CN101224107A - 一种测量血压血氧的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种测量血压血氧的方法及其装置。该装置包括由微控制器MCU、驱动电路、双单色光源、探测器及放大、A/D转换电路组成的探测采样发射/接收部分和由CPU/DSP、显示设备及输入设备组成的数据处理平台。所述探测采样发射/接收部分与数据处理平台通过无线发射/接收电路连接；所述微控制器MCU控制驱动电路驱动并点亮双单色光源，探测器将检测到的光强度值经放大、A/D转换电路传送到微控制器MCU；所述CPU/DSP将接收的信息显示在显示设备上，并把由输入设备输入的信息经无线发射/接收电路传送到微控制器MCU。本发明方法和装置可以实现连续24小时以上同时测量血压和血氧，结构简单，成本低。

Description

一种测量血压血氧的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种测量血压的装置，特别是指一种可同时测量血压血氧的方法和装置。

背景技术

目前，能最准确测量人体血压的方法是侵入式测量方式，但这种方式无论是从专业性、技术性、痛苦性哪个方面来说，都是日常生活中的待检测对象所不能接受的。所以，绝大多数的在用血压测量设备及医院中由医生们使用的均是所谓的血压测量黄金法则(golden rule)：水银血压计。但随着环保呼声的日益高涨，水银血压计被取代已是大势所趋，从欧盟已经禁止使用水银温度计而以电子温度计代之就可看出这种趋势！

电子血压计目前来说是铺天盖地，其中不乏松下、欧姆龙这些世界著名的企业的产品。目前看来能满足欧盟ROHS指令的电子血压计是取代水银血压计的不二人选，但电子血压计自身原理性的原因使得测量结果的准确性在公众中存在普遍的质疑，原因在于绝大多数的电子血压计和血压监护仪都是采用示波法或振荡法。采用这种测量方法的设备在处理收缩压和舒张压的判定时通常带有主观的人为色彩，例如采用幅度比例系数计算法或波形特征点计算法，而且无论是手臂式电子血压计还是手腕式电子血压计，均毫无例外的需要充气袖带或腕带(测量原理是采用阻断血流的方式来测量血压)。我们知道，不同尺寸的袖带或腕带，由于其动力学响应性质不同，会导致对于同一个测定目标由于采用不同的袖带或腕带其测量结果不同，这是测量误差的一个重要来源。而对于这种误差，在以往的一些专利中并没有给以应有的关注，例如CN02158724.8，CN93244224.2等专利中，基本上是在关注收缩压和舒张压的确定上。同时，大家均知道不同体格的人需要不同尺寸的袖带，例如高大胖的人需要长宽的袖带，而瘦小的人则宽长的袖带一定不合适。尤其是，不同人的脉搏波形不同，例如有不同的上升沿和下降沿，这就要求袖带要能够响应。如此看来，就更需要有新的血压测量方案！

同时我们还注意到：利用现有的各种血压测量设备是无法实现血氧指标测量的，而现有的各类血氧测量设备也不能对血压这一指标进行测量。虽然在此之前也有将血氧、血压测量合二为一的公开文献如CN93244224.2号专利，但也仅是将袖带方式血压测量设备与血氧设备相加的简单组合。

发明内容

本发明针对现有的侵入式、袖带式或腕带式血压测量装置存在测量误差且不能同时测量血压和血压氧等问题，提供了一种可同时测量血压血氧的方法及其装置。

根据上述问题设计了一种测量血压血氧的方法，在将测量和采集器件安装并固定在手指或耳廓上后，利用光容积法测量和采集血管在血压作用下随时间的变化值；利用血液的透光度测量和采集血液中血氧饱和度随时间的变化值；采集时，是采用双单色光源lambda1和lambda2测量和采集所述的血压变化值和血氧饱和度变化值；并将测量和采集到的变化值传输到数据处理平台处理和显示结果。

利用上述的测量血压血氧的方法进行工作的装置中，测量和采集器件由微控制器MCU、驱动电路、双单色光源、探测器、放大及A/D转换电路、无线发射/接收电路组成；其中，双单色光源、驱动电路与微控制器MCU顺序连接，采集由双单色光源发出并穿过手指或耳廓的透射光的探测器、放大及A/D转换电路也与微控制器MCU顺序连接，微控制器MCU还驱动无线发射/接收电路向数据处理平台发送和接收数据。

所述的数据处理平台由相互与中央CPU或DSP并接的无线发射/接收电路、显示装置、输入装置组成；中央CPU或DSP接受和处理、发送指令，并对采集到的数据进行处理和显示。另外，所述的数据处理平台为便于携带的矩形体造型或呈腕带形；探测器为光敏二极管、光敏三极管或者其它光敏器件；双单色光源为红光和红外光发射管。

本发明所基于的“容积法”即用光电容积法测脉搏的原理如下：

血液是一种高度不透明液体。近红外单色光在一般组织中的穿透性比在血液中大几十倍。皮肤内的血液容积在心脏作用下呈波动性变化，当心脏收缩期外周血容量最多，而心脏舒张时则外周血容量减小。血容积搏动使组织中血液透光率随之变化。手指或耳廓等组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，其中非血液组织的光吸收量是恒定的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的，可以忽略，因此可以认为光透过手指或耳廓后的变化仅由动脉血的充盈而引起的。那么在恒定波长的光源的照射下，通过检测透过手指或耳廓的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。当光源和光敏元件置于被测部位(如手指或耳垂)的同一侧(或两侧)，光源发出的光照射在组织上，经折射、反射(或透射)后被光敏元件接收。光敏元件将脉动的光强度信号转变为脉动的电信号。在检测系统中将变化量与直流量相互分离，从而得到光电容积脉搏波。

与现有技术相比较，本发明方法和装置，不仅可以实现血压和血氧的同时测量且不用使用充气袖带，因而可以非常方便地实现24小时以上连续监控；同时，由于血压和血氧的测量都采用了同一套数据采集电路，因此产品体积非常小、成本低，是非常方便的便携产品，并导致本发明的测量装置构造简单、使用简易。

附图说明

图1是本发明装置的设计示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细描述。

本发明采用的测算原理包括以下内容：

采用双单色光源lambda1和lambda2；

引入参数氧合血红蛋白浓度与光程之积x1和还原血红蛋白浓度与光程之积x2；

通过实时测量得到波长为单色光源lambda1随时间变化的透射光光强的导数相对透射光强的变化率r1和单色光源lambda2随时间变化的透射光光强的导数相对透射光强的变化率r2；

定义X为x1、x2组成的列矩阵，R为r1、r2组成的列矩阵，A是2乘2的常系数矩阵，为介质对波长为lambda1、lambda2的光吸收系数函数矩阵，其中X的一阶全微分＝A乘以R；

根据上述数据和容积法得出血氧饱和度SO2＝x1/(x1+x2)；而血压BP正比于X的二阶全微分。

然后将上述测算原理和方法编程并固化在微控制器MCU或中央CPU或DSP中。

如图1所示，本发明的装置包括由微控制器MCU、驱动电路、双单色光源、探测器、无线发射/接收电路及放大、A/D转换电路组成的探测采样发射/接收部分和由CPU或DSP、显示设备及输入设备组成的数据处理平台，探测采样发射/接收部分与数据处理平台通过无线发射/接收电路连接。

微控制器MCU控制驱动电路驱动并点亮双单色光源，探测器将检测到的光强度信息经放大、A/D转换电路传送到微控制器MCU，CPU或DSP将接收的信息显示在显示设备上，并把由输入设备输入的信息经无线发射/接收电路传送到微控制器MCU。

本发明的微控制器MCU主要用于控制驱动电路驱动并点亮双单色光源、控制A/D数模采集电路读取探测器端的光强度值和控制无线发射/接收部分电路接收数据处理平台的CPU下发的指令及上传采集到的数据。为了考虑到在便携产品中省电，在本发明中MCU可选用美国德州仪器公司(Texas Instrument)超底功耗的MSP430系列的单片机或类似的产品。无线发射/接收部分电路主要用于实现传输数据的高频调制发射和接收，在本发明中可选用美国德州仪器公司的可实现2.4GHz频率调制的芯片CC2500或类似的产品。双单色光源是由波长为660nm(650nm)的红光和波长为940nm(910nm)的红外光发射管组成。探测器采用接收面积大、灵敏度高、暗电流小、噪声低的PIN型光敏二极管，由它将接收到的入射光信号转换成电信号。

在本发明的数据处理平台部分，主处理芯片采用中央处理单元CPU或者数字信号处理DSP，以对所接收到的数据进行去噪声处理、去基线漂移处理、波形分割处理，以及利用谱分析手段对生理指标进行显示处理并报警处理。在本发明中CPU也可选用美国德州仪器公司(Texas Instrument)的带LCD驱动的MSP430FG437单片机，显示部分采用定制的LCD，选定的LCD可同时显示时间、收缩压、舒张压、平均压、血氧、脉搏等。

系统工作过程如下：MCU通过无线发射/接收部分电路接收来自数据处理平台的CPU下发的指令后，控制驱动电路分别驱动并点亮双单色光源中的一个光源，同时分别读取探测器端的光强度值，然后MCU又控制无线发射/接收部分电路将采集到的数据上传到数据处理平台，数据处理平台对所接收到的数据进行去噪声处理、去基线漂移处理、波形分割处理，以及利用谱分析手段对生理指标进行显示处理并报警处理。

Claims (6)

1.一种测量血压血氧的方法，将测量和采集器件安装并固定在手指或耳廓上后，

利用光容积法测量和采集血管在血压作用下随时间的变化值；

利用血液的透光度测量和采集血液中血氧饱和度随时间的变化值；

采用双单色光源lambda1和lambda2测量和采集所述的血压变化值和血氧饱和度变化值；

所述测量和采集到的变化值传输到数据处理平台处理和显示结果。

2.根据权利要求1所述的测量血压血氧的方法进行工作的装置，其特征是：所述的测量和采集器件由微控制器MCU、驱动电路、双单色光源、探测器、放大及A/D转换电路、无线发射/接收电路组成；其中，双单色光源、驱动电路与微控制器MCU顺序连接，

采集由双单色光源发出并穿过手指或耳廓的透射光的探测器、放大及A/D转换电路也与微控制器MCU顺序连接，

微控制器MCU还驱动无线发射/接收电路向数据处理平台发送和接收数据。

3.根据权利要求2所述的测量血压血氧的方法进行工作的装置，其特征是：所述的数据处理平台由相互与中央CPU或DSP并接的无线发射/接收电路、显示装置、输入装置组成；中央CPU或DSP接受和处理、发送指令，并对采集到的数据进行处理和显示。

4.根据权利要求2所述的测量血压血氧的方法进行工作的装置，其特征是：所述的数据处理平台为便于携带的矩形体造型或呈腕带形。

5.根据权利要求1或2或3所述的测量血压血氧的方法进行工作的装置，其特征在于：所述探测器为光敏二极管、光敏三极管或者其它光敏器件。

6.根据权利要求1或2或3所述的测量血压血氧的方法进行工作的装置，其特征在于：所述双单色光源为红光和红外光发射管。