下步骤：
4、1）通过上位显控机设定激励频率集及频率切换间隔，控制下位嵌入式系统按照设定的频率切换间隔实时切换不同频率，从而
5、2）下位嵌入式系统采集监测对象的心电信号、心阻抗信号，并通过有线或无线wifi/蓝牙传输至上位显控机；
6、3）上位显控机采集不同激励频率下的心阻抗信号和心电信号，并对这些信号进行滤波和小波变换分析，提取出关键特征点，根据不同激励频率下的特征点数据，进行多频率数据降维和信号融合，最终，通过以下心排量计算公式，计算出心排量，并进一步推导出其他血流动力学参数；
7、心排量计算公式如下：
8、co=sv×hr；
9、；
10、其中，co为心排量；sv为监测对象的每搏量；hr为心率；vitbv为胸内血容量，与体重w(kg)有关，vitbv=16×w1.02ml；z0为基础阻抗；ε是经胸异常传导的无量纲指标，即当z0<20ω，0<ε<1；当z0≥20ω，ε=1；trr为心电rr间期，lvet为左心室射血时间，lvet/用于对左心室射血时间的矫正；k1为校正系数，取决于下位嵌入式系统和上位显控机滤波后阻抗波形变化；lvet和分别为左心室射血时间和阻抗微分最大值；a为血管弹性因子，b为胸部电阻因子，c为性别差异因子，d为体位因子。
11、其中，vitbv为胸内血容量，与体重w(kg)有关，体重调整有助于在bsa的基础上进一步标准化测量结果。体重直接影响心脏的代谢需求和血流动力学参数，加入体重因素可以使测量更符合个体的实际情况，特别是对于肥胖或体重极端的个体，心脏功能可能会有所不同。这种方法有助于为不同体型和体重的人群提供更公平且科学的心脏健康评估。
12、其中，为阻抗微分最大值，阻抗微分最大值代表血液通过大血管的流动速度变化，特别是在心脏收缩时的血流动力学反应。它与心脏的泵血功能、血流量的变化速率密切相关。可以更加准确地反映心脏每搏输出量（sv），帮助识别心脏泵血功能是否正常。
13、其中，z0代表基础阻抗，它是指在没有心脏收缩作用时血流的初始阻抗，通常与血管的张力和顺应性相关。z0反映了血管的基本特性，如血管的大小和弹性等。由于z0表示的是静态的血管阻抗，它的引入可以帮助校正因血管状态变化引起的动态波动，从而提升心脏每搏输出量（sv）测量的精度，使得测量结果更贴近真实的心脏输出量。
14、其中，a代表血管弹性因子，反映了血管对血液流动的适应能力。对于高血压、动脉粥样硬化等患者，血管顺应性降低，进而影响心脏泵血的效率。通过引入血管弹性因子，可以更精确地评估心脏的实际排血量。b为胸部电阻因子，表示胸部电阻的个体差异。如果胸壁较厚或脂肪层较多，可能会改变电流通过胸部的路径，进而影响心排量的测量。引入胸部电阻因子有助于修正这些影响，减少误差。c为性别差异因子，通常情况下男性的心脏体积较大，血液容量较高，血管结构和心脏泵血功能可能与女性不同。性别差异因子的引入有助于调整这些生理差异，从而实现更准确的心排量测量。d为体位因子，站立时重力作用使下肢血液积聚，影响回心血量；而躺下时，体位改变可能促进血液回流，影响心脏的排血量。引入体位因子可以有效修正这些变化，从而精确测量心排量。
15、其中，lvet/用于对左心室射血时间的矫正，引入该参数能够在一定程度上减少因射血时长不一致或变化所带来的测量误差。尤其是在高心率、低血压等情况下，射血时间的变化可能会影响心排量的估算，有助于在不同生理状态下获得更可靠的结果。
16、由于不同组织和液体（如血液、细胞、血管壁等）在不同频率下对电流的反应存在差异，低频电流主要感应到细胞外液和细胞膜的阻抗，而高频电流则更容易穿透细胞膜，与细胞内液体发生相互作用。故多频激励可以同时考虑不同组织在不同频率下的阻抗特性，提供更加全面的生理信息。此外，多频激励还有效克服了单一频率下的干扰，进一步提升系统的鲁棒性与稳定性，增强心排量测量的灵敏度。
17、该方法基本原理使用欧姆定律。人体血液、骨骼、脂肪、肌肉具有不同的导电性，血液和体液阻抗最小，骨骼和空气阻抗最大；随着心脏收缩、舒张，主动脉内的血流量发生着变化，电流通过胸部的阻抗也产生相应的变化；测定左心室收缩时间和心率计算出。
18、在降维过程中，采用主成分分析（pca）方法对多频率数据进行处理，提取最具代表性的特征信息。信号融合方面，使用最小二乘法对多个频率的信号进行合成，从而生成一个综合信号，更加准确地反映心排量的变化情况。
19、进一步，激励频率集包括3个低频信号和3个高频信号，低频信号的频率范围为10-50 khz，高频信号的频率范围为50-100 khz；频率切换间隔为60毫秒或240毫秒。
20、低频信号对血液电阻抗变化较为敏感，尤其是与大血管（如主动脉）内血流和全身血容量的变化密切相关，主要反映较为显著的血流动力学变化。高频信号则对组织，尤其是软组织（如肌肉和脂肪）的电阻抗变化更加敏感，能够揭示细小血管（如毛细血管）及组织中水分和细胞成分的动态特征，提供更多关于组织的细节信息。此频率选择方案综合考虑了心血管生理特征、信号稳定性、噪声抑制及设备性能等多方面因素，从而确保获得准确且可靠的心排量测量结果。
21、60毫秒的间隔适用于动态变化较快的情况，如心率较高的患者。而240毫秒的间隔则适用于平稳的心血管状态，较长的切换间隔有助于减少频率切换时的测量误差，保证信号的稳定性和准确性。这种设置能够根据实际需求进行灵活调整，具备良好的适应性。
【技术保护点】
1.一种无创多频点心排量监测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：激励频率集包括3个低频信号和3个高频信号，低频信号的频率范围为10-50 kHz，高频信号的频率范围为50-100 kHz；频率切换间隔为60毫秒或240毫秒。
3.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：采用四电极测量方式同时采集心阻抗信号和心电信号，四电极包括输出激励正极、接收信号正极、输出激励负极、接收信号负极；输出激励正极和接收信号正极贴于左侧颈动脉位置，而输出激励负极和接收信号负极贴于剑突水平线与左侧腋中线的交接处。
4.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：上位显控机对接收到的心电信号、心阻抗信号进行滤波处理，具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：心电信号滤波处理采用50Hz陷波、40Hz低通和0.8Hz高通滤波；
6.根据权利要求4所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：对阻抗微分dz/dt信号进行
7.根据权利要求6所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：在心电信号中，通过findpink寻峰算法定位R点，用于计算心率HR值及R-R间隔时间Trr；
8.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：下位嵌入式系统包括总控模块、心阻抗信号和心电信号采集模块、无线传输模块、电源管理模块、USB有线传输模块；心阻抗信号和心电信号采集模块根据上位显控机的控制实时采集心阻抗信号和心电信号，初步对信号进行预处理，再通过USB有线传输模块或无线传输模块发送至上位显控机。
9.根据权利要求8所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：总控模块采用STM32L452芯片，负责有效管理和监控下位嵌入式系统的运行状态；心阻抗信号和心电信号采集模块采用ADPD6000芯片，以500Hz的采样率实时捕获生理信号数据；采用ESP32-PICO-D4芯片的无线传输模块，实现数据的便捷蓝牙或WIFI传输，确保信息传递的高效性和可靠性；电源管理模块采用BQ34Z100PWR-G1芯片，可实时监测电池状态和相关信息，确保系统持续稳定运行。
10.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：其他血流动力学参数包括心搏出量指数SI、心脏指数CI、射血分数EF、全身血管阻力SVR；
...【技术特征摘要】
1.一种无创多频点心排量监测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：激励频率集包括3个低频信号和3个高频信号，低频信号的频率范围为10-50 khz，高频信号的频率范围为50-100 khz；频率切换间隔为60毫秒或240毫秒。
3.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：采用四电极测量方式同时采集心阻抗信号和心电信号，四电极包括输出激励正极、接收信号正极、输出激励负极、接收信号负极；输出激励正极和接收信号正极贴于左侧颈动脉位置，而输出激励负极和接收信号负极贴于剑突水平线与左侧腋中线的交接处。
4.根据权利要求1所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：上位显控机对接收到的心电信号、心阻抗信号进行滤波处理，具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：心电信号滤波处理采用50hz陷波、40hz低通和0.8hz高通滤波；
6.根据权利要求4所述的无创多频点心排量监测方法，其特征在于：对阻抗微分dz/dt信号进行小波变换分析，计算小波系数的熵值，并筛选出熵值大于0.1的部分；通过信号重构得到最终的dz/dt信号，并识别其中的重要特征点，识别dz/dt特征点主动脉瓣打开时刻b、振幅最大时刻c、主动脉瓣关闭时刻x、用于计...
【专利技术属性】
技术研发人员：王慧泉，马帅，张熙坤，赵喆，赵军，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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