血压测量技术（精选8篇）
血压测量技术 篇1
血压测量是评估血压水平、诊断高血压以及观察降压疗效的主要手段[1],在临床诊断和家庭保健中越来越重要。 目前有多种方法来测定血压波形和血压值,但按技术常分为无创和有创两大类。无创法是一种基于心音、压力、血流量、时间和频率5种间接参数测量血压的方法[2],通过袖带、指套、体表压力或超声传感器提取动脉管壁脉搏振动、血管容积变化等信号,利用柯氏音或特定的算法(示波法、容积法、脉搏波法、超声法或其他改良方法)测量血压。有创法又称直接测量法,是将经体表插入的各种导管或压力传感器放置于心腔、动静脉血管内从而直接测量血压的方法。有创法具有响应时间快、结果准确、抗干扰强和应用范围广泛等特点,被国际学术界认定为血压监测的金标准[3]。
1有创血压测量的实现
有创血压(Invasive Blood Pressure,IBP)测量的实现过程主要包括 :1信号传递通道的建立 ;2传感器与信号的连接 ;3信号放大与压力波形的数字化处理(包括滤波、 特征识别与参数计算);4测量参数和压力波形的动态显示与存储。
首先在患者的测量部位建立直接的通道,将导管、植入式无线压力传感器装置或皮下包埋的体内控制器经微电缆连接的传感器置于心脏或动静脉血管内,前者借助液体连通将血压传递到外部的压力传感器上,有创血压电缆将压电信号传输到多道生理记录仪或带有创血压模块的监护仪中,然后通过无线射频技术将测量的数据、压力波形传输到体外的接收控制装置,计算出相关的参数值。
有创动脉波形反映了心肌的收缩力、动脉弹性、瓣膜情况、心输出量、血容量等重要信息。一般情况下,有创法测得的收缩压比无创法要高,测得的舒张压比无创法要低[4]。有创法可实时、准确、动态地获取心血管血压的变化,在急救、心血管手术和重症监护病房得到了广泛的应用。 此外,生命科学研究中常用有创血压验证电子血压计特征参数提取、软件算法的准确性[5],评价新型设备测量技术的有效性[6]。
2有创动脉血压测量的优点
无创血压(Non-Invasive Blood Pressure,NIBP) 测量具有局限性,多种因素均可影响血压测量的准确性,在运动后或低灌注情况下可能测不准或测不出,改进后的NIBP测量方法也无法达到IBP的测量精度[7]。而IBP除测量准确外,还具有以下优势 :1监测数据全面,不仅可测量多部位动脉血压,还可测量中心静脉压、肺动脉楔压、左房压、 颅内压等10余项生理参数 ;2连续动态测量,可获得连续的动脉血压波形和动态的数值变化,能及时发现危急重病患者的病情变化,是围手术期血流动力学监测的主要手段 ;3指导抢救,在严重烧伤病人休克期时,可通过有创法测量中心静脉压和肺动脉楔压,防止输液过多导致心脏前负荷过度,对液体复苏多指标的监测具有重要意义。IBP测量可以指导心肺复苏的按压深度和频率,不仅可控制按压效果,还可以评价复跳后的心脏功能,提高心肺复苏抢救成功率。
3IBP测量的影响因素
IBP测量精度取决于传感器和监护仪的精度,影响IBP测量结果的的外部因素较少,仅与测量部位、系统校零、 导管口方向、测压装置校验等有关[8]。为确保测量的准确性, 保证动脉测压系统的稳定性、灵敏性、线性和适当的频率反应,在监测的过程中应规范操作,并对一次性压力传感器进行有效的管理,注意传感器和测压装置的谐频率和阻尼系数的匹配,使用充液导管测量动脉压。因阻尼过大和衰减造成不太理想的血压波形[9],可通过冲洗排气和校零解决。
4有创血压测量技术的发展
监护仪和传感器技术的发展促进了有创血压测量技术的发展。当前,监护仪向着模块化、专业化、智能化以及信息网络化等方向发展,而传感器向着微小型化、集成化、 智能化、网络化、微功耗及无源化方向发展,无线遥测、 射频充电技术已用于IBP测量和高血压治疗试验中。
4.1有创监护技术的发展
有创监护技术的发展体现在 :
(1)生命信息的全方位监测。监护技术已扩展到血流动力学、麻醉深度、特殊麻醉气体、颅内压、胃黏膜p H值、 经皮血气生化分析、除颤、母婴安全等生命信息的全方位监测,扩展了监护仪的临床应用范围。
(2)向专科化方向发展。功能模块和软件包可灵活配置, 分别用于重症医学、心脑血管、母婴分娩、新生儿、麻醉手术、 除颤监护、呼吸睡眠、运动医学等专科,为患者提供个性化监测以辅助诊断。
(3)监护设备软硬件的升级创新。算法及分析技术的优化,以及抗运动和低灌注功能的增强,使得测量响应速度更快 ;基于容积脉搏波的逆向式无创血压测量技术以及数字式血氧测量技术的应用,提高了参数测量的舒适性和准确性 ;柔薄质轻的压电薄膜和薄膜线缆开始替代传统元件,已应用于呼吸热电监测、睡眠监护床、航天员健康监测等领域[10];医用监护仪正逐步实现微型化、便携化、甚至可穿戴化[11],以适应野外、战地以及院内院外病人转运、 航天医学和家庭监测的需求。
(4)有创血压模块研究。有创血压模块支持2 ~ 8通道有创血压测量,插件式血压模块多采用光电隔离技术, 保证了测量的安全和精度。叶继伦等[12]认为,若要改进测量的准确性和及时性,需加强对各种类型的压力特征波形的自动准确识别,进而准确识别收缩压和舒张压,设置合理的响应时间,准确分析压力变化趋势。
(5)逐步实现网络中央监护、远程监护和家庭监护。 监护仪与云计算技术相结合,可方便医院信息系统调阅患者信息,并与其他具有云计算功能的医疗设备组成新的医疗系统[13],甚至可把其他设备中的图像整合到监护仪上。监护仪、中央监护系统与临床信息系统(Clinical Information System,CIS)的信息共享与整合[14],可对全天数据进行智能汇总,自动生成医疗护理单、麻醉记录单, 提升了电子病历系统的自动化水平。基于数字无线网络通讯技术(3G、4G、Wi Fi、Wi MAX(802.16))的移动监护技术的应用,彻底打破了床旁监护设备与中央台的距离限制, 实现了病人院前急救、院内转运中的连续监护,监护终端在病区的任意移动、随时随地的数据共享,方便了远程监护和远程会诊,促进了家庭监护的应用和发展。
总之,监护仪正逐步朝着智能化和多功能化方向发展[15], 其研究方向是发展集成化、舒适化、方便化、穿戴式、非侵入性健康信息监测技术,完善生理信息连续监测方法, 提高生理信息抗运动干扰的能力[16]。
4.2医用压力传感器技术的发展
压力传感器在生物医学方面应用广泛。人体血压、颅内压、肺部压力、膀胱和尿道压力以及血流状况的测量, 都需要微型、精确、耐用、可靠、对人体无害的压力传感器。 一般选用医用级聚氯乙烯、聚碳酸脂作为体外医用压力传感器的测压连接管和主体的材料。常用的医用压力传感器有NPC、ICS系列、M4415、MPX2300DTI、Model1620(1630)、 OPP-M、FOP-M等。
随着制作技术的成熟和器件性能的不断提高,传感器正朝着短、小、轻、薄的方向发展,从分立式元件向单片集成化、智能化、网络化、系统化的方向发展[17]。
(1)单片集成化。微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)采用硅加工、LIGA加工等工艺,将压敏元件、 电桥线路、前置放大器、A/D转换器、微处理机、接口电路、 存储器等分层加工制作在一个硅单元器件或芯片上,形成微小型化的测量和控制系统。
(2)微小型化。微结构传感器的敏感元件尺寸为微米级, 封装后的尺寸大多小于毫米级。微型压力传感器已经可以小到能放在注射器内,通过注入血管进行血液流动情况的监测[18]。2011年美国密歇根大学丹尼斯 • 西尔维斯特教授研制了大小只有1 mm3的植入式眼压监测计算机,其包括微型处理器、压力传感器、记忆卡、太阳能电池、太阳能蓄电池和无线收发装置等。
(3)智能化。智能化传感器就是将传感器获取信息的基本功能与专用的微处理器的信息分析、处理功能紧密结合在一起,并具有诊断、数字双向通信等新功能的传感器[19]。 在外科手术领域,将封装尺寸极小(一般为0.4 mm)的MEMS传感器整合到内窥镜手术器械内部,增加其触觉功能,可帮助医生监测和控制手术中的穿孔和穿刺力,提高手术的准确性。
(4)微功耗及无源化。微功耗、无源化将提高系统寿命, 是传感器的必然发展方向。
(5)网络化。新一代智能传感器包含数字传感器、网络接口和处理单元,可实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享,在更换传感器时“即插即用”,无须进行标定和校准。
压力传感器按照使用类别可分为植入式、暂时植入体腔(或切口)式、体外式和用于外部设备的传感器。本文就植入式和体外式压力传感器进行介绍。
4.2.1植入式压力传感器
压力传感器的直径< 0.5 mm时即可植入到人体的重要器官中而不影响正常生活。美国Entran公司生产的植入式压力传感器直径仅为1.27 mm,适用于心血管疾病的诊断和治疗 ;瑞典学者采用微硅机械加工技术研制的光纤压力传感器,其外径为0.49 mm[20]。主流的植入式压力传感器包括压电陶瓷、复合压电材料、光纤传感器等。光纤压力传感器可在强电磁、射频及高频电刀、核磁共振的干扰下, 获得高保真、高精确的压力测量。当前,光纤传感器在医学中已用于至少8种人体压力参数的测量[21]。其中全光纤结构压力传感器技术比较成熟,主要用于介入式血压测量、 植入材料内部进行的应力监测、油井内的压力监测等[22]。 植入式压力传感器的供电方案包括 :1采用压电薄膜传感器进行无源工作 ;2使用射频电磁耦合技术供电。
4.2.2体外式压力传感器
体外式压力传感器由流量控制器、传感器芯片、三通等组成。体外式IBP传感器的发展趋势 :1研发出更高性能的芯片,使测量参数更精确 ;2改进封装材料和结构, 减少突发事件对测量的影响,方便医务人员操作,减少废弃物污染 ;3加强压力传感器在中心静脉压、肺动脉压、 左房压、颅内压中的应用研究[23]。
4.3植入式测压装置
利用植入式测压装置可长期、实时地测量生理参数, 对心血管疾病的治疗和疗效评价具有十分重要的意义。本文主要介绍以下3种植入式测压装置的研究和应用进展。
(1)德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会(Fraunhofer Institute)与Dr. Osypka Gmb H公司合作,共同研发出了“高血压患者血管内检测系统”(Intravascular Monitoring System for Hypertension Patients,Hyper-IMS)。该系统由植入式传感器、信号发射单元和体外接收器组成。此装置使用了特殊的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor,CMOS)器件,系统的能耗低至300 μW。
(2)美国食品药品监督管理局(FDA)已批准了一种集成医用支架的无线心血管压力监护装置[24],该装置由基于MEMS的微型硅元件和德州仪器的可编程专用集成电路组成, 可实现电容式传感器的压力测量,压力分辨率可达0.5 mm Hg。 该系统采用无线供电,并可实现电压调节和无线遥测等功能,传输距离约为10 cm,数据速率为42.2 kb/s。
(3)2014年5月28日,美国FDA批准了Cardio MEMS HF系统。该系统用于III级心衰患者心率和肺动脉压的测量,可准确反映舒张期左心室充盈压力的变化,从而监测心衰。小规模的临床试验证实了该装置具有安全性和有效性[25],并可减少心衰患者30% 的住院治疗时间。
4.4植入式降压装置
植入式血压调节装置由体外控制仪和体内调节装置组成,体内调节装置包括体内控制器、脉冲发生器和可伸进血管壁用于刺激颈动脉窦的电极、内部电源等。其工作原理如下 :体外控制仪根据程序或用户设定的参数向体内控制器发出指令,然后动态调节脉冲信号的频率和强度,利用电极激活颈动脉减压反射,通过负反馈机制抑制交感神经、兴奋迷走神经,作用于心脏、血管和肾脏等部位,通过减慢心率、扩张血管和利尿等作用使血压下降[26]。
2004年高兴亚等[27]在国内首次报道了芯片植入式血压控制系统,通过即时改变刺激主动脉神经的脉冲频率从而调控血压,结果表明,血压降低的幅度> 20 mm Hg,且可保持平稳。2006年,美国罗切斯特大学医学中心John Bisognano博士与美国CVRx公司公布了Rheos压力反射高血压治疗系统的初步临床结果。该系统由电池供电的植入式发生器和两根颈动脉窦导线组成,发生器包埋在锁骨附近的皮下,而两根导线分别由发生器连接到左右颈动脉分叉处。临床研究结果表明,采用Rheos系统能连续4年降低患者的收缩压,并能长期保持压力反射的敏感性。目前该系统已经发展到Barostim neo版本,其采用单侧导线,颈动脉窦刺激器直径仅为1 mm,脉冲发生器电池容量更大。 软件方面也进行了更新,可以关闭压力反射激活系统,使低血压或休克病人的自主神经系统重新产生正常的生理应激反应 ;可依据病人临床状况的变化调节刺激强度,并在不同时段依据病人不同的治疗效果设置相应的刺激参数。 采用Barostim neo系统的降压效果与Rheos系统无差异。德国弗莱堡大学工程师Dennis Plachta提出了另外一种解决方案[28],刺激器采用长约20 mm的微型机械式细带电极,该电极环绕在迷走神经周围,通过刺激颈部神经来降低血压。总而言之,植入式智能血压调节装置将有望替代降压药物, 为顽固性高血压的治疗提供同步的解决方案,具有巨大的潜在应用价值。
5小结
综上所述,有创血压测量技术不断发展,今后的研究方向是开发经济、高效、微功耗的自动化测压器件,优化软件算法设计,提升抗运动干扰和抗复杂电磁环境的能力, 创新自主降压治疗技术,从而提高患者的生存质量,提高其应用的安全性和可靠性,降低制造和使用成本。
摘要：本文阐述了有创血压测量的实现过程、优点和测量的影响因素,综述了有创血压测量技术及其装置(包括有创血压监护仪和传感器)的研究进展,并对植入式测压装置和降压装置的临床试验前景进行了展望。
关键词：有创血压测量,监护仪,压力传感器
血压测量技术 篇2
摘要 本实验采用波片法鉴定人体ABO血型和汞式压力表测定人体动脉血压。被测者血液遇抗A血清和抗B血清均不凝集，汞式压力表在压紧被测者上臂后松开第一次听到声音时读数110mmHg，声音消失处读数70mmHg。实验表明，该被测者血型为O型，动脉血压为110/70mmHg。
关键词 ABO血型血压玻片法汞式压力表
前言
人类红细胞上存在两种ABO血型系统的抗原，又称为凝集原(agglutinogen)，分别是A抗原和B抗原。根据红细胞膜上含有抗原类型的不同，可将血型分为四型：仅有A抗原者为A型，仅有B抗原者为B型，两种抗原均有者为AB型，两者抗原均无者为O型。血型可作为机体免疫系统鉴别“自我”和“异己”的标志。在临床上，血型鉴定是进行输血和组织、器官移植成败的关键。在人类学、法医学研究上，血型鉴定也具有重要意义。
动脉血压(arterial blood pressure)是指血流对动脉管壁的侧压力。在一个心动周期中，动脉血压随着心室的舒缩而发生规律性的波动。在心缩期内，动脉血压上升达到的最高值称为收缩压(systolic pressure);在心舒期内，动脉血压下降达到的最低值为舒张压(diastolic pressure)。动脉血压过高或过低都会影响各器官的`血液供应和心脏血管的负担，如动脉血压过低，将引起器官组织血液供应减少，尤其是造成脑、心、肾、肝等重要器官的供血不足，将引起器官的功能障碍和衰竭。血压过高，则心脏和血管的负担过重。长期高血压患者往往引起心室代偿性肥大，心功能不全，甚至心力衰竭。所以保持动脉血压处于正常的相对稳定状态是十分重要的[1]。学习如何测量动脉血压，对于掌控被测者动脉血压的变化，从而预防和控制疾病具有积极意义。
1 实验目的及原理
1.1 ABO血型鉴定
血型就是红细胞膜上特异抗原的类型。在ABO血型系统中，红细胞膜上抗原分A和B两种抗原，而血清抗体分抗A和抗B两种抗体。A抗原加抗A抗体或B抗原加抗B抗体，则产生凝集现象。血型鉴定是将受试者的红细胞加入标准A型血清(含有抗B抗体)与标准B型血清(含有抗A抗体)中，观察有无凝集现象，从而测知受试者红细胞膜上有无A或/和B抗原。在ABO血型系统，根据红细胞膜上是否含A、B抗原而分为A、B、AB、O四型，如表1。
表1
1.2 动脉血压测定
学习间接测量法(听诊法)测定人体动脉血压原理，并实际测定人体肱动脉的收缩压和舒张压的正常值。间接法测量动脉血压原理是用血压计的袖带在所测动脉外施加压力，再根据血管音的变化来测定血压。通常血液在血管内流动时听不到声音，但如果在血管外施加压力使血管变窄，则血流通过狭窄处形成涡流可发出声音。当缠于上臂血压计袖带内压力超过收缩压时，完全阻断了肱动脉的血流，此时在肱动脉的远端(袖带下)听不到声音，也触不到肱动脉的脉搏。当徐徐放气减小袖带内压，在其压力减低到低于肱动脉收缩压的瞬间，血液在血压达到收缩压时才能通过被压迫变窄的肱动脉，形成涡流，此时能在肱动脉的远端听到声音和触到脉搏，此时袖带内压力的读数为收缩压。若继续放气，当袖带内的压力越接近于舒张压，通过的血流量也越多，血流持续时间越长，听到的声音也越清晰。当袖带内压力等于或稍低于舒张压的瞬间，血管内血流由断续的流动变为连续流动，此时声音突然由强变弱或消失，脉搏也随之恢复正常，此时袖带内的压力为舒张压(图1)。
2实验器材和药品
1) 仪器 显微镜，离心机。
2) 器械 采血针，消毒注射器，双凹玻片，小试管，竹签，棉球，腊笔，血压计，听诊器，桌椅。
3) 药品 标准A血清，标准B血清，生理盐水，75%酒精，碘酒。
3实验步骤
3.1玻片法ABO血型鉴定
(1) 取双凹玻片一块，用干净纱布轻拭使之洁净，在玻片两端用腊笔标明A及B，并分别各滴入A及B标准血清一滴。
(2) 细胞悬液制备 从指尖或耳垂取血一滴，加入含1ml生理盐水的小试管内，混匀，即得约5%红细胞悬液。采血时应注意先用75%酒精消毒指尖或耳垂。
(3) 用滴管吸取红细胞悬液，分别各滴一滴于玻片两端的血清上，注意勿使滴管与血清相接触。
(4) 竹签两头分别混合，搅匀。
(5) 10～30min后观察结果。如有凝集反应可见到呈红色点状或小片状凝集块浮起。先用肉眼看有无凝集现象，肉眼不易分辨时，则在低倍显微镜下观察，如有凝集反应，可见红细胞聚集成团。
(6) 判断血型 根据被试者红细胞是否被A，B型标准血清所凝集，判断其血型。
3.2 动脉血压测定
3.2.1 熟悉血压计的结构
常用血压计有两种类型，常用的是汞柱式血压计(图2)，另一种是弹簧式血压计(图4-1-3-3)。前者比较精确，后者方便携带。两种血压计均由检压计、袖带和橡皮气球三部分组成。汞柱式血压计的检压计是一个标有0~40 kPa(0~300 mmHg)(1mmHg=0.133kPa,1kPa=7.5mmHg)刻度的玻璃管，上端与大气相通，下端与水银贮槽相通。袖带是一个外包布套的长方形橡皮囊，借橡皮管分别和检压计的水银槽及橡皮球相通。橡皮球是一个带有螺丝帽的球状橡皮囊，供充气和放气之用。近年来又有一种新型的电子血压计在临床上应用。
图1 间接法测量血压原理示意图 图 2 汞柱式血压计及弹簧式血压计
3.2.2听诊法测量动脉血压
1)受试者脱去右臂衣袖，取坐位，全身放松，右肘关节轻度弯曲，置于实验桌上，使上臂中心部与心脏位置同高。
2) 打开血压计，松开血压计橡皮球的螺丝帽，驱出袖带内残留气体，后将螺丝帽旋紧。
3)将袖带平整、松紧适宜地缠绕右上臂，带下缘至少位于肘关节上2cm处，开启水银槽开关。
4)将听诊器两耳器塞入外耳道，务必使耳器弯曲方向与外耳道一致。
5)在肘窝内侧先用手触及肱动脉搏动所在部位，再将听诊器胸器不留缝隙地轻轻贴在上面。
6)测量收缩压：挤压橡皮球将空气打入袖带内，使血压表上水银柱逐渐上升到听诊器听不到脉搏音为止，再继续打气使水银柱再升2.7~4.0kPa(20~30mmHg)。随即慢慢松开气球螺丝帽，徐徐放气，在观察水银柱缓缓下降的同时仔细听诊，在听到“崩”样第一声清晰而短促脉搏音时，血压表上所示水银柱高度即代表收缩压。
7)测量舒张压：使袖带继续徐徐放气，这时声音先依次增强，后又逐渐减弱，最后完全消失。在声音突然由强变弱(或声音变调)这一瞬间，血压表上所示水银柱高度代表舒张压。也有人把声音突然消失时血压计上所示水银柱高度作为舒张压，若取后者，需另外0.67kpa(5 mmHg)较妥。
8)血压记录常以收缩压/舒张压kPa表示，如收缩压、舒张压分别为14.70kPa(110mmHg)和9.33kPa(70mmHg)，记为14.70/9.33kPa(110/70mmHg)
9)列表记录你所测得同学的血压。
4 注意事项
4.1 ABO血型鉴定
1)所用双凹玻片的试管实验前必须清洗干净，以免出现假凝集现象。
2)A及B标准血清绝对不能相混，所用滴管上贴橡皮膏标明A及B、红细胞悬液滴管头不能接触标准血清液面，竹签一端去混匀一侧就不能去接触另一侧。
4.2 动脉血压测定
1)室内务必保持安静，测量血压前需嘱受试者静坐放松，以排除体力活动及精神紧张对血压的影响。
2)袖带宽度应为12cm，袖带缠绕不能太紧或太松。听诊器胸器最好用膜型。安放时既不能压得太重，也不能接触过松，更不能压在袖带底下进行测定。
3)需要连续测定2~3次，取其最低值或平均值。重复测定时，袖带内压力必须降至零后再打气。
4)发现血压超过正常范围时，应将袖带解下，让受试者休息10min后再测。
5)血压计用毕应将袖带内气体驱尽、卷好、放置盒内，以防玻璃管折断;并关闭水银贮槽。 5结果与分析
5.1 ABO血型鉴定
无创连续血压测量技术的研究进展 篇3
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
高血压病人正确测量血压的方法 篇4
1 血压的正常值
世界卫生组织 (WHO) 建议使用的血压标准是:正常成人收缩压≤140 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa) , 舒张压≤90 mmHg。如果成人收缩压≥160 mmHg, 舒张压≥95 mmHg为高血压。
2 测量血压的正确方法
病人可取坐位或卧位, 卷起袖子, 暴露一臂, 伸直肘部, 手掌向上, 手臂位置应与心脏同一水平。放平血压计, 排尽袖带内的气体, 缠于上臂中部, 松紧度以放入一指为宜。袖带下缘距肘窝2 cm~3 cm, 开启水银槽开关。戴好听诊器, 将听诊器胸件置于肘窝肱动脉搏动最明显处, 用手固定。另一手握住输气球, 关闭气门并向袖带内充气, 至肱动脉搏动消失。再将其上升20 mmHg~30 mmHg。缓慢放气, 同时注意水银刻度和肱动脉声音的变化。当听诊器内出现第一声搏动声, 此时水银柱所指刻度为收缩压, 当搏动声突然变弱或消失, 此时水银柱所指刻度为舒张压。测量结束, 排尽袖带内余气, 拧紧气门上螺旋帽, 整理后放入盒内。血压计盒盖右倾45°, 使水银全部流回槽内。最后关闭水银槽开关, 盖上盒盖, 平衡放置。
3 注意事项
高血压病病人的家中应使用一台水银血压计, 这样才能测量准确。清晨起床前测量的血压较准确。测量血压前病人应先休息10 min, 然后再测量。视线应保持与水银柱弯月面同一水平。听诊器的胸件不应塞入袖带中, 否则会使血压值偏低。放气太慢, 使静脉充血, 舒张压偏高;放气太快, 则听不清声音的变化。测完血压后应隔几分钟后再复测血压。要求相同部位在相同时间、相同的体位用相同的血压进行多次测量, 才能确定血压值[1]。血压计勿放在高温、潮湿的地方, 以避免橡胶变质、金属生锈。定期到有关单位进行血压计的检测, 以确保测量的准确性。
参考文献
血压测量技术 篇5
关键词：台式血压计,腕式血压计,血压值,比较
腕式血压计已经在临床上普遍应用，其使用简单、无污染和无创伤性的优点提高了患者对测量血压的依从性，然而，腕式血压计的准确性一直为人所质疑。为了进一步探讨台式血压计和腕式血压计测量血压的准确性，笔者在临床工作中对50例患者用台式和腕式血压计分别测量血压，并对测量值进行了对比分析，现将结果报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
随机选择在我院五官科住院的50例患者作为研究对象，其中男26例，女24例，年龄26岁～71岁，平均年龄45.4岁。2组血压计经计量部门校正检测符合标准，血压计不受血压精确度影响，测量前30 m in嘱患者不要做剧烈运动。
1.2 方法
由笔者对研究对象在静息状态下采用台式和腕式血压计分别进行肱动脉血压、腕部桡动脉血压的测量。台式血压计按《基础护理学》血压测量方法进行[1]，听到第一声响的汞柱数值为收缩压，声音突然消失的汞柱数值为舒张压。腕式血压计遵循其相关测量原则。一般先采用台式血压计测量血压，然后再使用腕式血压计复测，以免腕式血压计测得的数值影响台式测血压时听觉的主观判断力。
1.3 统计学方法
50例体检者2次测得的血压，自身配对进行t检验，数据以x±s表示，P<0.05为有显著性差异。
2 结果
在遵循操作原则的情况下，两种血压计测量值无明显差异(P>0.05)，测量时间有显著差异。见表1.
3 讨论
实际工作中，无论台式或者腕式血压计，测量时都易受外界环境的影响，如操作熟练程度、听觉、患者体位、情绪等[2]。
台式血压计是以手动加压与放气时通过听诊器来判定血压计值，所以判断标准不一，充气和放气过快或过慢都将影响血压值的准确性。而腕式血压计是以压力泵自动加压、自动快速测压、排气，直接以数字显示压力值与脉搏数，省略了听诊法中的听筒和手动加压和放气系统，排除了听觉不灵敏、视觉不协调和环境噪声等因素影响，使测量值更加客观。而且腕式血压计具有稳定性好、携带方便、无污染和无创伤性等优点，在冬天使用，患者无需脱去棉衣，并且测量时间短，用腕式血压计测量所用时间明显少于台式血压计(P<0.05)，极大地提高了工作效率，深受医务工作者和患者的喜爱，已广泛应用于临床及家庭。许多研究已经证实只要掌握正确的使用方法，尽量避免影响因素，应用电子血压计测量血压十分可靠[3]。除了对于有心血管疾病的患者、外周循环较差的老年人或者电子血压计测得的血压值与正常血压相差太大的需用台式血压计复测以相比较，笔者认为在临床工作中使用电子血压计测量血压非常实用。
参考文献
[1]姜安丽, 石琴.新编护理学基础[M].北京:高等教育出版社, 1999:362-363.
[2]林芝兰, 陈小梅, 林辉.电子血压计与台式血压计测量血压的比较[J].福建医药杂志, 2001, 23 (3) :148.
血压测量技术 篇6
一、汞柱式血压计的计量管理误差
根据汞柱式血压计的工作原理, 其组成部件也会对血压测量值构成一定的影响。有研究指出最大误差值≤2mmHg[2]。
1.分度不均匀引起的示值误差[3]。
打开血压计汞槽开关, 往往可见汞柱零点刻度合格, 却忽略刻度及示值管内径不均匀造成的示值误差。
2.漏气引起的示值误差。
主要表现为进气阀和出气阀中零部件的磨损、橡胶管老化、气门口积灰以及气阀与橡胶球连接不严等引起的漏气。在血压测量过程中可见到不能平稳地控制汞柱升降而出现示值误差。
3.汞柱不在零点刻度引起的示值误差。
汞槽内的汞量不足或过多和汞柱管与基座汞槽不垂直 (>90°或<90°) 以及空气过滤器或隔汞麂皮通气性不好都会使汞柱在放气后降不到零点刻度而影响测量值。
4.灵敏度降低引起的示值误差[4]。
检测无袖带时, 加压使汞柱升至37.33kpa后再快速下降至29.326-31.997kpa之间的任一处, 即刻关闭气阀, 汞柱波动不小于0.267kpa, 否则测量示值正误差加大。
汞柱式血压计因在临床工作中使用频率高、使用部门广、操作者众且技术素质参差不齐, 以及血压计的工作介质汞易受环境温度影响, 所以医院相关部门应建立血压计的使用与保养等工作制度。一般应保证每年校核一次[5], 以保证血压测量的准确性。
二、汞柱式血压计测压前的筛查误差
1.汞柱式血压计的用前检查。
使用汞柱式血压计时, 首先将血压计置于稳妥处打开查看盒盖是否与基座呈90°垂直, 再查看汞柱是否在零点刻度位置, 同时检测其灵敏度;其次查看血压计各部件衔接是否紧密。有研究显示血压计各衔接部漏气, 血压值会偏高;汞量不足血压值会偏低。示值管向前倾斜 (<90°) , 则示值出现负误差;如向后倾斜 (>90°) 则示值出现正误差[3,6]。以上几方面检测如发现问题, 都应及时将血压计送检, 进行校验, 以保证血压测量的准确性。
2.袖带及其气囊大小的选择。
有研究证实血压的测量值与袖带及袖带内气囊大小的相关性较大。大多数研究认为测量肱动脉的成人标准袖带中气袋长为臂围的80%, 宽为臂围的40% , 长与宽之比为2∶1, 气袋约宽12-13cm, 长约24-28 cm;一般袖带大小以 (12-16) cm× (22-30) cm为宜。同时有研究指出儿童臂围<23 cm, 用成人袖带测量, 血压值偏低, 异常肥胖臂围>50cm者, 用常规宽度的袖带测量, 血压值偏高。所以, 测量血压时应配备几种规格如8-16 cm宽的国产袖带及大于16cm宽的可调式进口袖带, 以满足不同人群的需要。特殊胖瘦者应先测量臂围, 再选择合适的袖带, 尽量使误差值控制在0.267kpa范围内[3,6][7]。
3.听诊器胸件的选择。
临床一般使用短管、膜性听头, 耳件能向前调节角度的高质量听诊器。有研究认为钟形听头对柯氏音的低频音听诊更清楚, 能正确决定舒张压, 必要时用钟形听头测量血压效果更好[8]。
三、测量者常见的技术和态度素质误差
1.血压计放置位置。
汞柱式血压计测量血压的原理是通过气体的传导来实现的。有研究显示血压测量时血压计上下移动50 cm对气体的传导影响是极小的。以往要求肱动脉、右心房和血压计汞柱零点保持在一条水平线上是没有必要的[9][6]。张贵清[11]等研究也证实了血压计零点不同位置测量的血压值比较无显著性差异。因此, 血压测量时血压计只须平稳垂直放置即可。
2.受测者上臂肱动脉的位置。
有研究认为血压测量时上臂位置低于右心房水平, 测得血压值将偏高, 反之则偏低。这种差异相差可达10mmHg以上, 每高于或低于心脏水平5cm, 血压相差2mmHg[12]。因此, 经研究证实坐位时上臂应齐右心房;仰卧位时上臂平腋中线。
3.袖带缠绕的位置及松紧度。
多数研究认为上肢肱动脉血压测量时, 袖带内空气驱尽后应平整的缠绕于上臂中部, 下缘距肘横纹2-3cm, 同时气袋中部应置于肱动脉上[13][7]。袖带缠绕的松紧度, 普遍认为应以能插入1-2指为度。
4.听诊器胸件放置的位置。
血压测量时, 听诊器的胸件应放于肱动脉搏动处, 轻压固定, 不可塞入袖带下, 且固定的压力不可过大, 以免测量值偏低[6]。张贵清[11]、郭新胜[17]等研究证明了这一点。但郭新胜[17]等研究指出在高血压3级组, 袖带内外对比收缩压和舒张压均无显著性差异, 可能与该组患者年龄大, 存在明显的动脉硬化有关。
5.受测者上臂着衣厚度。
临床工作中在寒冷季节或为生活不能自理者测量血压时, 将袖带直接缠于上臂内衣衣袖外的现象较多见。有研究指出着衣测量后收缩压和舒张压均显著高于标准方法测得的血压值。龚茵[19]等研究指出听诊器胸件置于单层棉毛内衣厚度≤2mm的衣袖外与衣袖内比较血压测量值无差异, 符合被测对象的实际需要, 同时临床操作者省时而节力, 还能借受测者内衣袖起到一定的隔离保护作用。
6.充气放气过程的速度。
(1) 充气的速度。
血压测量时气袋充气速度应平稳快速而均匀, 待肱动脉搏动声消失后再升高20-30mmHg为宜。若充气过高会造成收缩压偏高, 反之, 则偏低。若充气的速度过快, 则难以确定搏动音消失后的汞柱高度。充气过慢则导致肢体麻木不适甚至舒张压升高[6]。
(2) 放气的速度。
严兴贵[21]等认为血压测量时, 袖带内的气压下降速度最好保持在每心动周期下降1-2mmHg。过快可导致收缩压降低而舒张压升高而引起误诊。
7.测量的次数。
美国心脏学会 (AHA) 新建议等研究指出血压测量一般定时测量2次, 间隔1-2min。如果测量值相差<5mmHg时以平均值为准;如果差值较大, 则取多次测量的平均值为准[7]。
8.收缩压、舒张压示值的确定。
在血压测量过程中, 采用柯氏音法可分为5个时相。当听到第一声搏动音 (第1期) 时为SBP, 当搏动音变低沉 (第4期) 或搏动音消失 (第5期) 时为DBP。第4期与第5期的压力差值很小, 通常为2mmHg。WHO规定舒张压应以搏动音消失为准[6]。在实际工作中, 因声音消失难以精确判定, 而最后听到的声音易于判断, 常以最后一个搏动音作为DBP。临床上, 一些儿童、孕妇、高心输出量等患者, 在音调变弱后很下方甚至接近零点刻度, 还能听到动脉搏动音, 此时其变调音被认定为DBP, 但应同时记录两个时相的压力值, 中间以连接符号相隔。另外, 在老年人和高血压等患者中, 常出现柯氏音在第2期或第3期听不见的现象, 临床常将这段静息期称为听诊间歇[8]。
9.操作者态度素质。
(1) 操作者认知不足。
有调查显示经过正规训练的护士在岗位工作中对血压测量技能及其知识掌握情况也下降到合格率仅为70.37%[25], 更何况未能得到严格规范训练的一些社会保健人员和测血压志愿者。他们当中有的在测血压过程中不能发现问题;有的对遇到的问题认识不够, 或发现后不提出来, 或不寻找解决问题的方法;有的只为应付工作任务而忽略测血压的规范要求, 结果出现血压测量工作中的误测误判现象。
(2) 对操作者的体检和培训。
除了临床医护人员, 在社会医疗保健中包括受测者本人及其家属等都在进行血压测量工作。而其中相当一部分人员能否胜任这项工作, 尚无法知晓。因此, 有必要对他们进行体格检查和专业培训。将其中试听无障碍的临床医护人员、社会保健工作者、外行志愿者进行系统的血压测量知识和技能的培训, 以保证血压测量的准确性。
(3) 做好受测者操作前准备工作。
血压测量前, 对受试者做适当的询问、解释与安慰工作, 对照规范要求, 做简单必要的准备工作, 以排除受测者生理、心理因素的影响。如膀胱充盈、剧烈运动、情绪紧张等。根据相关研究建议受试者在测压前15分钟要求未吸烟、喝茶及咖啡, 排空膀胱, 在室温下休息5-10min, 情绪应处于平稳状态, 肌肉应尽量放松。如情绪异常激动、吸烟、喝热饮、运动后应安静休息30 min再测量血压[7]。
四、受测者生理、心理因素误差
1.受测者生理因素。
(1) 肌体自身规律性因素。
一般随年龄的增长, 血压值出现逐渐增高的趋势。随着昼夜节律的变化, 血压也随之发生改变, 清晨较低, 而傍晚较高。有研究认为每日上午6:00-10:00和下午16:00-18:00各有一高峰, 随后逐渐降低, 夜间睡眠时最低[25]。
(2) 体位。
经研究证实体位的高低变化、卧位角度变化均对血压测量值产生影响。戴文娣[9]等研究结果显示坐位较仰卧位的舒张压高约5mmHg , 仰卧较直立位的收缩压高6mmHg。刘晓敏[29]等研究认为左上肢肱动脉血压值从平卧位到右侧30°、90°卧位呈逐步下降趋势, 且三种测量值比较差异显著。裴亚萍[30]等研究认为从左侧卧位到平卧位到右侧卧位, 血压测量值也呈逐渐下降趋势。其中平卧位与右侧卧位比较相差较大, 收缩压降低14.47 mmHg, 舒张压降低12.13mmHg。因此, 临床工作中血压监测时应注意体位变化对血压值的影响, 特别是血压在临界状态下的卧床患者。
(3) 左右上肢之间及上下肢之间血压的差异。
因肌体左右肱动脉血管来源分支不同, 一般右侧上肢血压值高于左侧。有研究显示, 20%的人双上臂血压差别超过10mmHg, 右上肢血压平均增高6.3/5.1mmHg, 而卧位测量血压时, 右上肢血压平均增高4.9/3.7mmHg[12]。临床工作中一般选择右上肢测量血压, 需严密监测血压者, 则应固定一侧上肢为佳。同样因上下肢血管来源分支不同, 血压差值也较大。有研究显示, 一般同侧下肢腘动脉压比上肢肱动脉压高20-40mmHg。又有研究显示下肢踝部动脉血压值更接近上肢肱动脉血压值, 两者在高血压组与非高血压组比较仅分别相差10/10 mm Hg、9/8 mm Hg。因此, 推荐无法上肢测血压的患者改为测量下肢踝部动脉血压。但应标注测量部位并注意高血压患者的血管弹性较差, 其对舒张压影响较大[32]。
(4) 其他生理因素。
如性别因素, 女性在更年期前, 血压一般低于男性。吸烟、饮食、运动等都会使血压升高。
2.心理因素。
兴奋、焦虑、恐惧等情绪因素均可使血压升高。有研究认为约15%-20%的1级高血压患者会出现“白衣效应”[12]。即医护人员所测量的诊室血压>140/90mmHg, 而非医护人员非诊室情境下血压<135/85mmHg, 这种情况多见于老年人, 往往身体的其他方面还存在着健康问题, 应注意做好相关的检查和治疗。
五、环境因素误差
有研究指出一定角度的光线会使汞柱的凸液面出现阴影或虚影, 在血压示值读数时应注意甄别, 防止误读血压值[25]。另外, 置于寒冷环境中的末梢血管收缩, 则血压略有上升;相反, 在高温环境下, 末梢血管扩张, 则血压略有下降。
总之, 一般汞柱式血压计测量血压都是指上肢肱动脉血压测量。血压测量的人员应是经过系统规范的培训, 具备汞柱式血压计的一般计量管理知识, 熟练学会汞柱式血压计的用前筛查方法和测量技术步骤, 明确受测者身心等因素对血压测量值的影响, 同时知晓当前汞柱式血压计测量血压的最新研究进展和有关血压方面的普及性知识。才能保证在临床工作中汞柱式血压计测量血压的准确性和可比性, 减少因技术误差而带来的诊断、治疗失误。
摘要：对汞柱式血压计的计量管理、测压前的筛查方法和血压测量时的常见技术、态度素质以及受测者生理、心理因素等方面进行误差分析, 得出血压计的规范使用和养护、操作人员的血压测量技术水平和态度素质等是发生血压测量误差的主要方面。较为客观、实用、正确而前沿的血压测量方法, 能够为规范血压测量人员的操作方法和提高其技术水平所借鉴和参考。
头戴式血压测量装置研究 篇7
血压(blood pressure,BP)是人体的重要生理参数之一,能够反映出人体心脏和血管的功能状况,是临床上判断疾病、观察医疗效果等的重要依据[1]。目前,高血压已经成为全世界最常见的心血管疾病之一,我国目前约有2亿的高血压患者。慢性高血压的发病率在4%左右,其中在老年人群中发病率高达10%左右[2]。因此,对高血压患者特别是老年人进行连续血压测量有着重要的意义。
常用的BP测量方式有基于柯氏音法的水银血压计测量[3]、基于示波法的袖带式血压测量[4],这2种方法测量准确率高,但不能连续测量,且单次测量时间长,容易引起被测者的不适感[5]。近年来,多种BP测量方法成为研究热门,包括超声法、脉搏波速法、动脉张力法等[6,7,8,9,10]。其中,脉搏波速法通过检测脉搏波传导时间(pulse transit time,PTT)来推算动脉血压,可以实现BP的连续测量,且佩戴舒适、方便测量,具有广泛的应用前景。
动脉BP与脉搏波的传播速度有着直接的关系,动脉BP的增加会使脉搏波沿着动脉传播的速度增大,脉搏波传导时间缩短。因此,可以利用PTT间接地得到血压值[11]。本文考虑基于脉搏波速法,设计一种头戴式血压测量装置,将心电(electrocardiogram,ECG)信号和脉搏波(photoplethysmography,PPG)信号的采集集中在头部,通过计算PPG信号的最大值点与ECG信号的R波峰的时间差值得到PTT,从而实现连续BP测量。
1 系统设计
1.1 装置结构
头戴式血压测量装置如图1所示,装置将反射式探头放置在额头,将心电电极放置在脸颊两侧。区别于传统心电信号和脉搏波信号的采集[12,13],装置将信号采集集中在头部,方便操作,测量简单。
装置中电路板固定在头带后方,设有装置开关和充电通用串行总线(universal serial bus,USB)接口;反射式探头平行放置在黑色柔性材料的凹槽中,心电电极采用导电硅胶,柔软舒适,固定在头带两侧,信号线埋藏在头带中,与电路板相连。
佩戴者带上头带,打开装置开关,打开设计好的手机应用(application,APP),就可以实时监测生理参数,包括血压和心率(heart rate,HR)。
1.2 硬件设计
硬件设计主要考虑小型化、易穿戴和低功耗,其硬件系统设计如图2所示。
电源模块由1 000 m A锂电池、充电模块和电源管理模块构成,为整个系统供电。装置外设充电USB接口,可随时充电。
主控模块为芯片MSP430F1611,控制生理信号的采集和处理、体征参数的计算和传输。芯片通过串行外设接口(serial peripheral interface,SPI)接收ECG信号,通过定时器捕获PPG信号,通过串口将计算得到的体征参数(PTT、HR、BP)发送给蓝牙模块。
心电采集模块搭载ADS1292R芯片,通过导电硅胶采集脸颊微弱的心电信号。ADS1292R是TI公司开发的一款用于生物电测量的专用低功耗数字芯片,有2个并列的数据采集通道,具有24 bit的高分辨率,增益可控,数据速率125 SPS至8 KSPS可调,3.3 V低压供电,可以灵活地切换断电、待机模式,最大可能地降低功耗。ADS1292R将采集到的原始心电信号依次经过电磁干扰滤波器、信号放大器、A/D模数转换器,最后通过SPI将数据发送到主控模块。
脉搏波采集模块由反射式探头和驱动电路构成。反射式探头采用光电发射管与TSL237光频转换器,TSL237光频转换器代替传统的光电三极管,将接收到的光强经过复杂的内部处理最终以频率的方式输出。驱动电路为H桥电路,控制发光管的亮灭。
蓝牙模块采用蓝牙4.0低功耗芯片CC2540,将接收到的数据发送到手机或计算机。在不进行数据传输时,CC2540进入低功耗模式。
1.3 软件设计
系统的软件工作主要由主芯片完成,主要工作包括信号的采集与传输、信号的预处理、信号特征点的定位、体征参数的计算,其工作流程如图3所示。
主芯片通过SPI接收ECG信号后,对信号进行预处理,依次通过100 Hz有限脉冲响应(finite impulse response,FIR)低通滤波器滤去高频干扰,通过50 Hz陷波器滤去工频干扰,用均值滤波去除基线漂移。最后用一阶微分法定位R波,计算相邻2个R波的间期即可得到HR。
主芯片利用定时器的捕获功能接收光频信号,即为PPG信号,在捕获数据时可能由于定时器溢出误差导致计数错误,导致信号中出现奇异点,因此将PPG信号依次通过均值滤波去除奇异点,通过平滑滤波去除高频干扰,用形态滤波去除基线漂移。最后用差分极值判断法定位最大值点P。
PTT的计算公式为
其中,P为PPG信号最大值点,Rm为R波的峰值点,fs为采样频率。
PTT计算的示意图如图4所示。
线性BP模型[14]为
程序中利用式(2)对BP进行计算,其中参数x和y需由数据拟合得到。
2 实验结果
2.1 原始信号处理
头戴式装置对原始信号进行预处理并定位特征点,通过蓝牙将数据传至计算机,绘制出PPG信号最大值点定位图和ECG信号R波定位图,如图5所示。由图5可以看出,系统可以滤去原始信号的噪声干扰,并准确找到特征点,计算PTT值。
2.2 BP测量结果
人体BP受到诸多因素的影响,因此个体差异性较大,每个人的BP模型都不同。在利用头戴式装置测量BP之前,应进行个体参数的标定,以确定每位实验者的BP模型。其具体过程如下:
(1)用标准血压计和头戴式BP测量装置同时测试实验人员静止状态下的BP值和PTT值,一共记录3组BP、PTT值。
(2)实验人员剧烈运动5 min后,再次记录3组BP-PTT值。
(3)将6组BP、PTT值进行一次函数拟合,得到个体参数x和y。
得到每位实验者的BP模型后,用标准血压计和头戴式BP测量装置同时测试实验人员静止状态下5组BP值,将实测BP值与标准BP值进行对比,计算平均误差率、均方根误差和最大误差。
利用头戴式装置测量BP的准确性参数见表1。从表1中可以看出,实验者收缩压和舒张压的平均误差率都在6%以内,均方根误差都在8 mm Hg(1 mm Hg=133.322 Pa)以内,最大误差都在10 mm Hg以内,表明利用头戴式装置所测血压误差能够满足美国医疗仪器促进协会(The Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)国际标准对无创血压监测的要求。
注:1 mm Hg=133.322 Pa
2.3 结论
实验表明,头戴式血压测量装置能够获取头部微弱的生理信号,并通过一系列去噪滤波得到干净稳定的信号。同时,测量血压的误差率较小,偏差程度较小,同时最大误差也在可接受的范围内。
3 结语
本文基于脉搏波速法设计了一种头戴式BP检测装置,将心电信号和脉搏波信号的采集集中在头部,提高了无创BP检测的便捷性和舒适度。
本装置对头部采集的原始生理信号进行了一系列放大滤波处理,得到完整清晰的信号,并通过定位算法准确地提取ECG信号的R波峰和PPG信号的最大值点,计算脉搏波传导时间,从而输出BP值。
在实验中,首先对测试人员进行了个体参数的标定,拟合得到每个人的BP模型。头戴式血压测量装置在信号处理和BP测量上,均取得了较好的结果,能够满足AAMI国际标准对无创血压监测误差的要求。
血压测量技术 篇8
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
[1]贾新泽.无创血压测量方法的研究[J].山西电子技术,2006(2):75-77.
[2]刘敬华,于红玉,邓军民.基于示波法原理的无创血压测量模块的应用[J].中国医疗设备,2008(9):35-36.
[3]陈进,王伯营.VC中基于MSCOMM控件串行通信程序的开发[J].程序控制与工厂自动化,2005(9):62-65.
[4]王慧霞,石丽.VC++实现的串口通讯数据处理[J].真空电子技术,2005(5):40-42.
[5]张政波,吴太虎.无创血压测量技术与发展[J].中国医疗器械杂志,2003,27(3):58-62.
[6]胡春燕.基于VC的串口通信的实现[J].福建电脑,2005(10):150-151.
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