CN107468230B - 一种体循环模型及其检测电子血压计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种体循环模型及其检测电子血压计精度的方法，模型中，脉管单元用于连接心动力单元和待测臂部单元形成封闭循环的人体体循环仿真系统；心动力单元为脉管单元提供足够的循环动力，模拟人体心脏跳动，实现用户设置不同参数下的中心动脉血流量波形；待测臂部单元对循环系统脉搏波波形和压力值进行模拟和测量；控制单元接收脉搏波数据与人机交互单元的设置，发送控制指令至心动力单元、待测臂部单元；人机交互单元显示脉搏波波形以及血压数值，选择不同的参数设置以及功能之间的切换。本发明对出厂时以及长期使用中的电子血压计进行定期鉴定，可避免误诊，为质检单位提供可靠的测量工具，也为教学实验以及科学研究提供二次开发平台。

Description

一种体循环模型及其检测电子血压计的方法

技术领域

本发明涉及一种电子血压计检定技术领域，具体是一种体循环模型及其检测电子血压计的方法。

背景技术

随着社会经济的发展，国民生活方式发生了深刻的变化。尤其是人口老龄化及城镇化进程的加速，导致了心血管疾病的发病率持续增加。心血管循环系统是由心脏和血管组成的，血压形成的基本条件是在密闭的心血管系统中要有足够的血液充盈，心脏射血和外周阻力是血压形成的两个基本因素。血压的测量就是测试血液对血管壁的侧压力，它是反映心脏功能和血管的弹性功能的检查方法。健康成人常值为收缩压(高压)90～130mmHg，舒张压(低压)的正常值为60～90mmHg。40岁以上每增加10岁收缩压增加10mmHg。凡舒张压超过90mmHg均列为高血压；低于60mmHg为低血压。故凡是影响心脏射血、外周阻力及血液充盈的因素，均可影响血压。心脏射血对血压的影响取决于心输出量(每搏输出量和心率的乘积)；外周阻力在血液粘滞性不变时，主要与阻力血管的口径有关；另外大动脉弹性可以缓冲血压。因此，血压便是反映人体心血管循环系统性能的一个重要依据，它能反映出人体中心动脉、心脏以及外周血管是否存在病变以及病变程度的大小。

无创血压测量装置的电子血压计正在逐渐取代着传统的汞柱式血压计，传统的医学测量方法正在进行着电子技术的变革。然而各个血压计制造商大多是经过统计样本分析设计和制造的新型电子血压计，这些血压计被越来越多的医疗机构和医疗卫生工作者使用。与此同时，由于技术的原因现在市场上的血压计只能测量肱动脉血压值而不能估算中心动脉血压值；因此，许多高校以及科研机构正在研制一种估算中心动脉的多参数新型电子血压计。电子血压计一般包括以下部件：加压部件和减压部件，与之相连接的是充气部件，与充气部件相连的是压力传感器，与压力传感器相连接的是电子电路，电子电路又包含有信号采集、压力检测、A/D转换、驱动电路、显示部分、数据处理以及测量血压的软件程序。但是，由于时间因素和环境影响，电子血压计在长期的使用中其内部元件如压力传感器，气泵及电子电路元件等会产生磨损、老化。因此，需要对出厂时以及长期使用中的电子血压计进行定期鉴定。

中国专利CN 103251398 A公开的一种模拟心脏及用模拟心脏对电子血压计的检测校准装置，该方法是使用模拟心脏对电子血压计检测，同时装置内使用的是气体，未还原真实的人体生理环境，而本发明直接采用人体体循环模型对电子血压计进行检测，使检测结果更加真实、准确。

发明内容

针对现有技术中电子血压计设备因老化而存在较大测量误差、个别电子血压计公司血压计出厂标定不规范以及市场尚未应用智能化体循环模型检测电子血压计精度等不足，本发明要解决的问题是提供一种体循环模型及其检测电子血压计的方法，对出厂的电子血压计进行标定检测，同时对长期使用中的电子血压计进行定期的检测，从而确定被测试的血压计测量精度是否合格。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明涉及一种体循环模型，包括：心动力单元、脉管单元、待测臂部单元、控制单元、人机交互单元以及电源单元，其中：

心动力单元，为脉管单元提供足够压力的循环动力，模拟人体心脏跳动，实现用户设置不同参数下的中心动脉血流量波性；

脉管单元，用于连接心动力单元和待测臂部单元，形成封闭循环的人体体循环仿真系统，通过调节节流阀控制人体体循环仿真系统的压力及流量输出；

待测臂部单元，对人体体循环仿真系统脉搏波波形以及压力值进行测取，检定待测电子血压计在整体波形和参数方面的测量精度；以及用来检测中心动脉压波形无创估计设备的性能和精度；

控制单元，接收待测臂部单元采集的脉搏波数据，输出血压精确值传送至人机交互单元，并发送控制指令至心动力单元、待测臂部单元；接收人机交互单元的切换选择以及设置的参数调节，用以实现待测电子血压计对于不同身体状况的标定精度测试；

人机交互单元，显示循环系统的血管内部和体表上的脉搏波波形以及血压数值，通过触屏来选择不同功能之间的切换选择；同时对血压计上的血压数值进行输入记录，传送至控制单元分析计算误差率，最终通过触屏显示数值；

电源单元，进行电源管理并为上述各单元提供工作电源。

心动力单元为人工心脏泵，包括步进电机、联轴器、注射器、螺纹丝杠以及滑台，其中注射器、螺纹丝杠以及滑台组合安装在一起形成柱塞泵，步进电机通过联轴器与螺纹丝杠一端部枢接，滑台安装于一固定导杆上，滑台与螺纹丝杠螺纹连接，滑台同时通过连接件与注射器的活塞连接。

脉管单元包括血管仿体、弹性腔、储液罐以及节流阀，其中，弹性腔与待测臂部单元的臂部血管仿体两端并联连接后，再与储液罐串联连接于血管仿体管路上；节流阀为三个，其中第一、二节流阀安装于待测臂部单元的臂部血管仿体两端，第三节流阀安装于脉管单元的血管仿体上。

所述弹性腔包括腔体及腔膜，其中腔体为采用刚性材料制作的开口容器，腔膜采用弹性材料制作，腔膜压紧在容器开口处形成密闭弹性腔，腔体上设有与血管仿体连通的入口和出口以及用于产生弹性腔初压力的注液口，该注液口处设有单向截止阀。

待测臂部单元包括骨骼仿体、臂部血管仿体、有创压力传感器、体表无创压力传感器、血压计袖带、脂肪组织仿体、表皮仿体、液压泵以及脂肪仿体储液罐，其中，骨骼仿体设于中心部位，臂部血管仿体贴于骨骼仿体外部，有创压力传感器连接于两段臂部血管仿体之间，有创压力传感器的压力片设于臂部血管仿体内壁上，位于待测臂部单元的轴向中心位置；脂肪组织仿体裹于骨骼仿体及臂部血管仿体的外侧；血压计袖带将体表无创压力传感器裹于脂肪组织仿体外部；液压泵连接于脂肪组织仿体与脂肪仿体储液罐之间。

控制单元包括中央处理模块、步进电机控制电路、液压泵电机控制电路以及节流阀控制电路，其中，中央处理模块接收待测臂部单元采集的模拟脉搏波数据，得到血压精确值传送给触屏控制显示模块，中央处理模块根据计算结果分别输出控制指令至步进电机控制电路、液压泵电机控制电路以及节流阀控制电路，其中步进电机控制电路控制心动力单元的步进电机进给液压泵电机控制电路控制待测臂部单元的脂肪组织仿体进行充放液，节流阀控制电路控制脉管单元的节流阀进行待测臂部单元初压力及人体外周阻力的调节。

本发明涉及一种体循环模型检测电子血压计的方法，包括健康生理状态标定检测步骤、心率状态测试调节步骤、外周阻力增大状态测试调节步骤以及脂肪率增加状态测试步骤，在测试前，向待测臂部单元注入少量凝胶，通过控制单元调节第一、二液控节流阀以产生符合测试要求的初压力；启动心脏泵的步进电机，调节步进电机进给频率使其符合用户设定的人体心脏搏动频率；选择以上四个步骤分别进行测试，其中健康生理状态标定检测步骤为：

1)进行标准状态下的血压计检测，在触控显示屏上显示脉搏波波形及压力，记录此数值并保存；

2)对待测血压计进行血压值测量，待数值稳定后通过触屏记录待测血压计舒张压与收缩压数值，计算分析系统血压值与血压计数值之间的误差率，若数值误差率大于百分之三则按上述方法重新测量并记录分析，如结果依然如此则说明此血压计出厂标定欠佳；否则若数值一致则进入心率状态测试调节步骤。

所述心率状态测试调节步骤包括心率增加、减缓或心律不齐测试状态的调节，具体为：

3)按压人机交互单元的触控显示屏的调节心率按键，控制单元根据触控显示屏输入的心率数据调节心脏泵的步进电机给定脉冲，并在触控显示屏显示出压力值以及脉搏波波形；

4)将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。

所述外周阻力增大状态测试调节步骤，即对脉管单元状态参数进行调节测试，包括：

5)按压触控显示屏的调节外周阻力按键，控制单元恢复步进电机速率并根据触控显示屏输入的外周阻力数据调节液控节流阀的压力，触控显示屏显示压力值以及脉搏波波形；

6)再一次将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。

所述脂肪率增加状态测试步骤，即对待测臂部单元状态参数调节测试，包括：

7)按压触控显示屏的调节脂肪率按键，控制单元恢复初始外周阻力并根据触控显示屏输入的脂肪率数据控制待测臂部单元的液压泵对脂肪组织仿体充入水凝胶，触控显示屏显示压力值以及脉搏波波形；

8)再一次将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明采用人体体循环模型装置检定电子血压计，可以精确直观地检测出待测血压计的精准程度从而避免大样本临床检测及重复测量的问题，同时通过体循环模型进行检定，避免了因被试情绪波动而引起的误差，充分体现了人性化设计，为用户提供方便可靠的检测及校准工具，为质检单位提供可靠的测量工具。

2.本发明通过建立血压值与人体一致的基于集总参数的体循环模型分析体表到血管之间的传递函数关系；同时，在传统血压计只能显示收缩压与舒张压的基础上，本发明装置可以显示整个波形的估计情况。与此同时，本装置还可鉴定中心动脉压无创测量设备的性能并且应用此装置研究心血管系统的其他心血管参数，为教学实验以及科学研究提供使用与二次开发更便利的实验平台。

3.本发明装置中心脏泵装置采用步进电机、柱塞泵和螺纹丝杠滑台，步进电机优点在于能够精准实时的改变每搏输出量、泵血频率；螺纹丝杠相比于凸轮式设计，更能够准确传输，无延迟，使系统更加精确；采用改进注射器作为柱塞泵符合高压条件下的心脏射血不回流规律。

4.本发明装置功能齐全、稳定性高，软件交互性良好，操作简便，其可以根据具体几种心血管疾病对循环装置进行模拟的调定，用以对各品牌电子血压计出厂时的合格鉴定，以及对长期使用的电子血压计进行定期检测，从而避免血压计设备因老化而存在较大测量误差问题误诊。

5.本发明中的待测臂部单元置采用3D打印臂部的方法(包括打印骨骼仿体、臂部血管仿体、和皮下脂肪组织仿体)，同时，此臂部单元与集总参数的弹性腔并联模拟人体动脉的血压数值，从而检定各种品牌血压计产品的优劣性，为各品牌电子血压计产品提供一个客观、可靠的评估装置。

附图说明

图1为本发明装置结构框图；

图2为本发明装置连接示意图；

图3为本发明中心脏泵装置结构示意图；

图4A为本发明中待测臂部单元结构主视图；

图4B为本发明中待测臂部单元结构截面图；

图5为本发明中储液罐结构示意图；

图6为本发明中弹性腔结构示意图；

图7为本发明中央数据处理单元脉搏波采集处理流程图；

图8为本发明程序流程框图。

其中，1为心脏泵，101为步进电机，102为联轴器，103为注射器，104为螺纹丝杠，105为滑台，106为导杆，2为第一单向阀，3为待测臂部单元，301为骨骼仿体，302为臂部血管仿体，303为有创压力传感器，304为体表无创压力传感器，305为血压计袖带，306为脂肪组织仿体，307为表皮仿体，4为弹性腔，401为入口，402为出口，403为注液口，404为腔体，405为腔膜，5A第一液控节流阀，5B为第二液控节流阀，6为第三液控节流阀，7为储液罐，701为入口，702为出口，8为控制单元，9为人机交互单元，10为第二单向阀，11为液压泵，12为第二液囊，13为血管仿体。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明涉及一种体循环模型，包括：心动力单元、脉管单元、待测臂部单元、控制单元、人机交互单元以及电源单元，其中：

心动力单元，为脉管单元提供足够压力的循环动力，模拟人体心脏跳动；

脉管单元，用于连接心动力单元和待测臂部单元，形成封闭循环的人体体循环仿真系统，通过调节节流阀控制调节人体体循环仿真系统的压力及流量输出；

待测臂部单元，对人体体循环仿真系统脉搏波波形以及压力值进行测取，检定待测电子血压计精度；

控制单元，其输入端与待测臂部单元的脉搏波数据信号连接，输出血压精确值传送至人机交互单元，并将采集的数据反馈至心动力单元、待测臂部单元；接收人机交互单元的切换选择以及设置的数据调节，用以实现待测电子血压计对于不同身体状况标定精度测试；

人机交互单元，显示循环系统的血管内部和表皮上的脉搏波波形以及血压数值，通过触屏来选择不同功能之间的切换；同时对血压计上的血压数值进行输入记录，传送至控制单元分析计算误差率，最终通过触屏显示数值。

电源单元，为上述各单元提供工作电源。

如图2所示，为本发明装置连接示意图，其中，人工心脏泵1作为心动力单元，如图3所示，包括步进电机101、联轴器102、注射器103、螺纹丝杠104以及滑台105，其中注射器103、螺纹丝杠104以及滑台104组合安装在一起形成柱塞泵，步进电机101通过联轴器102与螺纹丝杠104一端部枢接，滑台105安装于一固定导杆106上，滑台105与螺纹丝杠104螺纹连接，滑台105同时通过连接件与注射器103的活塞连接。

本实施例中，步进电机101一方面连接到电源模块，另一方面连接到脉冲定时器用以使柱塞泵获得所需的进给量与回程量，同时通过人机交互单元的触屏调节也可改变脉冲响应时间从而调节心跳速率。步进电机101选用86型步进电机作为动力输出单元，选用密封性良好的直径为30mm的标准针筒注射器103作为动力输出泵体，选用标准件螺纹丝杠104作为动力传动装置；心脏泵装置的速率可以根据人机交互单元的触控显示屏经过控制单元7调节步进电机驱动器给定的脉冲来控制心率的调节，同时根据注射器103的横截面积、螺纹丝杠104的螺距和导程角以及步进电机101的进给速度根据公式计算得出心脏泵101的每搏输出量，使其控制在65-70mL范围内，而泵体的最大容量(即心舒张期容量)控制在145mL。

待测臂部单元如图4A、4B所示，包括骨骼仿体301、臂部血管仿体302、有创压力传感器303、体表无创压力传感器304、血压计袖带305、脂肪组织仿体306、表皮仿体307以及液压泵，其中，骨骼仿体301设于中心部位，臂部血管仿体302贴于骨骼仿体301外部，有创压力传感器303与臂部血管仿体302连接，有创压力传感器303整体为管状，其压力片设于管状内壁上，将臂部血管仿体302在中部径向切开，管状的有创压力传感器两端部连接于这两部分臂部血管仿体302之间，同时保证位于待测臂部单元的轴向中部位置；脂肪组织仿体306裹于骨骼仿体及臂部血管仿体302的外侧；血压计袖带将表皮压力传感器裹于脂肪组织仿体306外部。

本实施例中，骨骼仿体301为通过3D打印的肱骨骨骼仿体(也可以用动物骨骼或人体骨骼标本替代)，臂部血管仿体302采用硅胶管，脂肪组织仿体采用填有离子液态水凝胶的第一液囊，可通过液晶屏操控对其充放凝胶。如果用3D打印的肱骨，肱骨骨骼经三维绘图软件Solidworks绘制三维骨骼图形后导入3D打印机进行打印。臂部血管仿体302采用与人体血管特性相似的零度硅胶灌注成型，有创压力传感器303选用管状高精度压力传感器对系统血管内压力以及波形进行采集，脂肪组织仿体306为一充有液态凝胶的第一液囊，内部凝胶选用与人体脂肪组织相似的水凝胶的第一液囊选用弹性较好的硅胶膜，整个部分裹于肱骨骨骼外部；表皮仿体307由弹性适中的硅胶膜裹于待测臂部单元3的最外部，体表无创压力传感器304选用贴片压力传感器对体表压力以及波形进行采集。第一液囊密封连接于液压泵11一侧，该液压泵11的另一侧还密封连接第二液囊12，液压泵11通过人机交互单元9操作对第一液囊充放凝胶，第二液囊12用于储存通过液压泵11从第一液囊充放的离子液态水凝胶。

为了使待测臂部单元3的舒张压与收缩压控制在80-120mmHg范围内，在本发明中使待测臂部单元3并接一个压力可调的弹性腔4，同时在其两端串接第一、二液控节流阀5A、5B，其可以实时调节循环系统压力；

同时，为了验证外周阻力的变化是否对电子血压计有影响，系统在待测臂部单元以及弹性腔体后串接第三液控节流阀6，在人机交互单元9的触控操作下可以实时调节系统压力。观察人机交互单元9的显示屏脉搏波波形变化以及待测血压计示值的变化情况。

脉管单元包括血管仿体13、弹性腔4、储液罐7以及节流阀，其中，弹性腔4与待测臂部单元3的臂部血管仿体302两端并联连接后，再与储液罐7串联连接于血管仿体13管路上；节流阀为三个，其中第一、二节流阀5A、5B安装于待测臂部单元的臂部血管仿体302两端，用来调节待测臂部单元3的初压力，第三节流阀6安装于血管仿体13上，调节第三节流阀6的开度，模拟改变外周阻力。

如图5所示，储液罐7通过入口701及出口702连接血管仿体13(采用硅胶管)。

本发明中，储液罐7的作用是为了使系统提供一个循环不间断的流动“血液”，并且在不影响系统功能的前提下简化系统结构使循环系统的静脉回流集中于一处，其材质采用亚克力材料制成。

如图6所示，所述弹性腔4包括腔体404及腔膜405，其中腔体404为采用刚性材料制作的开口容器，腔膜405采用弹性材料制作，腔膜405压紧在容器开口处形成密闭弹性腔4，腔体404上设有与血管仿体13连通的入口401和出口401以及用于产生弹性腔初压力的注液口403，该注液口403处设有截止阀。

脉管单元中还设有第一单向阀2和第二单向阀10，采用灵敏度较高的液流单向阀，其中第一单向阀2与第二单向阀9固定在步进电机101柱塞泵两侧，使其与人工心脏泵1密闭连接。

如图7所示，控制单元包括中央处理模块、步进电机控制电路、液压泵电机控制电路以及节流阀控制电路；其中中央处理模块接收待测臂部单元3采集的模拟脉搏波数据进行处理，得到血压精确值传送给触屏控制显示模块，中央处理模块根据处理结果分别输出控制指令至步进电机控制电路、液压泵电机控制电路以及节流阀控制电路；其中步进电机控制电路控制心动力单元的步进电机101，液压泵电机控制电路控制待测臂部单元3的脂肪组织仿体306进行充放液，节流阀控制电路控制脉管单元的节流阀进行待测臂部单元3初压力及人体外周阻力的调节。

中央处理模块包括A/D转换器、单片机以及D/A转换器，处理过程包括将采集到的压力传感器信号经A/D转换器送至单片机进行数据处理，最后将处理后的数据由D/A转换器输出至步进电机驱动器、充放凝胶液压泵控制回路以及节流阀控制器。

人机交互单元9包括触控显示屏LED显示模块、触屏按键模块以及语音播报模块；LED显示部分显示动态波形以及测量的压力值；触屏按键模块可以实现几种不同测试功能的切换，从而达到对待测电子血压计的标定和精准度的验证；语音播报模块将实时测取血压值通过扬声器模块播报，并且同时播报操控触屏按键功能。

体循环模型的检测模式，其一为操作前对心脏泵1心输出量的校准检测，其二为对循环装置密闭性的检测，即检测系统的预设初压力。根据柱塞泵圆柱横截面积、螺纹丝杠104的导程以及步进电机101的进给速度根据公式计算出循环系统的流量值，使其与心脏每搏输出量一致；对循环装置密闭性的检测主要是检查是否有管路松动，以及循环液体内是否由于搬动整套装备使得循环管路夹杂气泡，启动装置系统并查看压力值大小。

体循环模型接入电源后打开人机交互单元9的触控显示屏，启动步进电机以及步进电机驱动器，装置初始化后检测系统压力值是否正常；如果不正常则需要调节弹性腔4压力以及第一、二液控节流阀5A、5B校准初压力；如果正常则将待测电子血压计的袖带套入该检测系统的待测臂部单元3，人机交互单元9的触控显示屏从欢迎使用界面进入，然后按下触控显示屏的测量按键，控制心脏泵1、中央处理模块、各节流阀(采用液压控制回路进行控制)正常启动工作，屏幕显示脉搏波形以及系统循环压力值，然后启动待测电子血压计的测量按键显示脉搏波波形以及血压值，记录下来并比较两者之间的舒张压与收缩压的数值差异。

如图8所示，本发明体循环模型检测电子血压计的方法包括健康生理状态标定检测步骤、心率状态测试调节步骤、外周阻力增大状态测试调节步骤以及脂肪率增加状态测试步骤；在测试前，向待测臂部单元3注入少量凝胶，通过控制单元调节第一、二液控制节流阀5A、5B以产生符合测试要求的初压力；启动心脏泵1的步进电机101，调节步进电机101进给频率使其符合人体心率搏动范围；选择以上四个步骤分别进行测试，其中健康生理状态标定检测步骤为：

1)进行标准状态下的血压计检测，在触控显示屏上显示脉搏波波形及压力，记录此数值并保存；

2)对待测血压计进行血压值测量，待数值稳定后通过触屏记录待测血压计舒张压与收缩压数值，计算分析系统血压值与血压计数值之间的误差率，结果显示在触屏上。若数值误差率大于百分之三则按上述方法重新测量并记录分析，如结果依然如此则说明此血压计出厂标定欠佳；否则若数值一致则进入心率状态测试调节步骤。

心率状态测试调节步骤包括心率增大、减缓或心律不齐测试状态调节，具体为：

3)按压人机交互单元的触控显示屏的调节心率按键，控制单元根据触控显示屏输入的心率数据调节心脏泵的步进电机给定脉冲，并在触控显示屏显示出压力值以及脉搏波波形；

4)将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。

外周阻力增大状态测试调节步骤，即对脉管单元状态参数进行调节测试，包括：

5)按压触控显示屏的调节外周阻力按键，控制单元恢复步进电机速率并根据触控显示屏输入的外周阻力数据调节液控节流阀的压力，触控显示屏显示压力值以及脉搏波波形；

6)再一次将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。

脂肪率增加状态测试步骤，即对脂肪率增加状态测试调节，包括为：

7)按压触控显示屏的调节脂肪率按键，控制单元恢复步初始外周阻力并根据触控显示屏输入的脂肪率数据控制待测臂部单元的液压泵对脂肪组织仿体充入水凝胶，触控显示屏显示压力值以及脉搏波波形；

8)再一次将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。

如果依照上述几次步骤操作后，电子血压计的示值与触控显示屏的血压值偏差在一个很小的范围内，那么可以证明此电子血压计出厂标定合格。

以上测试过程可按上述顺序进行，也可通过触控显示屏按键选择直接进入相关测试步骤。

本发明装置的另一项功能是通过有创压力波形与无创压力波形的对比建立两者之间的传递函数从而为医学实验提供验证平台。

对于循环装置系统估算分析血管内压力与体表处压力之间的传递函数关系的具体操作，包括：

心动力单元的步进电机接入220V的电压、触控显示屏以及控制单元通入低压电后系统进入初始化状态，打开触控屏开关进入欢迎界面，系统进入初始化，然后给体表处压力传感器一个初始压力，点击触控显示屏的传递函数按键系统进入测试状态，等待数秒后触控显示屏分别显示两个脉搏波波形并且分析两者之间的传递函数关系，此处为后续实验教学以及科学研究搭建平台。

Claims (7)

1.一种体循环模型，其特征在于包括：心动力单元、脉管单元、待测臂部单元、控制单元、人机交互单元以及电源单元，其中：

心动力单元，为脉管单元提供足够压力的循环动力，模拟人体心脏跳动，实现用户设置不同参数下的中心动脉血流量波性；

脉管单元，用于连接心动力单元和待测臂部单元，形成封闭循环的人体体循环仿真系统，通过调节节流阀控制人体体循环仿真系统的压力及流量输出；

待测臂部单元，对人体体循环仿真系统脉搏波波形以及压力值进行测取，检定待测电子血压计在整体波形和参数方面的测量精度；以及用来检测中心动脉压波形无创估计设备的性能和精度；

控制单元，接收待测臂部单元采集的脉搏波数据，输出血压精确值传送至人机交互单元，并发送控制指令至心动力单元、待测臂部单元；接收人机交互单元的切换选择以及设置的参数调节，用以实现待测电子血压计对于不同身体状况的标定精度测试；

人机交互单元，显示循环系统的血管内部和体表上的脉搏波波形以及血压数值，通过触屏来选择不同功能之间的切换选择；同时对血压计上的血压数值进行输入记录，传送至控制单元分析计算误差率，最终通过触屏显示数值；

电源单元，对电源进行管理，并为上述各单元提供可靠的工作电源。

2.按权利要求1所述的体循环模型，其特征在于：心动力单元为人工心脏泵，包括步进电机、联轴器、注射器、螺纹丝杠以及滑台，其中注射器、螺纹丝杠以及滑台组合安装在一起形成柱塞泵，步进电机通过联轴器与螺纹丝杠一端部枢接，滑台安装于一固定导杆上，滑台与螺纹丝杠螺纹连接，滑台同时通过连接件与注射器的活塞连接。

3.按权利要求1所述的体循环模型，其特征在于：脉管单元包括血管仿体、弹性腔、储液罐以及节流阀，其中，弹性腔与待测臂部单元的臂部血管仿体两端并联连接后，再与储液罐串联连接于血管仿体管路上；节流阀为三个，其中第一、二节流阀安装于待测臂部单元的臂部血管仿体两端，第三节流阀安装于脉管单元的血管仿体上。

4.按权利要求3所述的体循环模型，其特征在于：所述弹性腔包括腔体及腔膜，其中腔体为采用刚性材料制作的开口容器，腔膜采用弹性材料制作，腔膜压紧在容器开口处形成密闭弹性腔，腔体上设有与血管仿体连通的入口和出口以及用于产生弹性腔初压力的注液口，该注液口处设有单向截止阀。

5.按权利要求1所述的体循环模型，其特征在于：待测臂部单元包括骨骼仿体、臂部血管仿体、有创压力传感器、体表无创压力传感器、血压计袖带、脂肪组织仿体、表皮仿体、液压泵以及脂肪仿体储液罐，其中，骨骼仿体设于中心部位，臂部血管仿体贴于骨骼仿体外部，有创压力传感器连接于两段臂部血管仿体之间，有创压力传感器的压力片设于臂部血管仿体内壁上，位于待测臂部单元的轴向中心位置；脂肪组织仿体裹于骨骼仿体及臂部血管仿体的外侧；血压计袖带将体表无创压力传感器裹于脂肪组织仿体外部；液压泵连接于脂肪组织仿体与脂肪仿体储液罐之间。

6.按权利要求1所述的体循环模型，其特征在于：控制单元包括中央处理模块、步进电机控制电路、液压泵电机控制电路以及节流阀控制电路，其中，中央处理模块接收待测臂部单元采集的模拟脉搏波数据，得到血压精确值传送给触屏控制显示模块，中央处理模块根据计算结果分别输出控制指令至步进电机控制电路、液压泵电机控制电路以及节流阀控制电路，其中步进电机控制电路控制心动力单元的步进电机进给液压泵电机控制电路控制待测臂部单元的脂肪组织仿体进行充放液，节流阀控制电路控制脉管单元的节流阀进行待测臂部单元初压力及人体外周阻力的调节。

7.按权利要求1所述的体循环模型检测电子血压计的方法，其特征在于：包括健康生理状态标定检测步骤、心率状态测试调节步骤、外周阻力增大状态测试调节步骤以及脂肪率增加状态测试步骤，在测试前，向待测臂部单元注入少量凝胶，通过控制单元调节第一、二液控节流阀以产生符合测试要求的初压力；启动心脏泵的步进电机，调节步进电机进给频率使其符合用户设定的人体心脏搏动频率；选择以上四个步骤分别进行测试，其中健康生理状态标定检测步骤为：

1)进行标准状态下的血压计检测，在触控显示屏上显示脉搏波波形及压力，记录此数值并保存；

2)对待测血压计进行血压值测量，待数值稳定后通过触屏记录待测血压计舒张压与收缩压数值，计算分析系统血压值与血压计数值之间的误差率，若数值误差率大于百分之三则按上述方法重新测量并记录分析，如结果依然如此则说明此血压计出厂标定欠佳；否则若数值一致则进入心率状态测试调节步骤；

所述心率状态测试调节步骤包括心率增加、减缓或心律不齐测试状态的调节，具体为：

3)按压人机交互单元的触控显示屏的调节心率按键，控制单元根据触控显示屏输入的心率数据调节心脏泵的步进电机给定脉冲，并在触控显示屏显示出压力值以及脉搏波波形；

4)将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况；

所述外周阻力增大状态测试调节步骤，即对脉管单元状态参数进行调节测试，包括：

5)按压触控显示屏的调节外周阻力按键，控制单元恢复步进电机速率并根据触控显示屏输入的外周阻力数据调节液控节流阀的压力，触控显示屏显示压力值以及脉搏波波形；

6)再一次将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况；

所述脂肪率增加状态测试步骤，即对待测臂部单元状态参数调节测试，包括：

7)按压触控显示屏的调节脂肪率按键，控制单元恢复初始外周阻力并根据触控显示屏输入的脂肪率数据控制待测臂部单元的液压泵对脂肪组织仿体充入水凝胶，触控显示屏显示压力值以及脉搏波波形；

8)再一次将电子血压计袖带套入待测臂部单元进行血压的测量与分析，测量完毕后返回至步骤2)，判断电子血压计的出厂标定情况。