CN107307857A - 一种脉压最佳位置自动寻找方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉压最佳位置自动寻找装置，该装置包含处理器、变换器、移位器和压力传感器，处理器输出测控指令，变换器将测控指令转换成可双向转换的位移量，带动压力传感器双向移动，压力传感器与处理器连接，处理器根据压力信号判断是否为最佳脉压位置，直至找到最佳脉压位置。同时，还公开了其具体的实现方法。本发明的有益效果在于可以自动进行最佳脉压位置定位。

Description

一种脉压最佳位置自动寻找方法和装置

技术领域

本申请涉及生理参数测量领域，特别是血压测量技术。

背景技术

血压是人体基本的生命特征参数，也是临床上非常重要的监测要素，在手术室、重症监护室、急症室等各类医疗救治中心，常常需要对病人进行连续地血压监测。通过对血压实时地观察，医生可以判断病人血液循环系统的参数，从而有针对性的进行治疗。血压测量方法分为有创测量法和无创测量法，通常在手术室、重症监护室等采用动脉穿刺导管方法来测量血压，该方法的测量结果是医学界关于测量血压的金标准。

在临床治疗中连续血压监测有如下意义：（1）能够实现有效地控制大型手术中患者的血压，保证其生命安全；（2）针对危重病人需要及时进行动脉输液或输血，连续血压监测可以为病人争得宝贵时间来提高血压，从而改善心、脑、肾等主要器官的供血；（3）针对手术中失血过多的病人需要实施控制性地降低血压，连续血压监测为医生提供准确的血压数据，可以及时控制病人血压，并大大减少病人在手术中的创面失血。

在手术室中使用动脉穿刺导管方法来连续监测病人血压时中央监护仪上的血压波形与血压值，虽然该方法测量结果很准确，但是该方法在病人麻醉期间中实际操作比较复杂，而且需要专用的特殊设备，不适于临床门诊及家庭常规使用，所以限制了它的广泛应用。

无创的、连续的、实时的动脉血压监测，相对于动脉穿刺导管法具有安全、方便、感染率低等优点，可以大大缩短麻醉准备时间，给医生带来极大的方便并提高工作效率，而且病人感觉更舒适，在临床治疗中将会得到广泛的使用。各种无创的连续的血压检测方法中，扁平张力测量法利用压力传感器置于动脉血管正上方的皮肤上，根据动脉张力的理论进行血压测量，该方法直接由测得的压力值进行转换而得到血压值。虽然该方法能够实现较长时间内连续地监测人体血压，结果较准确，但是在使用中需要长时间定位在一个位置，压力传感器却难以保证位置不会有偏差，同时长时间压迫血管会让被测试者感觉不舒适，实际上，针对扁平张力测量法而言，如何搜寻最佳脉压位置，是确保测量结果准确的重要因素。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，提出了快速一种脉压最佳位置自动寻找装置，以实现脉压最佳位置快速搜寻。所述脉压寻找装置包含处理器、变换器、移位器和压力传感器，其中，处理器输出测控指令，变换器将测控指令转换成可双向转换的位移量，移位器根据变换器输出的位移量和方向，带动压力传感器双向移动，以便测量脉压，压力传感器的输出与处理器的输入端口连接，处理器对压力传感器输出的信号进行处理，判断是否为最佳脉压位置，如否则进一步输出测控指令，直至找到最佳脉压位置。

优选的，所述变换器为位置伺服驱动器，当其接收到外部的控制信号时，内部的调制芯片将其转换为偏置电压，然后与内部的电位器电压进行对比，从而获得一个电压的差值，再由该差值来确定电机运转状态即反转或正转，内部的电机在转动时，将会同时带动级联齿轮让电位器发生改变，从而让电压的差值变为零，这样电机就停转并保持在一定的角度。

优选的，所述位置伺服驱动器为舵机。

优选的，所述移位器包含垂直于被安装对象的螺杆，螺杆的底部设置有压力传感器；舵机与移位器之间通过传动连接杆连接，舵机内部电机控制传动连接杆的倾斜角度，进而带动所述螺杆上下移动。

优选的，所述处理器为单片机。

优选的，对所述压力传感器采集的信号，将其通过电阻R1和R2后送入运放的同相输入端，同相输入端通过电阻C2接地，所述运放的反向输入端通过电阻R4接地，所述运放的输出端通过反馈电容C2连接至R1和R2之间，所述输出端通过电位器R3连接至连接运放的反向输入端，所述输出端与处理器的输入端电连接。

优选的，所述测控指令为脉冲宽度调制PWM信号。

优选的，所述PWM信号高电平时宽为0.5ms~2.5ms，低电平时宽为5ms~20ms，周期为20~30ms。

优选的，设定所述压力传感器下压六个阶段，对应的所述的PWM信号脉冲占空比数组元素个数为6。

优选的，还包含双处理器架构，每个处理器的输入端与不同部位的传感器相连，各处理器之间通过串口通讯，并可以通过其中一个处理器实现所有信息与其他设备之间的信息交互。

优选的，所述压力传感器双向移动为垂直方向上的上下移动。

同时，还提出了一种对应的脉压自动寻找方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：初始化定时器，设定脉压阈值，设置压力传感器（3）的下压阶段；

步骤2：利用舵机（1）控制压力传感器（3）下压，利用压力传感器（3）在各下压阶段获取一组动脉压力信号；

步骤3：根据每组动脉压力信号，获得一个准确的脉压值；

步骤4：将多个计算后的脉压值进行比较，找出其中最大的脉压值，并与阈值比较；

步骤5：如果大于脉压阈值，则表明现在有最佳位置；否则重新开始寻找。

优选的，所述步骤3具体包括：

步骤31：根据每组动脉压力信号，先求出这组采样数据的所有极大值和极小值；

步骤32：求出所有极大值中最大的极大值PPmax；所有极小值中最小的极小值PPmin；

步骤33：将PPmax减去PPmin即为准确的脉压值。

通过本发明的方法，可以实现脉压最佳位置的自动定位，减少了现有技术中利用人工进行寻找的不稳定性因素。同时，也克服现有技术中容易受到干扰的缺陷。

附图说明

图1是本申请的系统结构图；

图2是本申请中的变换器与移位器的连接示意图；

图3是本申请的寻找脉压最佳位置程序主控流程图；

图4是计算PP的流程图；

图5是双处理器架构的结构图，

图中，1-舵机，2-螺杆，3-压力传感器，4-机械固定装置，5-传动连接杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图1-5对本申请加以说明。

考虑到血压信号经过肌腱、皮肤等组织传递给压力传感器3的过程中存在有压力损失，因此必须减小损失值。经过反复实验，发明人发现将压力传感器3垂直压在动脉血管正上方可以获得更准确的动脉压力信号，倘若压力传感器3检测的位置有偏差，那计算得到的血压值就会存在很大的误差。因此，本发明设计了移位器。该移位器在变换器传动连接杆5的带动下，驱动压力传感器3往下移动，实现在垂直方向上寻找脉压最佳位置。

如图1所示的一种脉压最佳位置自动寻找装置，所述脉压寻找装置包含处理器、变换器、移位器和压力传感器3，其中，处理器输出测控指令，变换器将测控指令转换成可双向转换的位移量，移位器根据变换器输出的位移量和方向，带动压力传感器3双向移动，以便测量脉压，压力传感器3的输出与处理器的输入端口连接，处理器对压力传感器3输出的信号进行处理，判断是否为最佳脉压位置，如否则进一步输出测控指令，直至找到最佳脉压位置。

首先，处理器输出一定占空比的PWM脉冲信号给舵机1，舵机1再依据该占空比来实现输出轴的转动，输出轴转动将带动与移位器连接在一起的压力传感器3在垂直方向上往下压。然后压力传感器3把采集到的压力信号（反馈信号）传送给处理器，处理器接收到该信号后再进行数据处理，比如数字滤波处理、最大脉压计算等，根据计算后的结果再改变输出控制信号的占空比，以此进一步控制舵机1转动。

针对变换器与移位器的连接方法，参见附图2，二者的传动连接部件没有使用齿轮而是采用传动连接杆5，再根据之前已有的机械固定装置4/移位器来设计了传动连接装置示意图。通过传动连接杆5的上下移动来带动机械固定装置4/移位器的螺杆2上下移动，实现压力传感器3的位置调节。

处理器要控制舵机1从而实现压力传感器3在动脉血管垂直方向上寻找脉压最大的位置，并最终将压力传感器3定位在该位置。整个自动寻找脉压最佳位置过程的程序设计主要实现的是输出PWM控制信号、改变PWM的占空比以及准确计算采集到的PP（脉压）值算法。

下面结合自动寻找脉压最佳位置程序流程图和计算PP子程序流程图进行说明。

考虑到每当舵机1带动压力传感器3往下压后采集信号需要消耗时间，由于信号采样频率是50Hz，为了快速寻找脉压最大值，程序中设定采样点数为100，这样压力传感器3每下压一次只需要2秒的时间来采集动脉压力信号。对采集到的数据再进一步完成数据处理，从而计算出需要的PP值。

发明人在不断的实验过程中还发现，如果程序设定压力传感器3下压阶段过多，不仅会花更多时间，而且后面阶段施加太大压力时就检测不到动脉压力。因此通过反复测试后，设定压力传感器3下压六个阶段，那程序设计中与之对应的脉冲占空比数组元素个数为6。每次数据采集时首先要控制压力传感器3下压一个阶段，然后等待1秒钟，在该阶段稳定后再采集100个数据，采集数据需要2秒钟，因此采集完六组数据只需18秒。

首先要初始化定时器实现PWM控制信号的输出，然后调用计算PP的子程序。在子程序中设定了长度为6的占空比数组，然后依次输出不同的占空比PWM脉冲信号，从而控制舵机1带动压力传感器3往下压。舵机1控制压力传感器3下压的每个阶段都会采用PP值计算算法来获得一个准确的PP值，这样就有6个PP值，并将计算得到的结果保存在相应的数组里。之后返回到主程序中，通过循环查找，找到这6个PP值中最大的一个，然后和PP阈值比较，该阈值是在具体调试中确定的脉压差临界值。如果最大PP值大于PP阈值，则表明现在有最佳位置，然后输出最大PP值时的PWM信号来控制压力传感器3定位在PP最大值的位置。如果最大PP值小于PP阈值，则表明现在没有最佳位置，需要重新开始寻找。

同时，在测量过程中，发明人发现，在临床上使用张力测量法来监测病人的血压时，长时间只在一个部位上监测病人的血压值，最终监测到的结果与真实血压有较大差别，而且会给病人带来不适感。

为了能在手术室中正确地实时地监测病人血压，本发明还提出一种对病人多部位进行无创连续血压监测方法。下面以两个部位进行说明，选择两个测量部位分别是手腕处桡动脉和脚背处足背动脉。当在桡动脉监测到病人血压不准确或病人感到不适时，系统能切换到足背动脉处继续进行血压监测，相反，系统也能够实现从足背动脉切换到桡动脉处进行血压监测。

为此，需要实现两个不同测量部位之间的切换。考虑到压力传感器3监测到的动脉压力信号是模拟信号，而模拟信号通过导线传输时极易受到干扰并且会有一定程度衰减，因此压力传感器3与处理器之间的传输线路要尽可能短，这样才能尽快将模拟信号转换为数字信号。在现有技术中，通常采用的方案包括两种：

1）在一个处理器上，采用多组传输线输入；

2）若有N个模拟信号，设置N个处理器作为从处理器，再通过传输协议将上述N个从处理器与主处理器相连，可以看出，此时，利用N+1个处理器获取N个模拟量信号。

然而，上述方案中，方案1存在容易受到干扰的缺陷，方案2则使用了太多的处理器，这样增加了硬件系统和软件系统的复杂度，而且没有高效地利用处理器资源，且成本较高。

为此，发明人提出一种改进方案，涉及一种处理器系统，系统中包含多个处理器，为便于理解，以两个测量部位、两个处理器为例进行说明。

分别在两个不同部位（如桡动脉、足背动脉）设置压力传感器3，此时，对应的处理器可以是一种双处理器架构的系统，如图5所示，可以选择其中任意一处理器作为（如处理器1）作为主处理器，处理器2则作为从处理器。主处理器可以将选择获取任意压力传感器3的监测信号，并根据该压力传感器3信号控制寻找最佳脉压位置。此外，还可以将主处理器的信号传送到其他客户端，如上位机、手机、或其他监控仪器。当客户端检测到数据异常时，可以实时进行声光报警、或通过邮件、短信等方式向医护人员、病人家属等发出报警信息。

所述处理器系统，采用N个处理器，采集N个模拟信号。其具有以下优点：不同部位压力传感器3有对应的处理器，压力传感器3与处理器传输线短，能尽快将模拟信号转变为数字信号，从而减少信号在传输过程中受到外界的干扰；上位机只需控制处理器1便可实现不同监测部位的切换，并且只占用一个USB接口，有利于上位机中应用程序的实现。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表 述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：

所述脉压寻找装置包含处理器、变换器、移位器和压力传感器（3），其中，处理器输出测控指令，变换器将测控指令转换成可双向转换的位移量，移位器根据变换器输出的位移量和方向，带动压力传感器（3）双向移动，以便测量脉压，压力传感器（3）的输出与处理器的输入端口连接，处理器对压力传感器（3）输出的信号进行处理，判断是否为最佳脉压位置，如否则进一步输出测控指令，直至找到最佳脉压位置。

2.一种如权利要求1所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述变换器为位置伺服驱动器，当其接收到外部的控制信号时，内部的调制芯片将其转换为偏置电压，然后与内部的电位器电压进行对比，从而获得一个电压的差值，再由该差值来确定电机运转状态即反转或正转，内部的电机在转动时，将会同时带动级联齿轮让电位器发生改变，从而让电压的差值变为零，这样电机就停转并保持在一定的角度。

3.一种如权利要求2所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述位置伺服驱动器为舵机（1）。

4.一种如权利要求1或3所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述移位器包含垂直于被安装对象的螺杆（2），螺杆（2）的底部设置有压力传感器（3）；舵机（1）与移位器之间通过传动连接杆（5）连接，舵机（1）内部电机控制传动连接杆（5）的倾斜角度，进而带动所述螺杆（2）上下移动。

5.一种如权利要求1所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述处理器为单片机。

6.一种如权利要求1所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：对所述压力传感器（3）采集的信号，将其通过电阻R1和R2后送入运放的同相输入端，同相输入端通过电阻C2接地，所述运放的反向输入端通过电阻R4接地，所述运放的输出端通过反馈电容C2连接至R1和R2之间，所述输出端通过电位器R3连接至连接运放的反向输入端，所述输出端与处理器的输入端电连接。

7.一种如权利要求1所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述测控指令为脉冲宽度调制PWM信号。

8.一种如权利要求7所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述PWM信号高电平时宽为0.5ms~2.5ms，低电平时宽为5ms~20ms，周期为20~30ms。

9.一种如权利要求7所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：设定所述压力传感器（3）下压六个阶段，对应的所述的PWM信号脉冲占空比数组元素个数为6。

10.一种如权利要求6所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：还包含双处理器架构，每个处理器的输入端与不同部位的传感器相连，各处理器之间通过串口通讯，并可以通过其中一个处理器实现所有信息与其他设备之间的信息交互。

11.一种如权利要求1所述的脉压最佳位置自动寻找装置，其特征在于：所述压力传感器（3）双向移动为垂直方向上的上下移动。

12.一种如权利要求1所述的脉压最佳位置自动寻找装置对应的自动寻找方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：利用舵机（1）控制压力传感器（3）下压，利用压力传感器（3）在各下压阶段获取一组动脉压力信号；

步骤2：根据每组动脉压力信号，获得一个准确的脉压值；

步骤3：将多个计算后的脉压值进行比较，找出其中最大的脉压值，并与阈值比较；

步骤4：如果大于脉压阈值，则表明现在有最佳位置；否则重新开始寻找。

13.一种如权利要求12所述的脉压最佳位置自动寻找方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤21：根据每组动脉压力信号，先求出这组采样数据的所有极大值和极小值；

步骤22：求出所有极大值中最大的极大值PPmax；所有极小值中最小的极小值PPmin；

步骤23：将PPmax减去PPmin即为准确的脉压值。

14.一种如权利要求12所述的脉压最佳位置自动寻找方法，其特征在于：还包括初始化步骤，该步骤初始化定时器、设定脉压阈值和设置压力传感器（3）的下压阶段。