CN103637788B

CN103637788B - 血压实时测量装置

Info

Publication number: CN103637788B
Application number: CN201310629743.0A
Authority: CN
Inventors: 邓宁; 李毅彬; 高扬宇; 张洋; 李申龙; 李洪阳
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: CN103637788A

Abstract

本发明涉及一种血压实时测量装置，包括：第一脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块，以及信号处理模块，所述第一脉搏波感应模块用于获取每个心动周期的第一脉搏波信号，所述第一脉搏波信号为血流速度脉搏波；所述第二脉搏波感应模块用于获取每个心动周期的第二脉搏波信号，所述第二脉搏波信号为压力脉搏波；所述信号处理模块用于获取同一动脉位置且同时获取的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号之间的传输时间差，并根据该传输时间差获取每个心动周期的动脉血压。

Description

血压实时测量装置

技术领域

本发明涉及一种血压测量装置，尤其涉及一种血压实时测量装置。

背景技术

血压是反映人体循环系统机能的重要生理参数。血压的实时测量在医学上有重大的实际意义。首先，人体血压的波动曲线可以反映心脑血管生理状态的相关信息，可以作为重要的参考数据。例如，高血压患者的实时血压直接反映了患者的身体状况，因此血压实时测量可以作为重要的监控手段，保证高血压患者在突发心脑血管疾病时得到及时的救治。在临床医学上，对危重病人和手术中的重症患者都需要进行血压的连续监控，一旦病人出现意外，医护人员可以及时采取有效的救护措施。但是当前临床采用的血压连续监控通常是采用充气式的测量方法，只能做到每半小时测量一次，而不能进行血压的连续监控。不仅如此，夜间睡眠期间的定时充气测量也严重地影响了病人的休息。

在血压实时测量的技术领域，脉搏波传输时间法，也就是通过建立脉搏波传输时间与动脉血压的相关性模型计算血压，是被普遍认同的一种可以实现血压连续测量的方法。

目前，利用脉搏波传输时间法进行血压实时测量的方法主要是同时测量心电信号和动脉血流脉冲的脉搏波信号，根据两个信号的特征点的时间差获得脉搏波从心室传播到脉搏波测量处所需的传输时间，即脉搏波传输时间。通过测量得到的脉搏波时间计算得到动脉血压。脉搏波传输时间一般是指同一心动周期中，心电信号的R波波峰到脉搏波传输到动脉末梢的时间差。典型的使用方法是采用光电容积脉搏波和心电信号结合，获得脉搏波传输时间，实现血压实时测量。这种方法测量的不足有三：一是测量心电信号需要在人体多处表贴电极，操作复杂，需要一定的专业技术；二是心电信号R波与脉搏波波峰的对应关系不是很明确，计算得到的脉搏波传输时间需要修正；三是操作涉及人体多个部位，实际应用时不仅需要身体上携带多条心电电极的连线，而且测量姿势和各个测量点相对位置的细小变化可能会改变测量得到脉搏波传输时间，导致测量结果会有一定的误差。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以方便且实时地测量血压、并且具有较高测量准确度的血压实时测量装置。

一种血压实时测量装置，包括：第一脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块，以及信号处理模块，所述第一脉搏波感应模块用于获取每个心动周期的第一脉搏波信号，所述第一脉搏波信号为血流速度脉搏波；所述第二脉搏波感应模块用于获取每个心动周期的第二脉搏波信号，所述第二脉搏波信号为压力脉搏波；所述信号处理模块用于获取同一动脉位置且同时获取的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号之间的传输时间差，并根据该传输时间差获取每个心动周期的动脉血压。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的血压实时测量装置通过采用两种脉搏波感应类型不同的脉搏波感应模块来同时感应同一动脉位置的脉搏波传输时间差，并根据脉搏波传输时间差实时获取每个心动周期的血压值。该血压实时测量装置第一不需要测量心电信号，因此不需要心电电极的引线，给血压实时测量带来极大的方便性。第二，两种不同类型的脉搏波信号取自动脉相同位置，从而血压实时测量的准确度高，第三，两种脉搏波的测量位置可以根据病人的实际情况选取，为装置的实际应用提供了很大的灵活性。例如，失去双臂的残疾人士可以在颈动脉处测量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的血压实时测量装置的功能框图。

图2为本发明实施例提供的血压实时测量装置中的信号处理模块的功能框图。

图3为本发明实施例提供的腕带式的血压实时测量装置。

图4为本发明实施例提供的实时测量血压的方法的流程图。

图5为本发明实施例1提供的血压实时测量装置测得的压力脉搏波信号和光电容积脉搏波信号波形对比图。

图6为本发明实施例2提供的血压实时测量装置测得的血流速度脉搏波信号和光电容积脉搏波信号波形对比图。

图7为本发明实施例3提供的血压实时测量装置测得的压力脉搏波信号和压力脉搏波信号波形对比图。

主要元件符号说明

血压实时测量装置	10
		第一脉搏波感应模块	12
第二脉搏波感应模块	14
		信号处理模块	16
模数转换模块	162
		特征点提取模块	164
数据处理模块	166

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的血压实时测量装置。

请参阅图1，本发明实施例提供一种血压实时测量装置10，该血压实时测量装置10包括第一脉搏波感应模块12，第二脉搏波感应模块14以及信号处理模块16。

所述第一脉搏波感应模块12用于获取每个心动周期的第一脉搏波信号，所述第二脉搏波感应模块14用于获取每个心动周期的第二脉搏波信号。所述第一脉搏波感应模块12与第二脉搏波感应模块14感应的脉搏波的类型不同以测量不同类型的脉搏波。

所述脉搏波的类型可包括压力脉搏波、光电容积脉搏波或血流速度脉搏波。相应地，所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14可以为压力脉搏波感应模块、光电容积脉搏波感应模块以及血流速度脉搏波感应模块中的一种，只要第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14选取脉搏波感应类型互不相同的感应器即可。

所述压力脉搏波感应模块用于感测每个心动周期的压力脉搏波。所述压力脉搏波感应模块可通过压力传感器实现。所述压力传感器包括压电薄膜传感器以及硅基压阻传感器中的至少一种。所述压力传感器感应的到信号可转化成电信号传输到所述信号处理模块16。

所述光电容积脉搏波感应模块用于感测每个心动周期的光电容积脉搏波。所述光电容积脉搏波感应模块可通过光探测器接收的光强随心动周期感测位置处动脉中血液的容积变化呈脉动性变化所获得的光信号经光电探测器转换为电信号获得所述光电容积脉搏波。所述光电容积脉搏波感应模块可包括光电管以及光电探测器。所述光电管可以为发光二极管。所述光电探测器可以为透射式光电探测器或反射式光电探测器，可根据所选择的测量位置来确定。优选地，采用反射式光电探测器来探测动脉反射的光信号。所述光电管和光电探测器的工作波长范围可以为600nm至1000nm的红外光范围。优选地，所述光电管和光探测器的工作波长范围为800nm至960nm。

所述血流速度脉搏波感应模块用于感测每个心动周期的血流速度脉搏波。所述血流速度脉搏波感应模块可以为磁传感血流速度脉搏波感应模块或其它可以测量每个心动周期的血流速度脉搏波的感应器。优选地，所述血流速度脉搏波感应模块采用磁传感血流速度脉搏波感应模块。所述磁传感血流速度脉搏波感应模块可包括偏置磁片以及磁传感器。所述偏置磁片设置于动脉位置，用于产生偏置磁场，所述磁传感器感测每个心动周期的血流速度的变化引起感测位置处磁场变化的信号。所述感应信号转化成电信号传输到所述信号处理模块16。所述磁传感器可以是巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器或霍尔磁传感器。

上述脉搏波感应模块可通过控制电路来给其提供所需的工作电压。

本发明第一实施例中所述第一脉搏波感应模块12为压力脉搏波感应模块，所述第二脉搏波感应模块14为光电容积脉搏波感应模块。本发明第二实施例中所述第一脉搏波感应模块12为血流速度脉搏波感应模块，所述第二脉搏波感应模块14为光电容积脉搏波感应模块。本发明第三实施例中所述第一脉搏波感应模块12为压力脉搏波感应模块，所述第二脉搏波感应模块14为血流速度脉搏波感应模块。

所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14可设置于人体的动脉位置。优选地，可设置于桡动脉、颈动脉或者其它贴近体表的动脉位置。更为优选地，所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14设置于桡动脉上。所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14可同时获取同一动脉位置的不同类型的脉搏波。为实现这一目的，所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14可设置于所述同一动脉位置处，或者所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14至少相互临近且靠近所述同一动脉位置设置，且所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14在该动脉设置位置的连线通过所述同一动脉位置且垂直于血流的方向，以保证心脏传输的信号到达两个脉搏波感应模块的距离基本相同。

通过在同一动脉位置或与血流方向垂直的位置设置两种不同脉搏波感应模块来同时测量所述同一位置处的不同类型的脉搏波信号，由于不同类型的脉搏波传输速度与血压的关系不同，对于确定的血压，两种不同类型的脉搏波存在确定的传输时间差。换句话说，两种不同类型的脉搏波传输时间差与血压存在确定的对应关系。从而，通过设置两种不同类型的脉搏波感应模块来同时测量同一动脉位置的两种类型的脉搏波传输时间差即可以获得动脉血压。

此外，所述血压实时测量装置10也可进一步包括两种以上的不同类型的脉搏波感应模块，以获得更精确的实时血压值。

所述信号处理模块16接收所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14传输的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号，并可获取同一动脉位置且同时接收的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号之间的传输时间差，并可根据该传输时间差获取每个心动周期的动脉血压。

请参阅图2，所述信号处理模块16可包括模数转换模块162、特征点提取模块164以及数据处理模块166。

所述模数转换模块162可将接收到的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号进行模数转换，从而转换成第一脉搏波数字信号和第二脉搏波数字信号。所述模数转换模块162可采用模数转换器来实现。

所述信号处理模块16可进一步包括一滤波和信号放大模块，用于对接收到的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号先进行滤波和信号放大，然后再进行模数转换。所述滤波和信号放大模块可采用滤波电路和信号放大器来实现。

每个心动周期包括舒张期和收缩期。所述特征点提取模块164用于提取每个心动周期内的脉搏波数字信号在舒张期和收缩期的特征点。具体地，所述特征点提取模块164用于分别提取每个心动周期的第一脉搏波数字信号和第二脉搏波数字信号在舒张期和收缩期的特征点。所述特征点可包括脉搏波信号的波峰、波谷或者波峰下降沿的底部信号点，具体可根据不同种类的脉搏波信号与心室收缩期和舒张期的不同对应关系来确定。

所述特征点的选取用来反映两种脉搏波在每个心动周期中的传输时间差。所述传输时间差包括每个心动周期的收缩期脉搏波传输时间差（PTTS）和舒张期脉搏波传输时间差（PTTD）。优选地，当所述第一脉搏波感应模块12为血流速度脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块14为光电容积脉搏波感应模块时，用于反映收缩期脉搏波传输时间差的特征点可以是两种脉搏波的第一波峰点，用于反映舒张期的脉搏波传输时间差的特征点是两种脉搏波的第一波谷点。当所述第一脉搏波感应模块12为血流速度脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块14为压力脉搏波感应模块时，用于反映收缩期脉搏波传输时间差的特征点可以是两种脉搏波的第一波峰点，用于反映舒张期的脉搏波传输时间差的特征点是两种脉搏波第二波峰点。当所述第一脉搏波感应模块12为光电容积脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块14为压力脉搏波感应模块时，用于反映收缩期脉搏波传输时间差的特征点是两种脉搏波的第一波峰点，用于反映舒张期的脉搏波传输时间差的特征点是两种脉搏波第二波峰下降沿底部。

所述数据处理模块166可用来计算同一动脉位置且同时获取的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号之间的传输时间差。该传输时间差可为所述同一动脉位置且属于同一心动周期的第一脉搏波数字信号和第二脉搏波数字信号对应特征点之间的脉搏波传输时间差。所述收缩期脉搏波传输时间差可为第一脉搏波数字信号和第二脉搏波数字信号在同一心动周期的收缩期对应特征点的时间间隔。所述舒张期脉搏波传输时间差可为第一脉搏波数字信号和第二脉搏波数字信号在同一心动周期的舒张期对应的特征点的时间间隔。所述数据处理模块166可进一步根据每个心动周期的脉搏波传输时间差获得每个心动周期的血压值。具体地，所述数据处理模块166可根据每个心动周期的收缩期脉搏波传输时间差和舒张期脉搏波传输时间差获取每个心动周期的收缩压和舒张压。

所述血压值与所述传输时间差成反比例关系。优选地，所述血压值与所述传输时间差成平方反比例关系。本发明实施例中所述传输时间差与血压的关系为：

收缩压=;（1）

舒张压=（2）

其中，ρ为血流密度，A和B为校准参数，对于确定的人体在短时期内可以为确定的常数。

所述数据处理模块166进一步包括一标定模块，该标定模块用于确定所述校准参数A和B。该标定模块可执行一标定程序，该标定程序包括：首先利用标准的血压测量方法对待测量的人体测量校准收缩压P_S和校准舒张压P_D；并记录同时测得的收缩期和舒张期的脉搏波传输时间差PTTS和PTTD；以及将校准收缩压P_S和校准舒张压P_D以及同时测得的脉搏波传输时间差PTTS和PTTD分别代入所述公式（1）和（2）中计算出所述校准参数A和B。所述标准的血压测量方法可以为利用标准的水银血压计测量获得。该标定过程操作简单、便捷且可以提高血压测量的准确度。

所述特征点提取模块164以及数据处理模块166可采用一处理器来实现。

所述血压实时测量装置10可进一步包括一显示模块，以实时地显示测量得到的血压值或血压值曲线。

所述血压实时测量装置10可进一步包括一传输模块，用于将测得的实时血压值传输到一智能终端以进一步分析监测。

所述传输模块优选可以为无线传输模块。所述无线传输模块采用的传输方式可以为蓝牙传输、红外传输以及射频传输中的至少一种。所述智能终端可以为一监测装置用来实时监测测量到的血压值。此外，所述智能终端也可以通过所述传输模块接收所述脉搏波传输时间差，并通过该智能终端来计算每个心动周期的收缩压和舒张压。

所述第一脉搏波感应模块12、第二脉搏波感应模块14、信号处理模块16、传输模块甚至显示模块可集成设置。所述集成设置可以为将所述第一脉搏波感应模块12、第二脉搏波感应模块14、信号处理模块16、传输模块甚至显示模块集成于一印制电路板上。该印制电路板优选为柔性的印制电路板，从而使该血压实时测量装置10可以为一柔性装置。

所述血压实时测量装置10可进一步包括一本体，将所述第一脉搏波感应模块12、第二脉搏波感应模块14、信号处理模块16封装其中。另外，优选地，所述本体可易于将所述血压实时测量装置10固定于动脉位置。优选地，所述本体可以是一穿戴式结构。请参阅图3，本发明实施例中，所述封装结构为一柔性的腕带。使用时，可将该腕带固定于动脉（如手腕桡动脉）表面，并使所述第一脉搏波感应模块12和第二脉搏波感应模块14的感应面朝向皮肤一侧来实时感测脉搏波信号。此外，所述本体也可以为一贴片式的结构，用于将所述血压实时测量装置10贴附于动脉表面。

请参阅图4，本发明实施例进一步提供一种利用上述血压实时测量装置10实时测量血压的方法，包括以下步骤：

S1，获取每个心动周期的所述第一脉搏波信号；

S2，获取每个心动周期的所述第二脉搏波信号，所述第一脉搏波信号与第二脉搏波信号的脉搏波类型不同；

S3，获取同一动脉位置且同时获取的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号之间的传输时间差；以及

S4，根据该传输时间差获取该心动周期的动脉血压。

在该方法中，所述传输时间差的获取方式以及血压与传输时间差之间的对应关系均已介绍，在此不再赘述。

本发明实施例提供的血压实时测量装置10通过采用两种脉搏波感应类型不同的脉搏波感应模块来同时感应同一动脉位置的脉搏波传输时间差，并根据脉搏波传输时间差实时获取每个心动周期的血压值。该血压实时测量装置10第一不需要测量心电信号，因此不需要心电电极的引线，给血压实时测量带来极大的方便性。第二，两种不同类型的脉搏波信号取自动脉相同位置，从而血压实时测量的准确度高，第三，两种脉搏波的测量位置可以根据病人的实际情况选取，为装置的实际应用提供了很大的灵活性。例如，失去双臂的残疾人士可以在颈动脉处测量。

实施例1

所述血压实时测量装置10包括第一脉搏波感应模块12、第二脉搏波感应模块14、信号处理模块16以及无线传输模块。所述第一脉搏波感应模块12、第二脉搏波感应模块14、信号处理模块16以及无线传输模块集成设置于一柔性电路板并形成一腕带，用于实时测量手腕桡动脉血压值。其中，所述第一脉搏波感应模块12为压力脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块14为光电容积脉搏波感应模块。

请参阅图5，图5为测得的压力脉搏波信号和光电容积脉搏波信号。上方波形为压力脉搏波，下方波形为光电容积脉搏波。其中，在某一个心动周期，收缩期脉搏波传输时间差PTTS为上述两种脉搏波第一波峰之间的时间间隔（两条实线间隔），舒张期脉搏波传输时间差PTTD为上述两种脉搏波第二波峰下降沿底部之间的时间间隔（两条点划线间隔）。经检测，PTTS为32ms，PTTD为50ms。校准参数A=0.115，B=0.18，计算获得该心动周期的血压为118/77mmHg。

实施例2

该实施例的血压实时测量装置与实施例1的血压实时测量装置基本相同，区别在于，本实施例中，所述第一脉搏波感应模块12为血流速度脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块14为光电容积脉搏波感应模块。

请参阅图6，图6为测得的血流速度脉搏波信号和光电容积脉搏波信号。上方波形为血流速度脉搏波，下方波形为光电容积脉搏波。其中，在某一个心动周期，收缩期脉搏波传输时间差PTTS为上述两种脉搏波第一波峰之间的时间间隔（两条实线间隔），舒张期脉搏波传输时间差PTTD为上述两种脉搏波第一波谷之间的时间间隔（两条点划线间隔）。经检测，PTTS为30ms，PTTD为47ms。校准参数A=0.09，B=0.13，计算获得该心动周期的血压为104/62mmHg。

实施例3

该实施例的血压实时测量装置与实施例1的血压实时测量装置基本相同，区别在于，本实施例中，所述第一脉搏波感应模块12为血流速度脉搏波感应模块，第二脉搏波感应模块14为压力脉搏波感应模块。

请参阅图7，图7为测得的血流速度脉搏波信号和压力脉搏波信号。上方波形为血流速度脉搏波，下方波形为压力脉搏波。其中，在某一个心动周期，收缩期脉搏波传输时间差PTTS为上述两种脉搏波第一波峰之间的时间间隔（两条实线间隔），舒张期脉搏波传输时间差PTTD为上述两种脉搏波第二波峰之间的时间间隔（两条点划线间隔）。经检测，PTTS为36ms，PTTD为47ms。校准参数A=0.136，B=0.17，计算获得该心动周期的血压为111/78mmHg。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种血压实时测量装置，其特征在于，包括：

第一脉搏波感应模块，用于获取每个心动周期的第一脉搏波信号，所述第一脉搏波信号为血流速度脉搏波；

第二脉搏波感应模块，用于获取每个心动周期的第二脉搏波信号，所述第二脉搏波信号为压力脉搏波；以及

信号处理模块，用于同时获取同一动脉位置的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号，并计算该同一动脉位置同时获取的所述第一脉搏波信号和第二脉搏波信号之间的传输时间差，并根据该传输时间差获得每个心动周期的动脉血压。

2.如权利要求1所述的血压实时测量装置，其特征在于，所述第一脉搏波感应模块以及所述第二脉搏波感应模块设置于所述同一动脉位置，或所述第一脉搏波感应模块与所述第二脉搏波感应模块设置位置的连线垂直于血流的方向。

3.如权利要求1所述的血压实时测量装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：

模数转换模块，用于将所述同一动脉位置处同时获取的第一脉搏波信号以及第二脉搏波信号分别进行模数转换，获取第一脉搏波数字信号以及第二脉搏波数字信号；

特征点提取模块，用于分别提取同一心动周期的第一脉搏波数字信号以及第二脉搏波数字信号对应的特征点；以及

数据处理模块，用于获取同一动脉位置且属于同一心动周期的第一脉搏波数字信号和第二脉搏波数字信号对应特征点之间的传输时间差，并根据该传输时间差计算每个心动周期的血压值。

4.如权利要求3所述的血压实时测量装置，其特征在于，所述传输时间差包括收缩期传输时间差以及舒张期传输时间差；所述血压值包括收缩压和舒张压，所述收缩压和舒张压的获取公式为：

其中，ρ为血流密度，A和B为校准参数，PTTS为收缩期传输时间差，PTTD为舒张期传输时间差。

5.如权利要求4所述的血压实时测量装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步包括一标定模块，该标定模块用于确定所述校准参数A和B，该标定模块包括标定程序，该标定程序为：

利用标准的血压测量方法对待测量的人体测量校准收缩压(P_S)和校准舒张压(P_D)；

并记录同时测得的所述收缩期传输时间差和舒张期传输时间差；以及

将所述校准收缩压(P_S)和校准舒张压(P_D)以及同时测得的收缩期传输时间差和舒张期传输时间差分别代入所述公式中计算出所述校准参数A和B。

6.如权利要求1所述的血压实时测量装置，其特征在于，进一步包括一传输模块，用于传输测得的血压值到一智能终端以便进一步分析监测。

7.如权利要求6所述的血压实时测量装置，其特征在于，所述传输模块为无线传输模块，该无线传输模块传输的方式包括蓝牙传输、红外传输以及射频传输中的至少一种。

8.如权利要求1所述的血压实时测量装置，其特征在于，进一步包括一本体，所述第一脉搏波感应模块、第二脉搏波感应模块以及信号处理模块集成设置并设置于该本体中，该本体使血压实时测量装置以穿戴式的方式设置在动脉位置，该所述第一脉搏波感应模块和第二脉搏波感应模块的感应面面向所述动脉位置的皮肤。

9.如权利要求1所述的血压实时测量装置，其特征在于，所述传输时间差包括收缩期脉搏波传输时间差以及舒张期脉搏波传输时间差，所述收缩期脉搏波传输时间差为同一动脉位置且属于同一心动周期的两种脉搏波的第一波峰点之间的时间间隔，所述舒张期脉搏波传输时间差为同一动脉位置且属于同一心动周期的两种脉搏波第二波峰点之间的时间间隔。