CN105286838A - 一种升压血压测量的泵速自动调节方法及装置 - Google Patents

一种升压血压测量的泵速自动调节方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种升压血压测量的泵速自动调节方法及装置，根据袖带压力提取的震荡波，进行脉动检测，并以此为基础计算平均脉率；测量一定时间间期内的袖带压力变化值，通过袖带压力变化来间接反映当前的气泵充气量；根据得到的平均脉率和袖带压力变化值动态，自动调节气泵驱动电压，进而达到调节充气量的目的了；优化测量过程中还开发舒适性更好的自动血压测量设备，包括压力传感器、脉动检测电路和处理器；根据压力传感器采集到的袖带静压力信号和通过脉动检测电路(106)中断计算出的脉率，处理器利用一种升压血压测量泵速自动调节方法对充气泵(102)驱动电压进行实时调节，本发明不受袖带尺寸的影响，并能根据被测量者脉率情况，实时调节测量过程。

Description

一种升压血压测量的泵速自动调节方法及装置
技术领域
本发明属于医疗仪器技术领域，特别涉及根据充气过程中袖带压力变化和实时脉率检测的一种升压血压测量的泵速自动调节方法及装置。
背景技术
血压是反映心脏泵血功能、血管阻力、血液粘滞性和全身血容量等生理参数的重要指标，具有重要的临床诊断价值。随着电子技术、计算机和信号处理的发展，以示波法为基础的自动无创血压监测技术在临床上得到了广泛应用。示波法血压测量可以采用降压测量和升压测量两种模式。降压测量包括充气和放气两个阶段，首先给袖带打气加压至动脉闭合,然后在放气过程中,采集由动脉脉动产生的袖带内压力震荡波信号；而升压测量只包括充气测量一个阶段，在袖带加压过程中同时采集袖带内的压力震荡波信号并进行实时分析，一旦测量完成即可快速放气。降压测量需要先对袖带快速充气，使袖带压高到足以使动脉闭合，充气结束对应的压力值往往是预先设定，不能根据被测血压的具体情况自动调节。测量时，如果预设压力值过高，会增加被测量者的不舒适感；如果过低，将可能出现多次充气加压的过程，甚至导致测量失败。与降压测量相比，升压测量由于是在袖带加压过程中同时采集袖带内的压力震荡波信号，可以实时判断测量过程并结束测量，使整个测量过程缩短，能有效减低测量过程的不舒适感。
示波法测量通常采用曲线拟合算法并配合幅值系数计算血压值，具体过程是:首先使用震荡波的峰值序列进行曲线拟合，拟合曲线最大值所对应的静压(袖带内压力的直流成分)值,即为平均压；利用最大幅值与幅值系数得到收缩压振幅和舒张压振幅，然后通过拟合曲线求出对应的静压值,即为收缩压和舒张压。由于使用震荡波包络检测和曲线拟合，为了保证测量精度，要求在一次血压测量时要包含适当数量的脉动周期。采用升压测量对肥胖被测量者测量血压时需要更大尺寸的袖带，如果保持预先固定的充气量，势必导致充气过程过长，增加被测量者的不舒适感，在此情况下，就要求能增大测量过程的充气量；而用小尺寸袖带(如儿童)时应降低充气量。同样当被测量者的心率过慢时，为保证测量过程能获得适当数量的脉动周期，就应降低充气量；反之，心率过慢时应增加充气量。所以，在测量过程中，如果能根据袖带压力变化和被测量者实时脉率自动调节充气量，就能保证被测量者在测量过程中的最大舒适度。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种升压血压测量泵速自动调节方法及装置，基于气泵的出气量与转速成正比，调节充气量可以通过转速调节来实现的思想，根据充气过程中袖带压力变化和实时脉率检测，自动调节气泵转速，进而达到调节充气量的目的。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种升压血压测量泵速自动调节方法，包括以下步骤：
步骤一、测量初始化：设置脉搏次数n为0、平均脉率r为初始值R0、判断定时t为0、气泵驱动电压V为V0，启动气泵开始测量；
步骤二、根据袖带压力提取的震荡波，进行脉动检测，如果检测到脉动，根据本次脉动与上次脉动的时间间隔，计算本次脉动的瞬时脉率，然后利用平滑滤波方法计算平均脉率rn，使脉搏次数n加1；
步骤三、如果脉搏次数n小于2，说明平均脉率rn还未修改，保持气泵驱动电压V不变，然后转步骤六；
步骤四、如果脉搏次数n大于1,说明平均脉率rn已修改；此时，当判断定时t大于等于间隔阈值T时，计算t时间段内的袖带压力变化量ΔP,否则转步骤六；
步骤五、根据步骤二得到的平均脉率rn和步骤四得到的袖带压力变化量ΔP，通过计算修改气泵驱动电压V；
步骤六、判断测量过程结束的条件包括已计算出准确的血压值，或者袖带压力超过预先设定的最大压力值，或者测量过程用时超过预先设定的最长测量时间，如果满足测量结束条件，退出测量；否则返回步骤二。
基于一种升压血压测量泵速自动调节方法所设计的装置，包括测量袖带100、放气阀101、充气泵102、压力传感器103、低通放大器104、高通放大器105、脉动检测电路106、处理器107、LCD108和存储器109，袖带100与放气阀101、充气泵102、压力传感器103气路连接，处理器107与放气阀101、充气泵102电气连接，压力传感器103的输出连接到低通放大器104和高通放大器105的输入，低通放大器104的输出连接到处理器107的一个A/D采样端，高通放大器105的输出分别连接到处理器107的另一个A/D采样端和脉动检测电路106的输入端，脉动检测电路106的输出连接到处理器107的数字输入端，LCD108、存储器109分别与处理器107连接。
压力传感器103将测量袖带100内的压力转换为模拟电信号，输入到低通放大器104和高通放大器105。
脉动检测电路106将检测到一个脉动波并输出一个中断脉冲至处理器107。
处理器107控制充气泵102对测量袖带100充气，同时采集低通放大器104的袖带静压力信号和高通放大器105输出的原始袖带压力震荡波信号，并响应脉动检测电路106输出的中断脉冲，根据采集到的袖带静压力信号并通过脉动检测电路106中断计算出的脉率，利用一种升压血压测量泵速自动调节方法对充气泵102驱动电压进行实时调节，处理器107在测量结束时控制充气泵102停止充气并打开放气阀101对袖带放气，采用曲线拟合算法并配合幅值系数计算舒张压、平均压、收缩压，把结果显示在LCD108和保存在存储器109中，在测量过程中处理器107采集到的低通放大器104的袖带静压力信号和高通放大器105输出的原始袖带压力震荡波信号也要保存到存储器109中。
本发明提出一种升压血压测量时泵速自动调节方法，并基于方法设计了一种血压测量装置，根据充气过程中袖带压力变化和实时脉率检测，自动调节气泵驱动电压，间接调节气泵转速，进而达到调节充气量的目的。该方法不受袖带尺寸的影响，并能根据被测量者脉率情况，实时调节测量过程，在保证血压正确测量的情况下，优化测量过程。使用该方法可开发舒适度更好的自动血压测量设备。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是利用本发明的实现血压测量的实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理作详细说明。
示波法血压测量通常采用曲线拟合算法并配合幅值系数计算血压值，为了保证测量精度，要求在一次血压测量时要包含可检测到的适当数量的脉动周期，如果脉动周期过少会严重影响测量精度，但过多并不能对测量精度带来实质性提高，反而由于测量时间过长导致被测量者的不舒适感增加，一般以十个左右脉动周期为宜。为了兼顾测量精度和舒适度，当使用大尺寸袖带(如肥胖患者)时应提高充气量，而用小尺寸袖带(如儿童)时应降低充气量。同样当被测量者的心率过慢时，为保证测量过程能获得适当数量的脉动周期，就应降低充气量；反之，心率过快时应增加充气量，以缩短测量过程。所以，为保证被测量者在测量过程中的最大舒适度，在测量过程中，必须能根据袖带压力变化和被测量者实时脉率能自动调节充气量。
参见图1，本发明主要包括3个过程；过程一，根据袖带压力提取的震荡波，进行脉动检测，并以此为基础计算平均脉率；过程二，测量一定时间间期内的袖带压力变化值，通过袖带压力变化来间接反映当前的气泵充气量；过程三，根据过程一和过程二分别得到的平均脉率和袖带压力变化值动态调节气泵驱动电压。
步骤一：设置脉搏次数n为0、平均脉率r为初始值R0、判断定时t为0、气泵驱动电压V为V0，启动气泵开始测量。
平均脉率初始值R0将影响后续的平均脉率，一般可选择60～100次/分钟。气泵驱动电压初始值V0决定了在检测到脉动信号前的气泵充气速度，由于这一阶段对血压测量没有作用，一般可选择气泵允许的最大驱动电压Vmax，以便加快测量速度。
步骤二：根据袖带压力提取的震荡波，进行脉动检测，如果检测到脉动，根据本次脉动与上次脉动的时间间隔，计算本次脉动的瞬时脉率，然后利用平滑滤波方法计算平均脉率rn，使脉搏次数n加1。
具体方法是：
脉动检测可以通过硬件检测电路实现，也可通过软件实时分析实现。当检测到脉动时，记录下当前的时间值Tn,其中n为当前的脉搏次数。
如果脉搏次数n大于0，按公式(1)计算瞬时脉率rt
r t = 60000 T n - T n - 1 - - - ( 1 )
其中Tn-1代表上次脉动对应的时间，Tn-1和Tn单位为毫秒；并且按公式(2)计算当前平均脉率rn
rn＝wrt+(1-w)rn-1(2)
其中rt是瞬时脉率，rn-1为修改前的平均脉率，rn为修改后的平均脉率，w是权重系数，取值范围0～1,一般可取0.25。
Tn-1＝Tn，脉搏次数n加1。
步骤三、如果脉动次数n小于2，说明还没有生成驱动电压调节所需要的脉率信息，此时保持气泵驱动电压V不变，转步骤六；
步骤四、此时已得到所需要的脉率信息，如果判断定时t大于等于间隔阈值TΔ，根据袖带静压力信号，计算判断定时内t的袖带压力变化量ΔP。否则转步骤六；
间隔阈值TΔ决定了调节过程的快慢，一般选择2秒比较合适。
步骤五：根据步骤二得到的平均脉率rn和步骤四得到的袖带压力变化量ΔP，通过计算修改气泵驱动电压V。
具体方法是：
其中，k是比例系数，根据具体应用情况确定，k的选取原则是保证在绝大部分测量过程中，计算出的V要满足Vmin<V<Vmax；Vmin和Vmax分别是气泵允许的最小驱动电压和最大驱动电压。
步骤六：判断测量过程结束的条件包括已计算出准确的血压值，或者袖带压力超过预先设定的最大压力值，或者测量过程用时超过预先设定的最长测量时间。如果满足测量结束条件，退出测量；否则返回步骤二。
参见图2，基于一种升压血压测量泵速自动调节方法所设计的装置，包括测量袖带100、放气阀101、充气泵102、压力传感器103、低通放大器104、高通放大器105、脉动检测电路106、处理器107、LCD108和存储器109，袖带100与放气阀101、充气泵102、压力传感器103气路连接，处理器107与放气阀101、充气泵102电气连接，压力传感器103的输出连接到低通放大器104和高通放大器105的输入，低通放大器104的输出连接到处理器107的一个A/D采样端，高通放大器105的输出分别连接到处理器107的另一个A/D采样端和脉动检测电路106的输入端，脉动检测电路106的输出连接到处理器107的数字输入端，LCD108、存储器109分别与处理器107连接。
压力传感器103将测量袖带100内的压力转换为模拟电信号，输入到低通放大器104和高通放大器105。
脉动检测电路106将检测到一个脉动波将输出一个中断脉冲至处理器107。
处理器107控制充气泵102对测量袖带100充气，同时采集低通放大器104的袖带静压力信号和高通放大器105输出的原始袖带压力震荡波信号，并响应脉动检测电路106输出的中断脉冲，根据采集到的袖带静压力信号和通过106中断计算出的脉率，利用一种升压血压测量泵速自动调节方法对充气泵102驱动电压进行实时调节，处理器107在测量结束时控制充气泵102停止充气并打开放气阀101对袖带放气，采用曲线拟合算法并配合幅值系数计算舒张压、平均压、收缩压，把结果显示在LCD108和保存在存储器109中。
本装置的工作原理为：
血压测量时，处理器107控制充气泵102对测量袖带100充气，测量袖带100内的压力经过压力传感器103转换为模拟电信号，压力传感器103的输出分别输入到低通放大器104和高通放大器105，低通放大器104的输出为袖带静压力信号，高通放大器105的输出为原始袖带压力震荡波信号，高通放大器105的输出同时输入到脉动检测电路106和处理器107，脉动检测电路106如果检测到一个脉动波将输出一个中断脉冲至处理器107；处理器107在控制充气的过程中同时采集袖带静压力信号和原始袖带压力震荡波信号并响应脉动检测电路106输出的中断脉冲，然后根据采集到的袖带静压力信号和通过106中断计算出的脉率，利用本发明对充气泵102驱动电压进行实时调节；测量结束时，处理器107控制充气泵102停止充气并打开放气阀101对袖带放气；然后采用曲线拟合算法并配合幅值系数计算舒张压、平均压、收缩压，把结果显示在LCD108和保存在存储器109中。在测量过程中，处理器107采集到的低通放大器104的袖带静压力信号和高通放大器105输出的原始袖带压力震荡波信号也要保存到存储器109中。

Claims (2)

1.一种升压血压测量泵速自动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、测量初始化：设置脉搏次数n为0、平均脉率r为初始值R0、判断定时t为0、气泵驱动电压V为V0，启动气泵开始测量；
步骤二、根据袖带压力提取的震荡波，进行脉动检测，如果检测到脉动，根据本次脉动与上次脉动的时间间隔，计算本次脉动的瞬时脉率，然后利用平滑滤波方法计算平均脉率rn，使脉搏次数n加1；
步骤三、如果脉搏次数n小于2，说明平均脉率rn还未修改，保持气泵驱动电压V不变，然后转步骤六；
步骤四、如果脉搏次数n大于1,说明平均脉率rn已修改。此时，当判断定时t大于等于间隔阈值T时，计算t时间段内的袖带压力变化量ΔP,否则转步骤六；
步骤五、根据步骤二得到的平均脉率rn和步骤四得到的袖带压力变化量ΔP，通过计算修改气泵驱动电压V；
步骤六、判断测量过程结束的条件包括已计算出准确的血压值，或者袖带压力超过预先设定的最大压力值，或者测量过程用时超过预先设定的最长测量时间，如果满足测量结束条件，退出测量；否则返回步骤二。
2.实现权利要求1所述升压血压测量泵速自动调节方法的装置，其特征在于，包括测量袖带(100)、放气阀(101)、充气泵(102)、压力传感器(103)、低通放大器(104)、高通放大器(105)、脉动检测电路(106)、处理器(107)、LCD(108)和存储器(109)，袖带(100)与放气阀(101)、充气泵(102)、压力传感器(103)气路连接，处理器(107)与放气阀(101)、充气泵(102)电气连接，压力传感器(103)的输出连接到低通放大器(104)和高通放大器(105)的输入，低通放大器(104)的输出连接到处理器(107)的一个A/D采样端，高通放大器(105)的输出分别连接到处理器(107)的另一个A/D采样端和脉动检测电路(106)的输入端，脉动检测电路(106)的输出连接到处理器(107)的数字输入端，LCD(108)、存储器(109)分别与处理器(107)连接；
压力传感器(103)将测量袖带(100)内的压力转换为模拟电信号，输入到低通放大器(104和高通放大器(105)；
脉动检测电路(106)将检测到一个脉动波将输出一个中断脉冲至处理器(107)；
处理器(107)控制充气泵(102)对测量袖带(100)充气，同时采集低通放大器(104)的袖带静压力信号和高通放大器(105)输出的原始袖带压力震荡波信号，并响应脉动检测电路(106)输出的中断脉冲，根据采集到的袖带静压力信号和通过脉动检测电路(106)中断计算出的脉率，利用一种升压血压测量泵速自动调节方法对充气泵(102)驱动电压进行实时调节，处理器(107)在测量结束时控制充气泵(102)停止充气并打开放气阀(101)对袖带放气，采用曲线拟合算法并配合幅值系数计算舒张压、平均压、收缩压，把结果显示在LCD(108)和保存在存储器(109)中，在测量过程中处理器(107)采集到的低通放大器(104)的袖带静压力信号和高通放大器(105)输出的原始袖带压力震荡波信号也要保存到存储器(109)中。
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