CN101176661A - 人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够分别测量人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压值的方法及装置。本发明利用绑缚在人体下肢踝部气袖内的压力的改变来改变胫前动脉和胫后动脉的血流状况，通过气袖下游的位于胫前动脉和胫后动脉的体表位置上两个光电容积式传感装置感受由于气袖内压力变化而变化的胫前动脉和胫后动脉的血流信号，同步地采集气袖内压力信号和胫前、胫后动脉血流波动信号并经过分析计算出胫前动脉和胫后动脉的血压值。

Description

人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种测量人体下肢动脉血压的方法及装置，尤其是利用自动化检测手段无创无损的测量人体下肢两条重要的动脉——胫前动脉和胫后动脉血压的方法和装置。

背景技术

人体下肢动脉血压的测量在临床诊断工作中有着重要的作用。例如，人们常常会遇到上肢外伤、残缺或上肢用于急救以及其他原因导致上肢血压不能测量的情况。这时，简便、准确地测量下肢血压就显得尤为重要。另外，高血压首诊时往往也需要测量下肢的血压，通过对四肢的血压情况进行综合分析，有利于高血压的诊断。近年来，动脉硬化度检测逐渐成为临床和亚临床检查的基本项目，医生常常会通过测算踝臂指数(Ankle Brachial Index，ABI)来评价人体动脉的硬化程度，尤其是诊断下肢的闭塞性血管疾病。美国心脏学会(AHA)已经将ABI列为诊断外周动脉疾病(PAD)的无创指标之一，进而作为预测冠心病发病机率和死亡率的重要指标。踝臂指数是通过测量上肢和下肢的收缩压而计算得到的。其中，下肢血压就是要分别测量胫前动脉和胫后动脉的收缩压，然后取其中较高的一个作为下肢收缩压进行计算。

人体下肢胫前和胫后动脉血压传统的测量方法是医生手工测量。医生将水银血压计的气袖绑缚与受检者的踝部，在气袖下游胫前或胫后动脉体表涂抹耦合剂。给气袖充气，同时使用多普勒血流仪监视胫前或胫后动脉血流波动。当气袖压力足够大时会把胫前或胫后动脉血流阻断，多普勒血流仪此时检测不到该血管血流波动信号。然后使气袖缓慢放气，当多普勒血流仪第一次检测到血流波动信号时的气袖内压即为该动脉血管的收缩压。采用这种人工测量的方法，费时费力，不利于提高诊断效率。因此急需一种无创的自动化的测量装置来替代这种人工测量方法，同时又达到这种人工测量方法具有的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无创、简便、准确的下肢胫前动脉和胫后动脉血压自动测量的方法及装置。

本发明采用以下技术措施实现上述目的：

一种分别测量人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压的方法，其内容包括：

a.在人体下肢踝部绑缚气袖，在沿动脉血流方向气袖的下游靠近气袖的区域，将两个光电容积式传感装置分别放置于胫前动脉和胫后动脉的体表位置；

b.对气袖充气后，控制气袖慢放气，然后再快放气，胫前、胫后动脉的血流波动信号将随气袖内压力而变化，适时同步地采集并记录下气袖内压力信号和胫前、胫后动脉血流波动信号；

c.分别从胫前、胫后动脉的血流波动信号提取出气袖充气时血流波动消失的时刻t₁、T₁以及慢放气过程中血流波动开始出现的时刻t₂、T₂，在气袖压力信号曲线中找到t₁和t₂时刻的气袖内压力值SP₁和SP₂以及T₁和T₂时刻的气袖内压力值SM₁和SM₂，则胫前动脉的收缩压SP为

                    SP＝a·SP₁+b·SP₂

胫后动脉的收缩压SM为

                    SM＝c·SM₁+d·SM₂

其中a、b、c、d为四个修正系数并且0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1；

d.在气袖慢放气过程中，当胫前、胫后动脉的血流波动信号幅值分别达到AP、AM时，此时刻记为t₃和T₃，在气袖压力信号曲线中找到t₃时刻和T₃时刻对应的气袖内压力值DP和DM，则DP和DM分别为胫前动脉和胫后动脉的舒张压，AP和AM分别为气袖充气前平稳的胫前和胫后动脉血流波动信号的平均幅值，可按下面公式计算

$\mathrm{AP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AP}}_i}{N}$

$\mathrm{AM}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AM}}_i}{N}$

其中AP_i(i＝1，2，…，N)和AM_i(i＝1，2，…，N)分别表示气袖充气前平稳的胫前和胫后动脉血流波动信号各周期的幅值，N是计算AP、AM所使用的平稳的血流波动信号的周期个数。

一种人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压测量装置，该装置包括气袖、气体压力传感器、光电容积式传感装置及其固定装置、控制及计算模块、信号强度调节电路、气路转换装置、气泵、A\D转换电路、滤波电路、信号预处理电路、显示设备、输入设备；气泵通过气路转换装置与气袖相连接；气袖经气路与气体压力传感器相连接；气体压力传感器经滤波电路与A\D转换电路和控制及计算模块相连；控制及计算模块通过电气线路与气泵和气路转换装置相连；光电容积式传感装置通过信号预处理电路、A\D转换电路与控制及计算模块相连。

本发明在人体下肢的踝部绑缚一个气袖，通过气路和气袖相连的气体压力传感器可以感受气袖中空气的压力，该压力信号经过滤波电路和A\D转换电路进入控制及计算模块进行数据处理。控制及计算模块可以控制气泵和气路转换装置完成给气袖充气、使气袖以一定速度慢放气和使气袖快放气的动作。在沿动脉血流方向上气袖的下游，分别在胫前动脉和胫后动脉体表位置各安放一个光电容积式传感装置，这两个传感装置应该尽量靠近气袖但不能和气袖接触。该传感装置能够感受胫前动脉、胫后动脉中的血流波动并将其转换成电信号。一般情况下，该传感装置得到的信号为类似于脉搏波形状的血流波动信号。血流波动信号经过信号预处理电路后经A\D转换电路进入控制及计算模块。控制及计算模块可以是普通的PC机、单片机、单板机、嵌入式系统或其他具有控制和计算功能的系统。它的作用是：控制测量过程的进行，综合分析采集到的气袖内压力信号和胫前、胫后动脉的血流波动信号并计算出胫前、胫后动脉的血压值。对于不同的受检者，其下肢的粗细、胖瘦可能不尽相同，因此从光电容积式传感装置所得到的血流波动信号强度就可能过大或过小，这些都不利于后期数据的分析和计算。信号强度调节电路能够在控制及计算模块的控制下调节从光电容积式传感装置获取的血流波动信号的强度，使波动信号的幅值不至于过大或过小以有利于后期分析计算。显示设备和输入设备主要用于人机交互。A\D转换电路可以将模拟信号转化为控制及计算模块可以处理的数字信号。滤波电路和信号预处理电路主要用于对气体压力传感器信号和血流波动信号进行滤波和其他预处理。

整个测量和计算血压的过程分为三个子过程：传感装置放置；数据采集和记录；数据分析和血压值计算。在安放好气袖和光电容积式传感装置后，测量进入数据采集和记录过程。数据采集和记录过程又分为四个子步骤：(1)血流波动信号平稳过程；(2)气袖充气过程；(3)气袖慢放气过程；(4)气袖快放气过程。其中，血流波动信号平稳过程是指从安放好光电容积式传感装置到采集到平稳、均匀的胫前、胫后动脉血流波动信号的过程。在这个过程中待血流波动信号平稳后，采集N个周期的平稳的胫前、胫后动脉血流波动信号并计算各个周期的幅值，分别表示为AP_i(i＝1，2，…，N)和AM_i(i＝1，2，…，N)，然后根据下面两个公式分别计算出胫前、胫后动脉血流波动的平均幅值

$\mathrm{AP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AP}}_i}{N}$

$\mathrm{AM}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AM}}_i}{N}$

血流波动的平均幅值AP、AM表征了胫前、胫后动脉在正常状态或者说是无负荷状态下的血流波动状况。其中，N的具体取值可以根据具体情况而定。计算出的胫前动脉和胫后动脉中血流波动平均幅值AP、AM将留作后续过程中计算两条动脉的舒张压时使用。随后，依次完成气袖的充气、慢放气、快放气过程。在这四个步骤进行的过程中，控制及计算模块要同步采集气体压力传感器和光电容积式传感装置的信号并记录下来以备后续分析计算血压值使用。

通过气体压力传感器和光电容积式传感装置同步采集到的气袖内压力变化波形和胫前、胫后动脉血流波动信号的时间坐标是一致的，也就是说这三路信号的各个特征点在时间上有严格的对应关系。本发明利用这三路信号来计算胫前动脉和胫后动脉的血压值。胫前、胫后动脉的血流波动开始时幅值较为均匀，后来由于对气袖充气，胫前、胫后动脉的血流波动随着气袖内压力的上升其波动幅值也逐渐减小而后其波动在t₁和T₁时刻消失。在气袖慢放气过程中，气袖内压力缓慢降低，胫前、胫后动脉的血流在t₂和T₂时刻开始出现波动，随后其波动幅值逐步增大并在t₃和T₃时刻恢复到正常状态。在t₁和t₂时刻，气袖内的压力值分别用SP₁和SP₂来表示。则胫前动脉的收缩压SP表示为

                         SP＝a·SP₁+b·SP₂

其中，a、b为两个修正系数，并且0≤a≤1，0≤b≤1。胫前动脉的血流波动在t₃时刻恢复到正常状态，此时气袖对胫前动脉的压力刚好等于胫前动脉的舒张压。本发明将t₃时刻对应的气袖内压力定为胫前动脉的舒张压。t₃时刻的判定要根据先前计算的血流波动平均幅值AP。当血流波动幅值开始达到平均幅值AP时，该时刻即为t₃时刻。胫后动脉血压值的确定方法和胫前动脉基本一致。在T₁和T₂时刻，气袖内的压力值分别用SM₁和SM₂来表示。则胫后动脉的收缩压DM表示为

                         SM＝c·SM₁+d·SM₂

其中，c、d为两个修正系数，并且0≤c≤1，0≤d≤1。胫后动脉的血流波动在T₃时刻恢复到正常状态，此时气袖对胫后动脉的压力刚好等于胫后动脉的舒张压。本发明将T₃时刻对应的气袖内压力定为胫后动脉的舒张压。T₃时刻的判定要根据先前计算的血流波动平均幅值AM。当血流波动幅值开始达到平均幅值AM时，该时刻即为T₃时刻。

本发明所述的下肢血压测量方法及装置能够分别测量出胫前动脉和胫后动脉的血压。本发明具有以下特征：无创检测，并能实现自动化测量和计算；能分别单独测量下肢胫前动脉和胫后动脉的血压；测量精度高于人工测量方法。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图，包括气袖1、气体压力传感器9、光电容积式传感装置2、固定装置3、控制及计算模块4、信号强度调节电路7a和7b、气路转换装置10、气泵11、A\D转换电路5a和5b及5c、滤波电路8、信号预处理电路6a和6b、显示设备12、输入设备13。

图2为本发明测得的气袖内压力信号和胫前、胫后动脉血流波动信号示意图。该图中三条曲线自上而下依次是气袖内压力信号、胫前动脉血流波动信号和胫后动脉血流波动信号。

具体实施方式

测量前先将受检者的基本信息通过输入设备13输入到控制及计算模块4。将气袖1绑缚在人体下肢的踝部，光电容积式传感装置2a、2b通过固定装置3分别安放在气袖1下游的胫前、胫后动脉的体表位置并使之尽量靠近气袖1。放置好气袖1和光电容积式传感装置2a、2b后，控制及计算模块4开始采集两个光电容积式传感装置2a、2b的血流波动信号；采集的同时，控制及计算模块4通过控制信号强度调节电路7a、7b来调节采集到的血流波动信号的强度，使血流波动信号的幅值不至于过大或过小而影响后续计算血压值。调整好胫前和胫后动脉的光电容积式传感装置2a、2b的信号强度并且待信号平稳后，控制及计算模块4采集N＝5个周期的胫前、胫后动脉的血流波动信号，并计算其幅值AP_i(i＝1，2，…，5)和AM_i(i＝1，2，…，5)，然后根据下面的公式分别计算出胫前、胫后动脉的血流波动的平均幅值

$\mathrm{AP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AP}}_i}{N}$

$\mathrm{AM}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AM}}_i}{N}$

血流波动的平均幅值AP、AM分别表征了胫前、胫后动脉在正常状态或者说是无负荷状态下的血流波动状况。计算出的胫前动脉和胫后动脉中血流波动平均幅值AP、AM将留作后续过程中计算两条动脉的舒张压时使用。控制及计算模块4给气路转换装置10发出指令使气路导通，气袖1和气泵11气路联通，然后再开启气泵11使气泵11给气袖1充气。控制及计算模块4要同步采集气袖1内压力信号和两个光电容积式传感装置2a、2b所获取的血流波动信号。当气袖1压力上升到一定压力值(例如250mmHg)，气泵11停止充气，气路转换装置10在控制及计算模块4的控制下转换状态，开始让气袖以2～8mmHg/s的速度进行慢放气。当气袖1由于慢放气而压力下降到一定压力值(例如30mmHg)时，控制及计算模块4就控制气路转换装置给气袖1快放气，以便较容易的从踝部取下气袖1。快放气过程结束后便可拆卸下气袖1和两个光电容积式传感装置2a、2b。从得到平稳的强度合适的血流波动信号到气袖1开始充气再到最后快放气结束，整个过程中控制及计算模块4都要同步的采集并记录来自气体压力传感器9和两个光电容积式传感装置2a、2b的三路信号，这三路信号的数据将留作后续计算血压使用。数据采集和记录完成后，进入数据处理和计算阶段。图2所示为先前采集的来自气体压力传感器9和两个光电容积式传感装置2a、2b的信号，这三路信号的时间坐标是一致的，也就是这三路信号的各个特征点在时间上有严格的对应关系。控制及计算模块4分析胫前、胫后动脉的血流波动信号，识别出t₁、t₂、t₃、T₁、T₂和T₃六个时间特征点并从气袖内压力信号找到六个时间特征点所对应的压力SP₁、SP₂、DP、SM₁、SM₂和DM。其中t₁、T₁分别表示气袖充气过程中胫前、胫后动脉中血流波动消失的时刻；t₂、T₂分别表示气袖慢放气过程中胫前、胫后动脉中血流波动开始出现的时刻；t₃、T₃分别表示气袖慢放气过程中胫前、胫后动脉中血流波动恢复正常的时刻，胫前、胫后动脉的血流波动幅值分别在t₃和T₃时刻恢复到AP和AM的水平。则胫前动脉的收缩压为

                      SP＝a·SP₁+b·SP₂

其中a、b为修正系数(例如a＝0.315，b＝0.702)。胫后动脉的收缩压为

                      SM＝c·SM₁+d·SM₂

其中c、d为修正系数(例如c＝0.407，d＝0.632)。而DP、DM则分别为胫前动脉和胫后动脉的舒张压。胫前、胫后动脉的血压值由显示器件12显示。

Claims (3)

1.一种人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压的测量方法，其特征在于：

a.在人体下肢踝部绑缚气袖，在沿动脉血流方向气袖的下游靠近气袖的区域，将两个光电容积式传感装置分别放置于胫前动脉和胫后动脉的体表位置；

b.对气袖充气后，控制气袖慢放气，然后快放气，胫前、胫后动脉的血流波动信号将随气袖内压力而变化，适时同步地采集并记录下气袖内压力信号和胫前、胫后动脉血流波动信号；

c.分别从胫前、胫后动脉的血流波动信号中提取出气袖充气时胫前、胫后动脉血流波动消失的时刻t₁、T₁以及慢放气过程中胫前、胫后动脉血流波动开始出现的时刻t₂、T₂，在气袖压力信号曲线中找到t₁和t₂时刻的气袖内压力值SP₁和SP₂以及T₁和T₂时刻的气袖内压力值SM₁和SM₂，则胫前动脉的收缩压SP为

                     SP＝a·SP₁+b·SP₂

胫后动脉的收缩压SM为

                     SM＝c·SM₁+d·SM₂

其中a、b、c、d为四个修正系数并且0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1；

d.在气袖慢放气过程中，当胫前、胫后动脉的血流波动信号幅值分别达到AP和AM时，此时刻分别记为t₃和T₃，在气袖压力信号曲线中找到t₃时刻和T₃时刻的气袖内压力值DP和DM，则DP和DM分别为胫前动脉和胫后动脉的舒张压，AP和AM分别为气袖充气前平稳的胫前和胫后动脉血流波动信号的平均幅值，可按下面公式计算

$\mathrm{AP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AP}}_i}{N}$

$\mathrm{AM}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{AM}}_i}{N}$

其中AP_i(i＝1，2，…，N)和AM_i(i＝1，2，…，N)分别表示气袖充气前平稳的胫前和胫后动脉血流波动信号的各个周期的幅值，N是计算AP、AM所使用的平稳的血流波动信号的周期个数。

2.一种人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压测量装置，该装置包括气袖、气体压力传感器、光电容积式传感装置及其固定装置、控制及计算模块、信号强度调节电路、气路转换装置、气泵、A\D转换电路、滤波电路、信号预处理电路、显示设备、输入设备，其特征在于：气泵通过气路转换装置与气袖相连接；气袖经气路与气体压力传感器相连接；气体压力传感器经滤波电路与A\D转换电路和控制及计算模块相连；控制及计算模块通过电气线路与气泵和气路转换装置相连；光电容积式传感装置通过信号预处理电路、A\D转换电路与控制及计算模块相连。

3.根据权利要求2所述的一种人体下肢胫前动脉和胫后动脉血压测量装置，其特征在于：光电容积式传感装置与控制及计算模块之间还设有信号强度调节电路。

Images