无创血压测量技术（共7篇）
无创血压测量技术 篇1
0前言
血压作为人体的重要生理参数能及时反映出人体生理健康状况,是心脏和血管功能健康状况评估的重要依据, 广泛应用于临床疾病诊断、围术期观察系统循环功能等。 传统的人工柯氏音法由于存在观察误差和“白大衣”效应, 提供的瞬时血压不能反映患者在休息或日常生活中的血压水平,很难观测到患者在各种生理或病理状态下的血压波动。动脉插管法虽然能进行连续的血压测量,但其具有有创、 易感染等缺点,相对有创血压测量技术而言,无创血压测量技术具有安全、方便操作等优点,在临床上具有更广阔的应用前景。近年来,无创连续血压测量技术在各方面都有了较大的突破,本文重点讲解了动脉张力法、容积补偿法、 脉搏波速传导法和脉搏波特征参数测定法在无创连续血压测量中的研究进展[1,2,3,4,5]。
1无创连续血压测量方法
1.1动脉张力法
动脉张力法(Applanation Tonometry Method)又称扁平张力法,主要适用于桡动脉、股动脉和颈动脉等浅表动脉, 施加外部压力使位于骨骼附近动脉成扁平状,当血管被外部压力压扁时,血管壁的内周应力发生改变,当血管内压力与外力相等时,通过安置于动脉部位的压力传感器来测量该表面的压力,此时测得逐拍的动脉压力波形的即为动脉血压,再依据传递函数进一步转换计算出中心动脉压[6], 动脉张力法测量原理,见图1。
新加坡公司研发了一款A-PULSE CASPal®无创血压监测系统,该系统主要包括4部分:A-PULSE CASPal®测量仪、 BPro®监测仪的腕部传感器、基于A-PULSE CASP®内置血压测量和计算公式、内置示波法血压测量模块。其中BPro®监测仪采用改进的扁平张力法在腕部桡动脉处测中心动脉压和脉搏波其他相关参数,并通过其应用软件包分析传感器采集的数据,获得实时动态血压以及脉搏波其他相关参数[7,8]。
美国研发的TL-200无创动脉血压监测系统,该系统工作原理是将压力传感器和手镯置于桡动脉搏动处,并固定在桡骨头的侧腹面,紧靠桡骨茎突的内侧,最后通过固定板将手固定。传感器通过横向和纵向搜索,找到脉搏最强点所处位置,其后固定于信号最强点处,并进行实时连续的动脉血压监测。其收缩压、舒张压和平均压平均差均在5 mm Hg左右,而且其标准偏差均不超过8 mm Hg[6,7,8,9],美国TL-200无创血压测量系统,见图2。
瑞士公司开发的“血压手表”,其采用瑞士联邦材料科学与技术实验室(EMPA)研制的压阻纤维做腕带。压阻腕带可检测接触皮肤的压力或者位移,压阻纤维被压缩或拉伸时,阻值改变,产生电信号,修正测量血压值。该装置目前已处于临床试验阶段。该公司还计划针对运动市场开发一款“精简”样式[10]。
此外还有日本公司研发的CBM系列仪器等,动脉张力法的测量优点是精度较高,无需每次测量时定标,基本能够实现较长时间无创连续血压的测量。动脉张力法要求传感器对位移和压力有较高的灵敏度,使用时传感器必须紧压在靠近骨骼的动脉上且需要保持传感器测量位置相对固定。当被测者生理状态改变,有可能因外力和平均压的改变不一致而产生测量误差。
1.2容积补偿法
恒定容积法(Vascular Unloading Technique)又称为容积补偿法或容积振动法,当施加的血管壁外压力总和与血管内周应力相等时,动脉血管处于恒定容积状态,此时血管壁的直径不再受血压波动的影响,通过对恒定容积状态下的外加压力的测量间接得到血压值,利用血管自身的强非线性力学特性而形成的血压检测方法即为恒定容积法。 采用恒定容积法时,首先通过对袖带加压控制血管的内外压差,然后再利用光电容积检测法检测血管的内容积,最后通过观察光电容积曲线的出现点以及振幅最大点所对应的袖带压力,来确定最高血压以及平均血压,间接地计算出最低血压[11]。
恒定容积法虽然可以实现连续血压测量,但使用恒定容积法测量血压时,需要在被测部位保持一定的压力,当长时间测量血压时,位于袖带下部的静脉血管在外压作用下一直处于压闭状态,导致静脉充血,从而影响测量精度。 恒定容积法长时间测量会给被检测者带来不舒适感甚至压痛感,佩戴舒适性较差,同时测量装置复杂,不适合在航空航天等较小空间环境下使用。
荷兰的医疗公司出品的连续血压产品,通过手指的动脉压传感器来记录心跳产生的血压数据,将手指动脉压转换为肱动脉压,达到实时测量血压,其采用流模型技术算出血流动力学参数及其变化趋势,并利用RTF技术校准标定血压值。
美国研发的NIBP100D连续血压测量系统采用一种血压计技术记录动脉脉搏压力,通过采集手指脉搏压力来实现连续逐跳的血压信号。可实时测量舒张压、收缩压、平均血压值、心率等,其测量精度为 ±5 mm Hg(0.6 k Pa)[12]。
1.3脉搏波速法
脉搏波速法是依据脉搏波沿动脉传播速率与动脉血压间具有正相关性的特点而提出的,通过测得的脉搏波速间接推算动脉血压值。脉搏波速通常选取臂上两点,测量脉搏波在两点间的传递时差,通过时差间接计算波速,再利用血压和波速之间的正相关推算出动脉血压值[13]。
浙江大学李顶立等人利用脉搏波传导时间与血压的关系方程,对不同个体分别进行方程参数标定,从而实现无创血压连续测量。仪器误差< 8 mm Hg,均方差值< 8 mm Hg,优于美国医疗器械促进学会(AAMI)推荐的标准差不超过8 mm Hg的标准[14,15]。
MIT工程师开发出一款可穿戴式无创血压测量装置, 该测量装置只有手表大小,通过测量手腕和小拇指间的脉搏波信号时差,计算得出血压,通过一块内置的电池供电, 能实现24 h动态血压监测。设备通过三轴向加速传感器判断运动状态,帮助系统校正测量误差[16]。
1.4脉搏波特征参数测定法
脉搏波参数测定法是通过脉搏波提取出能充分反映血压的特征点,根据脉搏波原理和动脉弹性腔理论建立血压与脉搏波特征参数间的相关关系,以达到无创血压测量的目的。 脉搏波中常见的波特征参数有:脉动周期、主波高度、降中峡高度、降中峡相对高度、重搏波高度、重搏波相对高度等。 2011年,KIM、吕海姣等建立脉搏波特征参数和血压间的关系方程,并以此来估计收缩压和舒张压,其收缩压和舒张压标准方差< 5 mm Hg,平均方差< 3 mm Hg,此外,焦学军、 孟兆辉、汤池等学者都做了大量研究[17,18,19,20]。
2总结
连续实时监测血压具有非常重要的临床价值,无创连续血压测量方法是当前国内外血压检测的一个共同趋势。 动脉张力法与容积补偿法精度较高,初步实现了24 h动态血压连续测量,但动脉张力法长时间测量血压时要保持传感器测量位置相对固定较为困难,容积补偿法长时间测量会导致静脉充血而影响测量精度,给被检测者带来不舒适感甚至压痛感,且测量装置较为复杂。脉搏波传导测血压虽然能解决张力测定法与容积补偿法装置复杂、佩戴舒适性较差等问题,但由于个体之间差异较大,生理参数间的相对性对各种因素的影响非常敏感,且尚无脉搏波传导和动脉压相关关系的统一标准,脉搏波会随着个体的差异而有所改变,影响血压测量精度。若能对不同个体进行分别定标,将多种检测手段相结合,改进数据处理方法,找出脉搏波传导与人体血压变化的相关关系,则血压测量的精度将会有进一步提高,无创血压技术将会有更加广阔的应用空间和市场前景。
无创自动测量血压计应用技术探讨 篇2
1 无创自动测量血压计测量原理
目前市场上常见的无创自动测量血压计,采用的是示波法原理。其工作原理是将血压计袖带加压至阻断肱动脉血流,然后缓慢减压,期间手臂传出声音及压力小脉冲,测量仪器识别从手臂传到袖带中的小脉冲,经过对小脉冲的拾取和多重处理后,形成一条能够体现脉冲峰值变化的包络线,采取适当的判别技术和校正方法,从面得出血压值。不同厂家生产的无创自动测量血压计其血压判别技术和校正方法是不完全相同的,常用的大致有最大上升斜率判别法、比值判别法、拐点判别法和将小脉冲数据转换成其它中间数据进判别的方法等。虽然方法多样,但都是根据同样的测量过程来进行血压判别。此外,还有一种不常见的就是听诊法原理,或叫柯氏音法,其原理是模仿水银血压计通过识别柯氏音来判断收缩压和舒张压。
2 无创自动测量血压计的准确性问题
笔者在工作中,经常被问到“无创自动测量血压计到底准不准?”,“为什么无创自动测量血压计量出的血压跟水银血压计量出的血压相差很大?”等等之类问题。
笔者以为,首先,不能将无创自动测量血压计同水银血压计作简单的比较,毕竟两者从测量血压的原理上就是不一样的。目前,国际上已公布的无创自动测量血压计医学临床测量准确性的认证方案主要有三个:(1)美国医疗器械联合会(AAMI)方案;(2)英国高血压协会(BHS)方案;(3)欧洲高血压学会(ESH)的方案。其基本方法是比较待检验的无创自动测量血压计与标准水银柱式血压计之间读数的差异程度,采用一系列严格的质量控制和统计学方法,对两种血压计测得的数值进行处理和分析,并进行判断。国际高血压协会推荐用这三种方案中任一种,对各国生产的无创自动测量血压计进行认证,凡经过这几个标准之一认证通过的产品,均属可代用产品。因此,不能简单地说,水银柱式血压计测量结果比无创自动测量血压计测量结果准确。当然,认为无创自动测量血压计测量结果比水银柱式血压计测量结果更准确,也是不对的。
其次,无创自动测量血压计到底准不准?我们可以从无创自动测量血压计普遍采用的示波法原理来进行分析。示波法原理测量血压时,测量的是袖带在放气过程中,袖带内气体产生的振荡波的最大幅度,然后通过一定的换算关系算出收缩压和舒张压。其核心是振荡波的最大幅度与血压的换算的关系,到目前为止,虽然各厂家的算法不尽相同,但其算法的取得都是依靠大规模人群测量取得的数据进行统计分析。由于血压测量的个体差异往往很大,同样是收缩压,有的人可能是90mmHg或者更低,有的人则可能是180mmHg或更高。在应用示波法这样一种基于统计规律的算法来计算血压值时,就会出现一种现象:对于血压变化规律接近统计规律的个体,其测量结果相对比较准确;反之,对于个体血压变化与统计规律有显著差异的个体,其测量结果偏差就会比较大。这也就是有的人认为无创自动测量血压计比较准确,有的人认为不准确的原因。
因此,无创自动测量血压计的价值更在于其血压普查及监测的意义。对于大规模人群,应用无创自动测量血压计进行血压监测,或在家庭健康管理中使用无创自动测量血压计进行日常的血压监测,可及时发现血压值的异常变化,提高民众的保健水平等。在这些方面,无创自动测量血压计是有其优越性,且具有积极意义的。而在临床诊断和治疗中,由于医护工作者不可能事先知道被测者的血压值是否符合示波法的统计规律,即便是只有1%甚至1‰的人没有被测准,对于被测者来说都是难以接受的。因此,国家主管部门在无创自动测量血压计的应用上有严格的把关,到目前为止,尚未有无创自动测量血压计被批准用于临床的诊断。
3 影响无创自动测量血压计测量的因素
影响无创自动测量血压计测量的因素主要有测量系统因素和人体生理因素。测量系统因素包括排气速度、数据处理方法、系统稳定度和袖带的松紧等。人体生理因素则涉及到流体力学、弹性力学、生物材料力学等领域,主要有人体血管特性、血管周围肌肉的特性、粘弹体特性和自我调节机制等。人体的血压是在不断变化的,人在兴奋、紧张、运动时血压会升高,而洗澡后、抽烟时血压会降低。人在一天当中的不同时间,血压也是有起伏变动的。正因为人体的血压是不断变动的,因而每次测量的结果都会不同,两次测量得到同一血压值是十分罕见的。此外,袖带的包扎的位置与松紧程度,也影响血压测量的结果。测量血压时,袖带的底部应该在手臂肘窝上方1~2厘米的地方,把袖带戴得过高或者过低,血流经过这些地方时压力已经发生了改变,测量的结果当然不准确。袖带包扎在手臂上的松紧程度,对示波法中包络线幅度的影响非常大,松与紧的幅度能相差一倍以上,直接影响到血压测量的结果。
4 无创自动测量血压计的检定校准
无创自动测量血压计的检定包括静态和动态两方面。静态检定时,无创自动测量血压计相当于一个压力表,与标准压力源作比较即可实现,相对比较简单。国家于1999年即颁布了检定规程JJG692-1999《数字式无创自动测量血压计(静态)》,对无创自动测量血压计的静态检定作了规定。对于无创自动测量血压计动态血压的检定校准方面,则一直没有统一的国家标准。2010年颁布的用以替代JJG692-1999《数字式电子血压计(静态)》的JJG692-2010《无创自动测量血压计检定规程》中,也仅对动态血压的示值重复性作了规定,而对动态血压的示值误差则未作要求。
目前,对无创自动测量血压计动态血压的检定主要思路有下述两种。
其一是产生一个峰值和谷值的准确度满足检定要求的标准模拟血压波,再通过一力学特性等效于人体手臂的模拟手臂,把模拟血压波信号传递给无创自动测量血压计,无创自动测量血压计的测量结果与标准值的差值即为无创自动测量血压计测量收缩压和舒张压的基本误差。其不足之处在于示波法的基础理论支持还很欠缺,使得模拟手臂力学模型的建立难度相当大,只能依赖统计归纳的方法进行处理。广东省计量科学研究所和广东省医疗器械研究所共同研制的示波法无创自动测量血压计检定装置,即是基于这种检定思路实现的。
其二是通过血压模拟器还原包络线。首先采集一定量的人群包络线,经过统计归纳确定出一条典型的包络线,这条包络线隐含着收缩压和舒张压的量值,即它标称着收缩压和舒张压的值。在检定过程中,通过一个装置经管路连接把这条典型的包络线还原给无创自动测量血压计,无创自动测量血压计传感器感应压力变化,拾取出该包络线,确定血压值,无创自动测量血压计测得值与典型包络线的血压标称值之差,即为无创自动测量血压计血压测量的基本误差。访方法的问题在于包络线所标称的收缩压和舒张压量值,无法通过常规的实验方法进行检定,亦即它在量值溯源上存在困难。由于模拟器还原的包络线也是基于人群统计的数据,不同厂家的血压模拟器的包络线不尽相同,因此同一台无创自动测量血压计在用不同厂家的血压模拟器检定时,可能会产生不同的结果。目前业内用于检定校准的血压模拟器主要有FLUK、迈创等品牌,均采用该方法实现无创自动测量血压计动态血压的测量。
5 结束语
在医学发展的过程中,临床众多专业学科所参考的血压值,始终是使用水银血压计,并且按照这个血压值的标准形成了各专业学科的诊断、治疗和用药等的一系列规范。从这个角度上看,人体的血压值在医学实践上,是被采用柯氏音法的水银血压计所定义了的,也就确立了水银血压计在临床诊断上的巩固地位。但水银终究是严重污染环境的重金属,在环境中基本不降解,而无创自动测量血压计以其环保、便携、易操作的特性,被越来越多的应用于健康体检及日常血压监测中,随着科技的发展,无创自动测量血压计的应用领域将会不断拓展,人体血压的测量将会越来越准确。国家应尽快研究建立符合我国国情的无创自动测量血压计测量标准,规范无创自动测量血压计测量的设备在设计、检验和方法等的要求,建立客观的评价方法,尤其是动态血压的评价方法,准确地检验无创自动测量血压计的性能,确保临床使用的有效性和安全性。
摘要：简述了无创自动测量血压计的基本原理,探讨了它的测量的准确性和影响因素,介绍了当前无创自动测量血压计的检定校准方法及其不足之处。
关键词：无创自动测量血压计,应用技术,探讨
参考文献
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无创血压测量技术 篇3
无创血压测量(NIBP)常用方法有:柯氏音听诊法、示波法、超声法、恒定容积法等。其中示波法是临床上各类监护仪、电子血压计广泛采用的血压测量技术[1]。本文所采用的无创血压测量模块采用示波法,其核心控制器件为日立的HD64180RF6X 8位CPU,采用袖带式测量。示波法工作过程是先用袖带阻断动脉血流,在放气过程中检测袖带内的气体压力振荡波。研究人员已经证明,血压振荡信号最大值与平均压有较好的对应性,常用最大波幅来确定平均血压值。目前收缩压和舒张压的经验判别准则很多,但无公认的判别准则,多是基于统计学规律,常用示波法判定收缩压和舒张压的方法基本有两种:一种是波形特征法,通过识别血压波形在收缩压和舒张压处的波形变化特征来判别血压值;另一种是幅度系数法,通过识别与确定收缩压、舒张压与平均压之间的内在关系来判定血压值[5]。
无创血压测量模块基于示波法原理进行设计。模块主要由微控制器、气泵、放气阀、袖带、压力传感器、驱动电路和信号处理电路等几部分组成。其中核心控制器件为日立的HD64180RF6X 8位CPU。另外,模块可通过RS232串口与上位机通信,通过串口,模块既可获得上位机的参数配置命令,又可向上位机发送实时测量数据。
测量开始时,微控制器根据预先设定的参数控制气泵对袖带快速充气,当袖带压力达到设定值时,控制放气阀使袖带缓慢放气(袖带压力每秒约下降4~5 mmHg),在此过程中,压力传感器连续采集袖带压力信号,并通过信号放大、滤波等信号处理电路,将分离出的脉搏波信号和袖带压力信号分别送至微控制器进行处理,当脉搏波信号消失时,一次测量过程结束。微处理器将采集到的信号进行AD转换后,提取脉搏波峰值并与同一时刻的袖带压力对应分析,获得心律、收缩压、舒张压、平均压等有效数据。处理后的血压数据以及原始的脉搏波和袖带压力数据均可通过串口实时发送至上位机,以便进一步分析、显示、比较、存储[2、5]。
1 模块通讯协议
采用的无创血压测试模块采用串行通讯方式,波特率为4800波特,8个数据位,1个停止位,无校验,0~5V逻辑电平,无附加握手信号线。主机到模块通讯,一个命令帧为8个字符结构:
(1)实时袖带压报告(rcpt),当模块在测量模式、压力计模式、电磁阀测试模式中时,以每秒5次的发生频率发生;
(2)结束提示;
(3)状态报告,在启动及收到数据请求命令后才发送[2]。
2 串口通讯方式
使用C++实现上位机与模块串行通信的方法有三种。方法一:使用VC++提供的串行通信控件MSComm;方法二:在单线程中实现自定义的串口通信类;方法三:多线程下实现串行通信。本设计中采用第一种方法来实现对串行通信的编程,即使用VC++提供的串行通信控件MSComm,通过对串口的连接就能实现计算机与计算机之间的联系,使用方便灵活[3-4、6]。
3 系统设计流程
软件设计的基本流程如图1:
3.1 串口初始化
MSComm有很多重要属性,但必须熟悉以下几个属性,CommPort:设置并返回通信端口号;Settings:以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位;PortOpen:设置并返回通信端口的状态,也可打开关闭端口;Input:从接收缓冲区返回和删除字符;Output向传输缓冲区写一个字符串。
主要程序:
以上代码设置串口参数,关键是设置SetSettings、SetInputMode、SetRThreshold函数,为数据接收发送做准备,可通过OnComm事件进行后续的数据处理。
3.2 数据发送和接收通讯
当发送“开始测量”指令后,数据按协议格式从血压模块发送到上位机,上位机按十六进制处理,当上位机每接收一字节数据就触发一次OnComm()函数,此函数中包含数据处理部分。开始测量时,主机接收到rtcp报告帧,此帧包含实时袖带压的数据,只要提取此数据帧
主要程序如下:
当袖带充气并放气,得到测量结果后,会发送停止数据帧,这时程序只要检测到停止数据帧并且检测到随后数据帧发送的“P”,程序则会提取接下来模块上传的三个字节,同样取每个字节两位十六进制的低位,得到收缩压,同理舒张压与心率与此相似。
从测量开始,通讯时要进行数据类型的转换,如图2所示:
3.3 数据保存
每次点击“添加血压数据”,将把此次血压数据(包括收缩压、舒张压、平均压、心率)放到一个专门用于保存的字符串的末尾,每次点击保存数据就会保存此字符串,利用Windows通用对话框中的“文件”对话框来保存为两种格式分别为TXT和XLS格式[7]。
主要程序:
3.4 关闭串口
在测试完毕后,当关闭窗口时,响应系统消息WM_DESTROY触发对应响应函数OnDestroy(),关闭串口对此函数编程为:
4 结果分析
图3为设计出的软件界面。通过此软件,可以设置测量的模式如:成人/儿童模式,时间周期模式(隔固定时间测量一次血压)。在测量过程中,实时显示袖带压,可接收停止、复位指令重新测量。在测量完成后显示收缩压、舒张压、平均压,心率等。根据用户的需要可以保存想要的结果(收缩压、舒张压、平均压、心率、实时压),可以是多次测量的记录,并保存为两种格式,文本格式(TXT)和表格(XLS)格式,方便对所得数据进行记录、处理和统计分析,如把测量结果导入到到Excel中。把实时压数据用Excel打开,并用Excel画出折线图,如图4,可知模块采用阶梯放气测量血压。
此软件也可用到到临床中,对人体进行一定周期的血压测量,并保存到计算机,便于对病人血压状况的跟踪监测,方便医生对数据进行分析和处理。
5 结束语
本系统具有常见监护血压测试系统的特点,具有周期测量功能,可每隔一段预设时间进行血压测量,可以根据测量对象选择不同的测量模式。同时也具有很多血压自动测量系统不具有的优点:可以对数据进行实时有选择的保存,并转为EXCEL格式便于统计分析,可保存多种数据格式,这一点对于计算机水平有限的临床医生和医学研究人员是非常有用的。该系统为我系学生实验用,符合学生的需要,便于操作,也可根据学生需要修改程序。
摘要：应用VC++(version6.0)、ActiveX控件MSComm串口通信的方法,设计出简明方便的无创血压测量软件,实现无创血压测量模块与上位机的数据收发和处理,便于数据统计分析与系统集成,具有可编程性和开放性。
关键词：无创血压测量,血压计,串口通信,Mscomm控件
参考文献
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[6]胡春燕.基于VC的串口通信的实现[J].福建电脑,2005(10):150-151.
无创血压测量技术 篇4
下面, 笔者就几个主要的问题进行探讨。
1 无创自动测量血压计的原理
目前市场常见的无创自动测量血压计, 采用的是示波法 (又称振荡法) , 至今, 示波法经历了三代技术革新。
第一代:MWD技术 (降压测量)
主要原理:通过加压气泵将血压计袖带加压至阻断肱动脉血流, 然后通过定速排气阀缓慢减压, 压力传感器识别从手臂传到袖带中的小脉冲, 经过对小脉冲的拾取和多重处理后, 形成一条能够实现脉冲峰值变化的包络线, 采用适当的判别技术和计算方法得出血压值。
原理图如图1所示。
主要元器件:加压气泵、急速排气阀、机械式定速排气阀、压力传感器。
测量特点:快速加压到某一压力值, 通过一个机械式定速排气阀按3～5mmHg/s的速度放气, 并在此放气的过程中进行血压测量, 测量完毕急速排气。
此技术测量的特征是采用了急速排气阀、机械式定速排气阀。
第二代:MWD技术 (降压测量)
主要元器件:加压气泵、电子定速排气阀、压力传感器。
第二代技术与第一代技术的不同在于只使用一个气阀, 采用了电子控制排气阀的伺服技术 (ECV SERVO TECHNOLOGY) , 定速排气的速度真正做到了定速, 并能根据测量者的血压进行智能加压, 测量结果更加稳定 (其他影响因素除外) 。
第三代:MWI技术 (升压测量)
主要原理:通过加压气泵将血压计袖带加压, 压力传感器采集相应的袖带压, 此袖带压即认为是血压与脉搏波的混合信号。对混合信号滤波得到脉搏波, 因为血压幅值远大于脉搏波, 所以混合信号可估计为血压信号。利用脉搏波幅值的比例关系得到血压信号对应的特征点即为收缩压与舒张压, 原理如图2。
主要元器件:加压气泵、压力传感器
测量特点:用伺服加压气泵控制加压速度, 并在加压过程中测量血压。
目前市场上的无创自动测量血压计以采用第一代与第三代技术的产品为主。
2 无创自动测量血压计的寿命试验要求以及试验方法误区
寿命试验是对无创自动测量血压计的设计进行验证比较好的方法之一。通过这种方法可以验证软件和采购部件的可靠性。防止产品上市销售后投诉风险的发生。
国家食品药品监督管理局发布实施YY0670-2008《无创自动测量血压计》行业标准以及国家质量监督检验检疫总局发布实施JJG692-2010《无创自动测量血压计》检定规程均对无创自动测量血压计的寿命进行了要求。
YY0670-2008《无创自动测量血压计》中的规定:
寿命:设备经过至少10000此满量程循环以后, 仍能满足标准中的安全要求和性能要求。满量程循环是指压力从2.67kPa (20mmHg) 或更低升高到最大压力值, 再降到2.67kPa (20mmHg) 或更低。
寿命:设备经过4.3中所述的10000此满量程循环工作后, 应满足4.4、4.5.4、4.6中所述的要求
JJG692-2010《无创自动测量血压计》的规定:
静态压力示值稳定性
在规定静态压力测量范围内, 经过10000次模拟循环试验后, 静态压力示值的变化应不大于0.4kPa (3mmHg) 。
寿命试验如果采用手动测试, 将耗费大量的人力和时间, 于是很多厂家和机构研制了寿命试验的设备, 但是很多厂家认为寿命试验主要是对气泵的寿命考核, 仅仅通过硬件控制血压计的气泵开与关, 同时利用软件控制其次数, 自控充放。这种方法虽然简单快捷, 但这种方法是比较片面的, 气泵虽然是一个主要的部件, 但是在无创自动测量血压计的工作中包含了管路、排气阀、压力传感器。寿命试验应针对整体, 模拟无创自动测量血压计在正常使用时的状态, 以验证管路以及管路连接的承压能力、气泵的寿命、排气阀的寿命、压力传感器的寿命、袖带气囊的寿命、袖带外部针织部分缝纫的寿命。
3 无创自动测量血压计的寿命试验机的设计探讨
3.1 总体思路
按照前述无创自动测量血压计的原理分别对升压测量的血压计和降压测量的血压计进行分别设计。
3.1.1 升压测量方式
升压测量的无创自动测量血压计的测量特点是血压计开始加压当升压到20mmHg～40mmHg (各厂家值有差异) 左右时, 可以检测到脉搏, 如没有检测到脉搏信号, 则血压计出现错误提示, 但袖带阻断血压, 没有脉搏信号时, 则进行血压测量。当脉搏信号一直持续, 血压计则会一直加压直至可测量上限之后排气。
3.1.2 降压测量方式
降压测量的无创自动测量血压计的测量特点是血压计一开始就升到一个相对高的压力直至阻断血流, 检测不到脉搏信号, 之后缓慢放气直至血压测量完成后排气。而如果达到满量程, 则需要在血压计在开始升压后既有脉搏信号输入直至达到测量上限。
3.3 总体框架
系统由两部分组成:压力控制单元和脉搏发生单元。由PLC实现无人值守的循环寿命试验。
(1) 压力控制单元
压力控制单元主要由触摸屏、PLC、压力传感器、电磁阀等气动元件组成, 通过程序实现对外接气源的控制。
触摸屏主要实现良好的人机交互, 并方便对不同测量原理的血压计进行选择。
通过对PLC编程对无创自动测量血压计电源通断控制以及脉搏信号控制实现寿命试验的循环。
通过压力传感器设置压力触发的上限和下限。
通过电磁阀的开启和闭合实现对脉搏发生单元的压力输出。
(2) 脉搏发生单元
脉搏发生单元由模拟臂、微型气缸组成。
模拟臂周长参照上臂以及手腕的尺寸, 一般上臂模拟臂周长为100mm, 手腕模拟臂周长为48mm。
微型气缸经过气体驱动模拟脉搏信号, 使无创自动测量血压计不断加压。
3.4 工作流程图
3.5 结果验证
按以上设计的寿命试验机针对升压测量和降压测量的无创自动测量血压计进行了试验, 结果表明, 单次试验时间在35s-45s左右, 且通过程序设定能实现自动循环, 通过PLC内部程序设定或者外接计数器均可实现计数功能。
4 结束语
以上主要介绍了无创自动测量血压计的原理, 提出针对不同原理的无创自动测量血压计进行寿命试验的设备的设计的思路, 随着行业标准和检定规程的实施, 正确的实施寿命试验对生产企业以及检测和检定机构是非常有必要的。
参考文献
[1]朱俊杰, 等JJG692-2010无创自动测量血压计检定规程.国家质量监督检验检疫总局
[2]叶继伦, 等YY0670-2008无创自动测量血压计.国家食品药品监督管理局
[3]蒋雪萍, 潜光松无创自动测量血压计应用技术探讨[J].中国医疗器械杂志2012, 36 (1) :74-76
无创血压测量技术 篇5
关键词：血压测量,示波法,压力传感器
血压是反映心血管系统状态的重要生理参数,正常的血压是血液循环流动的前提。血压处于正常范围内时,可向人体各组织器官提供足够的血量,维持各组织器官正常的生理功能。血压超出正常范围时,无论过高过低都会对人体健康产生严重损害。因此,研究如何对血压进行精确、简易、直观的测量,具有较高的临床应用价值。
本文介绍的无创血压测量模块采用示波法原理实现血压参数的测量。可根据需求进行单次测量或连续测量,并可将测量结果通过串口传输至上位机,以便对测量数据进行分析、整理、显示及存储。
1 示波法原理
示波法测量原理是通过充气袖带加压阻断肱动脉血流,然后缓慢减压,根据减压期间手臂中传出的压力脉冲的变化获得人体的收缩压和舒张压。由于示波法通过压力脉冲变化而非声音变化提取血压的特征参量,而压力信号的采集相对简单,这就为通过电子仪器自动测量血压提供了可行的技术渠道。
采用示波法测量血压,首先应对袖带充气加压,直至阻断肱动脉血流,此时开始缓慢放气减压,随着袖带压力的下降,肱动脉血管由阻断变为导通,这一过程就会在袖带中产生一系列的脉搏波,脉搏波随压力下降逐渐增强,当袖带压力下降到平均压时脉搏波达到最大值,然后又随袖带压力下降逐渐衰减。见图1(其中纵坐标为脉搏波的振幅相对值;横坐标为袖带压力,单位mm Hg)。把脉搏波拾取出来,将其峰值连成曲线,可得出脉搏波包络线,见图2(其中纵坐标单位为mm Hg,横坐标单位为秒)。通常与脉搏波最大值对应的是平均压,收缩压和舒张压分别与脉搏波最大值成一定比例关系,根据脉搏波包络线的形状和相应的特征点,利用经验公式算法,即可获得相对准确的收缩压和舒张压数据。
2 无创血压测量模块的工作原理
本文介绍的无创血压测量模块基于示波法原理进行设计。模块主要由微控制器、气泵、放气阀、袖带、压力传感器、驱动电路和信号调理电路等几部分组成。其中核心控制器件为日立的HD64180RF6X 8位CPU。另外,模块可通过RS232串口与上位机通信。通过串口,模块既可获得上位机的参数配置命令,又可向上位机发送实时测量数据,图3为模块的工作原理示意图。
测量开始时,微控制器根据预先设定的参数控制气泵对袖带快速充气,当袖带压力达到设定值时,控制放气阀使袖带缓慢放气(袖带压力每秒约下降4至5 mm Hg),在此过程中,压力传感器连续采集袖带压力信号,并通过信号放大、滤波等信号调理电路,将分离出的脉搏波信号和袖带压力信号分别送至微控制器进行处理,当脉搏波信号消失时,一次测量过程结束。
微处理器将采集到的信号进行AD转换后,提取脉搏波峰值并与同一时刻的袖带压力对应分析,获得心律、收缩压、舒张压、平均压等有效数据。处理后的血压数据以及原始的脉搏波和袖带压力数据均可通过串口实时发送至上位机,以便进行进一步分析、显示、比较、存储。
3 无创血压测量模块的应用
3.1 数据采集
模块的串行调试格式:4800波特率(1200、2400、9600可选);8个数据位;1个停止位;无校验位;0V~5V逻辑电平;无附加握手信号线。
主机到模块通讯的一个命令帧为8个字符结构:
其中:
‘ab’是定义为01-27的命令字符的2位ASCⅡ码;
‘cd’是定义为0-9,A-F的16进制校验和的2位ASCⅡ码;
根据模块串口协议,利用串调软件,获得.txt文件数据,格式如下:
02 39 39 39 0D(文件结束标志)
3.2 Matlab数据处理
使用Matlab 6.5软件读取.txt数据文件,将每帧数据中对应袖带压力值的3个ASCⅡ码数据提取出来,并转化成十进制,构成一个直观、易读的袖带压数组;最后,利用这个整理出的数组画图,从而记录下实时的袖带压波形。
实现程序如下:
综上所述,本文介绍的测量模块不仅可输出处理后的血压数据,同时还输出了原始的脉搏波和袖带压力数据。根据需要,上位机对获得的原始数据采用不同的算法进行修正,并将多种修正算法针对不同测量标本得出的测量结果进行比较,综合考量各种算法以及修正参数的效果,可以随时对修正算法进行改进,不断提高测量精度。
4 结论
本文介绍的基于示波法原理的无创血压测量模块与传统血压测量方式比较具有多种优势,通过改进算法,可不断提高模块的测量精度,能够满足临床应用的要求。另外,由于该模块构造简单,应用灵活,可作为医疗仪器课程教学用实验设备,使学生对示波法原理获得直观认识。
参考文献
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[2]张政波,吴太虎.无创血压测量技术与进展[J].中国医疗器械杂志,2003,27(3):196-199.
[3]余学飞.医学电子仪器原理与设计[M].广州:华南理工大学出版社,2000.
[4]袁林,等.监护仪的血压袖带的改进[J].医疗设备信息,2007(5):14-15.
无创血压测量技术 篇6
1 资料和方法
1.1 一般资料
本组资料共60例, 男39例, 女21例。年龄19~68岁, 平均年龄 (44.6±5.3) 岁。其中, 中心静脉压 (CVP) 为0~5 cm H2O者4例, 6~12 cm H2O者56例。所有患者Allen’s试验 (此试验主要用于估计掌弓侧支循环, 判断对有创置管有无禁忌症, 与血压值无相关意义) 均为阴性。
1.2 方法
每例病人同步测量ABP和NBP各5次, 共300次。所有患者均行桡动脉及中心静脉穿刺, 接于换能器上, 并置换能器于左腋或右腋中线水平, 测ABP同时, 在同侧上臂绑上袖带, 行NBP测定, 两者均同时接入同一台监测器上。测NBP:采用标准袖带, 常规缚于所测肢体, 另一端插入监测仪的无创血压插座上, 测量数值显示于监测屏幕上;测ABP:将套管针按无菌操作常规插入桡动脉内, 连接传感器和监测仪。肝素盐水 (生理盐水500 ml加肝素1500 U) 定时冲洗管道2~3 m L, 1次/2 h, 保持其通畅。ABP值取NBP测量开始前及结束后ABP数值的平均值进行同步观察。
1.3 统计学方法
资料数据采用t检验, 应用SPSS 10.0版本统计软件处理。
2 结果
对4例CVP为0~5 cm H2O的休克患者进行20组测量, 结果显示NBP显著大于ABP (P<0.01) , 见表1。对56例CVP为6~12 cm H2O的患者进行280组测量, 结果显示NBP与ABP趋向一致 (P>0.05) , 见表2。中心静脉压 (CVP) 低时有创血压大于无创血压, 中心静脉压 (CVP) 正常时两者趋向一致。故血容量不足或有休克倾向的患者应尽早应用ABP监测。
3 讨论
血压监测是临床生命体征监测的重要指标之一。国内有人对高血压病人进行了ABP和NBP的比较, 其结果显示不太一致, 甚至是完全相反的结果。为了更进一步了解它们之间的关系, 临床上准确地判断患者的血压状态, 我们采用在不同中心静脉压水平进行有创与无创血压监测的比较研究, 旨在发现某些内在的原因, 为临床服务。
mm Hg
注:1 mm Hg=0.133 k Pa。
血压是流动着的血液对血管壁所施加的侧压力, 可通过压强测量来反映其大小。NBP是心血管功能监测的最重要、最常用的措施之一, 当行NBP测压时, 由于袖带充气加压, 通过肌肉组织将血管压闭, 此时压闭血管近心端血容量逐渐增多, 相当于一个蓄水池的作用, 当放气时, 外加压强逐渐降低, 当减至内外压强相等时, 积聚的血液在心脏收缩时冲击压闭的血管, 引起血管外部的压强增大, 产生较高的NBP值。它是根据柯罗特柯夫医生提出“断、续流”原理进行测定[3], 并通过电子换能器将肱动脉搏动的声强转变为电信号, 输入监测仪而得出, 它的特点是实用、有效和方便, 但其灵敏度易受外界因素干扰。患者在休克时, 由于有效血压下降时动脉搏动信号减弱, 袖带反复冲气校正而造成局部血液积聚, 此时就产生较高的NBP值。
袖带法测血压 (间接测压) , 它只能每间隔一段时间测量血压, 不能充分、及时和持续反应血压的变化, 尤其在血压低时, 准确性较低, 甚至测不出血压, 导致对病情难以判断, 影响患者的抢救。虽然有创血压的创伤性, 操作较复杂, 且需特殊设备, 限制了它的广泛应用[4], 但它是一种持续动态过程, 能及时、准确反应血压的变化, 可以捕捉血压瞬间的变化, 其值准确直观, 随时可取, 有利于医务人员能及时迅速地评估患者的真实血压, 预测疾病的发展趋势及治疗效果, 及时调整治疗方案。故在危重患者的抢救中更多采用动脉内直接测压。
有研究认为ABP比NBP高5~20 mm Hg[5], 在高血压患者研究支持这一观点[6], 高血压患者NBP的值明显小于ABP, 这可能是由于ABP的值不仅包括血液对血管壁所施加的侧压力, 还有血流的动能转化的动压力, 而且由于血压越高, 动能越大。而NBP的值不受血流的动能影响, 所以要小于ABP, 而且血压越高, 差别越大。本研究表明NBP与ABP的关系并非是不变的, 对于休克患者NBP明显大于ABP, 这可能是由于血压偏低的时候动脉搏动信号减弱, 袖带反复充气校正而造成局部血液积聚的缘故, 这时血流的动能影响较小。
综上, 作者主张对于血容量不足或有休克倾向的患者应尽早应用ABP监测, 以避免NBP监测掩盖病情的可能, 错失抢救时机。
参考文献
[1]Bailey R H, Bauer J H.A review of common errors in the indirect measurement of blood pressure.Sphygmomanometry[J].Arch Intern Med, 1993, 153 (24) :2741-2748.
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无创血压测量技术 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2012年5月-2013年5月本院收治的80例需进行连续实时动脉血压监测的患者作为研究对象。其中男61例, 女19例, 年龄25~85岁, 平均 (33.53±4.74) 岁。疾病种类包括心血管外科手术19例, 颅脑外科手术11例, 泌尿外科手术7例, 普外科手术34例, 宫外孕4例以及大面积烧伤5例。
1.2 方法
所有患者治疗期间均采取生命体征监护和连续实时动脉血压监测, 于患者两侧桡动脉分别采取无创连续血压监测系统 (T-line) 与直接桡动脉血压监测 (A-line) 进行血压监测。
1.2.1 T-line血压监测
使用TL-200 Tensymetry连续无创血压监测仪 (美国Tensy medical公司) , 按照说明书操作步骤将压力传感器和腕带置于桡动脉搏动处, 并固定于患者一侧桡骨头侧腹面紧贴桡骨茎突内侧, 调节松紧度。连接显示屏后通过感应器探头自动纵向和横向搜索脉搏最强点位置, 确定后开始实施连续实时动脉血压监测[4]。
1.2.2 A-line血压监测
桡动脉穿刺前行Allens实验观察尺动脉循环情况[5], 手部供血不足需改换其他部位进行穿刺。于另一侧桡动脉选取合适穿刺点将套管针常规插入桡动脉内, 穿刺成功后使用透明辅料固定并连接传感器和监护仪, 同时将配制好的袋装肝素生理盐水 (0.9%氯化钠注射液500 m L加入肝素钠20 mg) 连接于压力换能器上端, 排尽空气后将换能器接通大气, 将监护仪校零。并将延长管与压力换能器下端连接并排尽空气, 待整个管道充满肝素盐水后进行管道和换能器固定, 然后开始实施连续实时动脉血压监测[6]。桡动脉穿刺由本科经验丰富医生严格按照无菌操作。
1.3观察指标
记录14次不稳定血压发作中T-line与对侧桡动脉A-line血压变化率, 比较两者血压变化和变化率, 同时比较T-line与A-line检测结果的一致性。
2 结果
急剧T-line血压在134~835 s时, 变化范围从49.1 mm Hg到71.5 mm Hg, 并且NS不同, A-line血压不同, 见表1。血压变化的速率为0.04~0.35 mm Hg/s, 同时也是NS不同, 图1表明T-line血压的变化。
T-line与A-line血压测定结果比较如图2~4所示, T-line与A-line血压测定结果平均血压值基本一致, 决定系数也较高。收缩压和舒张压均未出现回归关系的变化, 表明T-line与A-Line血压测定结果具有高度一致性。
3 讨论
血压是心血管系统功能的基本特征之一, 是评价患者心血管功能的重要指标[7]。及时准确掌握患者血压变化, 对了解病情和开展治疗以及术中保障患者安全具有重要意义。目前临床上一般采取有创 (桡动脉穿刺) 和无创 (袖带法) 两种动脉血压监测方式[8]。其中袖带法主要是利用充气袖带阻断四肢动脉, 通过柯氏音或示波法获取动脉血管壁运动参数、博动血液参数以及血液容积参数等间接获得血压值, 操作简单、无创伤。但其在实时监测上具有局限性, 结果具有延迟性且易受到袖带松紧等外因的影响, 及时性和准确性不足;直接桡动脉血压监测 (A-line) 主要是利用穿刺套管留置在周围动脉内直接测定即时动Systolic BP、Diastolic BP和Mean BP, 连续性和准确性均较好[9,10]。但其对操作技术要求较高, 具有创伤性, 穿刺后可能导致外周动脉管腔部分或全部闭塞、假动脉瘤形成、OLser结节形成、导管插入部位血栓形成以及脓毒血症等并发症, 在一定程度上增加了患者手术风险[11]。同时, A-line在临床应用过程中也受到患者体位、体温升高、血管舒缩状态、压力换能器性能、监测仪校零准确性以及测压路径是否通畅等多种因素的影响[12]。但A-line监测血压的准确度、连续性均在临床上具有显著优势, 仍旧是临床上进行连续实时动脉血压监测的主要手段。
另外, A-line穿刺过程中可选择部位较多, 包括桡动脉、肱动脉、股动脉以及足背动脉等, 但需要注意的是桡动脉和足背动脉由于所处位置较浅, 更容易定位和穿刺, 固定效果好, 护理方便;而肱动脉和股动脉穿刺和固定难度较大, 一次性穿刺成功率低于桡动脉和足背动脉, 易脱落和感染, 操作过程中也可能造成附近静脉及神经损伤[13,14]。本研究中患者均选择桡动脉穿刺, 均一次性穿刺成功, 固定效果良好, 未发生感染。
TL-200 Tensymentry系列产品在美国拥有十几项发明专利, 其基本原理是扁平张力测量法, 并结合系统机械电子学, 对患者的血压进行连续、实时和无创的准确检测。TL-200的校正以桡动脉 (压平) 开始, 直接获得最大脉冲压力, 确定平均动脉压, 收缩压和舒张压的比例显示, 连续校准由传感器的统计动脉压力调整来维持, 优化每一次动脉的最大脉冲压力[15]。本研究结果显示T-line与A-line比较, 在血压的突发式急剧的变化下显示了稳定和可靠的实时校准和测量, 其测量结果与A-line测量结果具有高度一致性。其具有连续性和实时性强、无创伤、操作简单、能够避免因动脉穿刺而引起的血管损伤、皮下血肿、血栓、肢体缺血、感染等并发症以及准确率较高等多方面的临床优势[16]。