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使用加速度计测量心脏冲击描述图(BCG)

2013/9/12 11:19:14      点击:

心脏冲击描述图基础

Ø 心脏泵血时可以测量到两个机械学效应

心脏的运动在胸部造成反冲效应

血液的运动在全身造成的反冲效应

Ø 血液的运动主要集中在在人类的长度(头到脚)轴向

Ø 下例为心电图(ECG)和相应的心脏冲击描述图(BCG):

H-J-M-L对应于血液在人体的上下流动

最高点(J)可以用于测量心脏的每博输出量

Ø 相对于心电图(ECG),心脏冲击描述图(BCG)有一定的延迟,这是因为BCG由电信号的机械响应得到的。

BCG信号的延迟和其形状的细节可以揭示心脏的功能障碍

BCG中的最高值(J),相当于ECG中的最高值(R)可以用于测量心率(HR)和心率变异性(HRV

                      

                                 图一:心电图和心脏冲击描述图

使用村田的加速度计测量BCG的示例

Ø 加速度计安装在病床上时,可以用来测量心脏冲击描述图(BCG)。

Ø 在病床上时,通过测量长度(头到脚)方向的加速度,软件可以轻易地将BCG信号从人类运动和呼吸休息信号中分离出来。

Ø 为了捕获最理想的信号,所用的加速度计应有ug级的分辨率和可控的频率响应。

 

图二:病床上测得的BCG加速度和估计得的心脏每博输出量

Ø 可以提取的参数举例如下:

相对心脏每博输出量

心脏搏动间隔时间

心率

心率变异性

呼吸率

压力和放松指数

信号调节

Ø 指数数字滤波

高通用于传感器信号的自动调零

低通用于信号平滑的去噪

Ø BCG脉冲识别

H-I-J-K-L-M外形识别

使用SG滤波器平滑信号

从其他运动中分离基于

绝对和相对的振幅

时间约束(周期信号)

Ø 心脏搏动时刻和心脏每博输出量计算

基于峰值(J)的时刻得到心脏搏动时刻和心脏搏动间隔时间

基于峰值(J)的高度估计心脏每博输出量

Ø 心率和心率变异性

通过过滤心脏搏动间隔时间得到心率

通过过滤的心率的偏差得到心率变异性

Ø 呼吸状况推断

通过心脏每博输出量得到呼吸状况

   (心脏每博输出量和心率是通过呼吸调整的)

测试结果示例

Ø 欧洲病床&担架

在床的两个位置测量BCG-床头/担架脚和底床框

5个成年人测量于床上(2年轻人,1个中年人,2个老年人)

3个成年人测量于担架(1个中年人,2个老年人)

测试过程中人一直存在

Ø 亚洲病床

在床的3个位置测量BCG-床垫,床头,底床框

参考的心率数据是使用血氧测定法收集的

3个测量过程(传感器在床垫,床头,床框)测量对象均为成人

从测量过程一开始人就在移动

Ø 亚洲婴儿床(后面分析)

在两个位置测量BCG-靠背架的底部和上部

2个婴儿,3个月大和6个月大,进行了9次测量

测量过程中,婴儿时常移动                   

                

                                         图三:欧洲病床:第一个人    

 

                                  

图四:欧洲病床:第二个人

 

图五:欧洲担架:第一个人

 

图六:欧洲担架:第四个人

 

图七亚洲病床:床头

 

图八:亚洲病床:床身

 

图九:亚洲病床:床垫

 

图十:亚洲婴儿病床:测心率示例

图十是经过滤波的婴儿心率图, 以上有空白间隔表示没有测到心率,主要 是婴儿移动过多导致心率无法识别(还在 进一步的分析研究中)。                                   

结论

Ø 加速度计的解决方案可以适用于所有的测试案例

Ø 传感器在医院病床上的位置并不重要

Ø 担架更具挑战性且更依赖于传感器所处的位置

Ø 容易从其他的运动中分离出BCG信号

Ø 只要病人还在,就可以提取BCG参数

Ø 可以提取出大量的参数用于描述病人的状态