CN108778108A - 血压监测器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在测量对象的血压中使用的血压监测器，所述血压监测器包括：袖带，其被配置为绕所述对象的身体部分放置并且被充气以向所述身体部分施加压力；压力传感器，其被配置为提供所述袖带中的压力的测量结果；体积描记传感器，其包括具有一个或多个绕组的线圈，所述线圈被配置为提供指示所述对象的所述身体部分的体积和/或所述身体部分的体积的变化的输出信号；以及处理单元，其被配置为根据所述袖带中的所述压力的所述测量结果以及所述身体部分的所述体积和/或所述身体部分的所述体积的所述变化的测量结果来确定所述对象的所述血压。还提供了对应的方法权利要求。

Description

血压监测器
技术领域
本发明涉及用于测量对象的血压的方法和血压监测器。
背景技术
动脉血压(BP)是最重要的生命体征之一，并且在临床实践中得到广泛使用。无创血压(NIBP)通过以下方式来测量：缓慢改变缠绕上臂的袖带中的压力并且测量在袖带远端检测到特定声音时的袖带压力(听诊方法，科罗特科夫音)或者分析袖带中的压力脉动(振荡测量)。
针对基于袖带的NIBP测量的“金标准”是听诊方法，但是听诊方法与有创BP相比具有大约10至20mmHg的偏差。另一方面，振荡方法易于自动化，因此被广泛使用。自19世纪以来，振荡血压方法本身并未发生显著变化。如上所述，将可充气袖带绕对象的手臂放置并进行充气，直到袖带中的压力高于下游动脉中的压力。此时，动脉闭塞并塌陷并且没有血液流动。一旦达到该点，就缓慢降低袖带中的压力，并且在袖带压力等于动脉中的压力的点处，动脉再次打开并且血液开始脉冲通过。每次脉冲时，动脉都暂时扩张，并且该扩张向袖带施加反向压力，改变在袖带内部测量的压力。测量袖带中的压力曲线，并且使用沿着该曲线的不同振荡的幅度来计算收缩压和舒张压。
以这种方式进行的振荡血压测量会有几十毫米汞柱的大误差，在低血压和高血压时尤为如此。
众所周知，基于袖带的方法由于以下原因而存在系统误差：(i)(粘弹性)血管壁上的压降；(ii)软组织上的压力传递，这意味着因动脉中的体积变化所引起的压力变化中的一些压力变化被周围的软组织吸收而不是被传递到袖带；(iii)袖带的尺寸(如果袖带的尺寸适合于肢体，则袖带测量的准确性会提高)；(iv)手臂的机械特性；(v)手臂的尺寸(较大的手臂可能会受到较大的压力传递)；(vi)袖带放置；以及(vii)袖带的依赖压力的顺应性，即，手臂中的体积变化如何转换为袖带中的压力变化。
最先进的NIBP技术将致动器(即，压力应用)与传感器功能结合在一个单独的元件(即，袖带)中，并且遭受传感器传递函数的高度非线性，因此在低袖带压力下传感器的灵敏度非常小。通常不容易将小的压力振荡与大且快速变化的基线信号(即，降低的袖带压力)分开，并且如上所述，信噪比很差。这会在确定包络压力和随后的血压估计中引起误差。
此外，信号强烈依赖于袖带尺寸、手臂尺寸以及袖带充气期间手臂尺寸的变化。当试图测量新生儿(或者在尺度的另一端，具有高体重指数(BMI)的人)的血压时，这些因素尤其具有挑战性。
对于连续NIBP测量(例如，体积钳位血压测量)，袖带不能用作脉动传感器，并且因此需要第二传感器。在这种情况下，光体积描记(PPG)传感器用于估计动脉体积脉动。当发生血流集中时(即，当最需要测量时)，PPG信噪比较低并且PPG具有低信号质量。此外，血管体积与PPG信号之间的关系并不是线性的，并且具有许多与其他参数(静脉血、低氧合、组织吸收)混淆的依赖性。PPG信号对传感器相对于主动脉的放置也非常敏感。
发明内容
本发明的目的是避免或减少这些误差来源中的一些误差来源，尤其是在低袖带压力的情况下避免或减少这些误差来源中的一些误差来源。
根据第一方面，提供了一种用于在测量对象的血压中使用的血压监测器，所述血压监测器包括：袖带，其被配置为绕所述对象的身体部分放置并且被充气以向所述身体部分施加压力；压力传感器，其被配置为提供所述袖带中的所述压力的测量结果；体积描记传感器，其包括具有一个或多个绕组的线圈，所述线圈被配置为提供指示所述对象的所述身体部分的体积和/或所述身体部分的体积的变化的输出信号；以及处理单元，其被配置为根据所述袖带中的所述压力的所述测量结果以及指示所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述身体部分的所述体积的所述变化的所述输出信号来确定所述对象的所述血压。
在一些实施例中，所述线圈被配置为绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述身体部分位于所述一个或多个绕组内，并且所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述绕组的横截面积。
在一些实施例中，所述体积描记传感器被集成到所述袖带中，使得所述体积描记传感器的所述输出信号与所述袖带的所述横截面积成线性比例。在备选实施例中，所述体积描记传感器被配置为绕所述袖带下方的所述身体部分放置，使得所述体积描记传感器的所述输出信号与所述袖带的所述横截面积成线性比例。在这些实施例中，所述体积描记传感器能够是可拉伸带的部分，所述可拉伸带被配置为绕所述身体部分放置。在这些实施例中，所述线圈中的电线能够被布置在所述可拉伸带中，以使得所述线圈的所述绕组能够随着所述身体部分的所述体积的变化被拉伸或压缩。
在一些实施例中，所述线圈中的电线由导电的可拉伸材料形成，以使得所述线圈的所述绕组能够随着所述身体部分的所述体积的变化被拉伸或压缩。
在一些实施例中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述线圈的电感的测量结果。
在一些实施例中，所述线圈是振荡器的谐振电路的部分，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述振荡器的频率的测量结果。
在一些实施例中，所述线圈中的电线由导电的可拉伸材料或压电材料形成，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述线圈的电阻的测量结果。
在备选实施例中，所述体积描记传感器包括两个或更多个线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述两个或更多个线圈被配置为绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述两个或更多个线圈之间的距离，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述线圈的互感的测量结果。在这些实施例中，所述体积描记传感器能够被集成到所述袖带中。备选地，所述体积描记传感器能够被配置为绕所述袖带下方的所述身体部分放置。在一些实施例中，所述体积描记传感器是可拉伸带的部分，所述可拉伸带被配置为绕所述身体部分放置。
在另一备选方案中，所述体积描记传感器包括第一线圈和第二线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述第一线圈被定位在所述袖带的内表面上，并且所述第二线圈被定位在所述袖带的外表面上与所述第一线圈相对，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述第一线圈与所述第二线圈之间的距离，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述第一线圈与所述第二线圈的互感的测量结果。
在一些实施例中，所述处理单元被配置为分析来自所述体积描记传感器的所述输出信号并且控制所述袖带中的所述压力，使得来自所述体积描记传感器的所述输出信号等于设定点的指定容限水平或在所述指定容限水平内。
在一些实施例中，所述血压监测器还包括用于对所述袖带充气的泵。
根据第二方面，提供了一种测量对象的血压的方法，所述方法包括：将袖带绕所述对象的身体部分放置并且对所述袖带充气以向所述身体部分施加压力；使用压力传感器来测量所述袖带中的所述压力；使用包括具有一个或多个绕组的线圈的体积描记传感器来测量所述对象的所述身体部分的体积和/或所述身体部分的体积因动脉脉动所产生的变化；并且根据所述袖带中的所述压力的测量结果以及所述身体部分的所述体积和/或所述身体部分的所述体积因动脉脉动所产生的所述变化的测量结果来确定所述对象的所述血压。
在一些实施例中，所述方法还包括以下步骤：将所述体积描记传感器绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述身体部分位于所述一个或多个绕组内，并且所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述绕组的横截面积。
在一些实施例中，所述体积描记传感器被集成到所述袖带中，使得所述体积描记传感器的所述输出信号与所述袖带的所述横截面积成线性比例。在备选实施例中，所述方法还包括以下步骤：将所述体积描记传感器绕所述袖带下方的所述身体部分放置，使得所述体积描记传感器的所述输出信号与所述袖带的所述横截面积成线性比例。在这些实施例中，所述体积描记传感器能够是可拉伸带的部分，所述可拉伸带绕所述身体部分放置。在这些实施例中，所述线圈中的电线能够被布置在所述可拉伸带中，以使得所述线圈的所述绕组能够随着所述身体部分的所述体积的变化被拉伸或压缩。
在一些实施例中，所述线圈中的电线由导电的可拉伸材料形成，以使得所述线圈的所述绕组能够随着所述身体部分的所述体积的变化被拉伸或压缩。
在一些实施例中，测量所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述对象的所述身体部分的所述体积的变化的步骤包括测量所述线圈的电感。
在一些实施例中，所述线圈是振荡器的谐振电路的部分，并且其中，测量所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述对象的所述身体部分的所述体积的变化的步骤包括测量所述振荡器的频率。
在一些实施例中，所述线圈中的电线由导电的可拉伸材料或压电材料形成，并且其中，测量所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述对象的所述身体部分的所述体积的变化的步骤包括测量所述线圈的电阻。
在备选实施例中，所述体积描记传感器包括两个或更多个线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述方法还包括以下步骤：将所述两个或更多个线圈绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述两个或更多个线圈之间的距离，并且其中，测量所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述对象的所述身体部分的所述体积的变化的步骤包括测量所述线圈的互感。在这些实施例中，所述体积描记传感器能够被集成到所述袖带中。备选地，所述体积描记传感器能够绕所述袖带下方的所述身体部分放置。在一些实施例中，所述体积描记传感器是可拉伸带的部分，所述可拉伸带绕所述身体部分放置。
在另一备选方案中，所述体积描记传感器包括第一线圈和第二线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述第一线圈被定位在所述袖带的内表面上，并且所述第二线圈被定位在所述袖带的外表面上与所述第一线圈相对，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述第一线圈与所述第二线圈之间的距离，并且其中，测量所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述对象的所述身体部分的所述体积的变化的步骤包括测量所述第一线圈与所述第二线圈的互感。
在一些实施例中，所述方法还包括以下步骤：分析来自所述体积描记传感器的所述输出信号并控制所述袖带中的所述压力，使得来自所述体积描记传感器的所述输出信号等于设定点的指定容限水平或在所述指定容限水平内。
附图说明
为了更好地理解本发明并且更清楚地示出本发明如何生效，现在将仅通过范例的方式来参考附图，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的装置的框图；
图2是图示根据本发明的实施例的方法的流程图；
图3是根据本发明的实施例的体积描记传感器的示意图；
图4a和图4b示出了根据本发明的实施例的血压袖带和体积描记传感器；
图5示出了根据实施例的体积描记传感器的范例；
图6示出了根据另一实施例的体积描记传感器的范例；
图7示出了根据实施例的体积描记传感器的另一范例；
图8示出了包括一对线圈的体积描记传感器的实施例；并且
图9示出了其中使用线圈对来测量袖带中的体积变化的另一实施例。
具体实施方式
如上所述，传统的振荡血压测量结果可能是不准确的，因为由于动脉脉动引起的手臂的体积变化dV与袖带中测得的压力变化dP并不成线性比例。这种非线性通过袖带顺应性C来表征，其被定义为：
C＝dV/dP (1)
袖带顺应性将手臂的体积变化dV与袖带中测得的结果得到的压力变化dP联系起来。高袖带顺应性可以反映出手臂体积的变化不会导致袖带压力的预期变化，例如，由于诸如袖带材料变形的因素使得因动脉体积变化产生的压力未能完全传递为袖口压力。而且，高袖带顺应性值可以指示手臂的扩张被横向采取而不是径向地进入袖带。
本发明旨在通过提供与袖带压力传感器分开的体积描记传感器来改善血压的测量结果，所述体积描记传感器用于测量身体部分的体积和/或身体部分的体积因动脉脉动所产生的变化。这允许以高精度和低失真度在宽范围的袖带压力上测量身体部分(例如，手臂)的体积和动脉体积的脉动。使用单独的体积描记传感器消除了袖带压力对体积变化的非线性依赖性，这是因为能够直接测量体积或体积变化。体积描记传感器具有输出信号，该输出信号优选与身体部分的横截面积或体积成线性比例。另外，本文描述的体积描记传感器的实施例不需要在对象上进行精确放置，并且因此减轻了与上述PPG传感器相关联的一些缺点。包括体积描记传感器的血压监测器能够用于间歇和连续血压测量和/或血压跟踪。
图1示出了根据本发明示例性实施例的能够用于确定对象的血压的装置的框图。该装置能够是能够自动测量(例如不需要操作者与对象在一起)或手动测量(例如需要诸如健康护理专业人员的操作者在场)对象的血压的任何类型的设备。该装置是能使用听诊方法或振荡测量方法来测量对象的血压的基于袖带的设备。备选地，该装置能够是使用体积钳位方法来测量血压的基于袖带的设备。
装置100(例如，血压监测器)包括袖带102、压力传感器104、体积描记传感器106、处理单元108、存储器单元110，以及泵112。
袖带102被配置为绕对象的肢体(例如，手臂)，指或趾(例如，手指)或其他身体部分放置并且由泵112充气以向身体部分施加压力。泵112用于将袖带102充气至期望压力或以期望速率充气，并且压力传感器106被配置为提供袖带102内部的压力的压力测量结果。泵112还可以被配置为将袖带102放气至期望的压力或以期望的速率放气并且/或者装置100能够包括能够被控制(即，被打开)以使袖带102放气的阀。袖带102可以被形成为条带，其能够缠绕身体部分并通过紧固件(例如，钩环型紧固件)保持就位，或者袖带102可以被形成为环，身体部分能够穿过该环而被放置并且袖带滑入所需位置。
根据本发明，体积描记传感器106包括具有一个或多个绕组的线圈，并且被配置为提供指示对象的身体部分的体积和/或身体部分的体积变化的输出信号。将意识到：来自体积描记传感器106的输出信号本身可能并不直接指示身体部分的体积或身体部分的体积变化，替代地，输出信号可以采用取决于身体部分的体积或身体部分的体积变化的值。例如，在一些实施例中，线圈的电感取决于线圈的横截面积(其是身体部分的横截面积)，并且线圈能够并入振荡器的谐振电路，使得振荡器的频率提供对身体部分的体积或体积变化的指示。基于线圈的体积描记传感器106具有如下优点：传感器106的输出通常与身体部分的横截面积或体积成线性比例，而与袖带102中的压力无关。
处理单元108被配置为接收来自压力传感器104的压力测量结果和来自体积描记传感器106的体积测量结果，并且根据袖带102中的压力的测量结果以及身体部分的体积和/或身体部分的体积变化的测量结果来确定对象的血压。简言之，处理单元108以与常规的振荡测量技术类似的方式根据体积变化的包络来确定对象的血压(例如，舒张压和/或收缩压)，常规的振荡测量技术根据压力信号的包络来确定血压。将意识到：可以调整用于确定值的算法，即，使用归一化体积包络的不同值来确定舒张压和收缩压。
体积测量信号包括缓慢变化的部分(其与身体部分(手臂、手腕、手指、腿等)的体积有磁)和振荡/脉动部分(其是因动脉体积振荡产生的)。体积信号能够被高通滤波或带通滤波，使得能够从该信号中提取体积(因动脉脉动产生的)的振荡/脉动。体积振荡取决于跨壁压力(即，动脉压力-袖带压力)。峰值以与参考振荡测量方法类似的方式取决于跨壁压力，但不受袖带顺应性的影响。此外，体积信号的非振荡部分的依赖性不如参考方法的依赖性强，因此能够利用更简单的信号处理来获得更清晰的信号。由于袖带压力(水平轴)与血压相关，因此体积振荡幅度与袖带压力的曲线能够用于提取收缩压、平均压和/或舒张压。
处理单元108能够用软件和/或硬件以多种方式实现，以执行所需的各种功能。处理单元108可以包括一个或多个微处理器，所述一个或多个微处理器可以使用软件进行编程以执行所需的功能。处理单元108可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本公开内容的各种实施例中使用的控制器部件的范例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实现方式中，处理单元108可以与一个或多个存储媒介(在图1中被示为存储器单元110)(例如，易失性和非易失性计算机存储器，例如，RAM、PROM、EPROM和EEPROM)相关联。装置100还能够包括存储器单元110，存储器单元110能够用于存储程序代码，所述程序代码能够由处理单元108执行以执行本文中描述的方法。存储器单元110还能够用于存储由压力传感器104和/或体积描记传感器106产生或获得的信号和测量结果和/或由装置100确定的血压的测量结果。
在一些实施例中，处理单元108和存储器单元110是与袖带102、压力传感器104、体积描记传感器106和泵112相同的单元的部分。在其他实施例中，处理单元108和存储器单元110在与袖带102、压力传感器104、体积描记传感器106和泵112分开的单元中。在这些实施例中，处理单元108被配置为例如经由处理单元108与传感器104、106之间的无线或有线连接而获得分别由压力传感器104和体积描记传感器106测量的对象的身体部分的袖带压力和体积的测量结果。因此，在这些实施例中，装置100还可以包括发射器模块和接收器模块或收发器模块，它们被配置为将测量结果从传感器104、106发送到处理单元108以进行处理。
能够在获得来自压力传感器104和体积描记传感器106的测量结果时由处理单元108(例如实时地或接近实时地)处理这些测量结果，或者能够将这些测量结果存储在存储器单元110中，并且处理单元108能够从存储器单元110中检索先前获得的测量结果并在稍后的时间处理这些检索到的结果。
在一些实施例中，处理单元108可以是智能电话或其他通用计算设备的部分或者采取它们的形式，其可以包括、被连接到或以其他方式接收来自压力传感器104和体积描记传感器106的测量信号。
将意识到：图1仅示出了说明本发明的这个方面所需的部件，并且在实际的实现方式中，装置100可以包括针对所示出的这些部件的额外部件。例如，装置100可以包括用于为装置100供电的电池或其他电源或者用于将装置100连接到主供电电源的单元。装置100还可以包括通信模块，所述通信模块用于使得传感器测量结果和/或血压测量结果能够被传达到针对装置100或远程计算机的基本单元。装置100还可以包括至少一个用户接口部件，所述至少一个用户接口部件用于向装置100的对象或其他用户(例如，家庭成员或健康护理提供者)提供从血压测量产生的信息。备选地或额外地，用户接口部件能够提供血压测量结果如何随时间变化(例如相对于紧接在前的或其他早前测量)的指示。用户接口部件能够包括适合用于提供上述信息的任何部件，并且能够是例如显示屏或其他视觉指示器、扬声器、一个或多个灯以及用于提供触觉反馈(例如，振动功能)的部件中的任何一个或多个。
图2图示了根据本发明的实施例的测量对象的血压的方法。该方法包括将袖带102绕对象的身体部分放置并对袖带102充气以向身体部分施加压力(步骤1002)。在随后的步骤中，使用压力传感器104来测量袖带102中的压力(步骤1004)，并且使用包括具有一个或多个绕组的线圈的体积描记传感器106来测量对象的身体部分的体积和/或对象的身体部分的体积因动脉脉动所产生的变化(步骤1006)。取决于正在进行的血压测量的类型，能够在袖带102中的压力正在增加、减小或维持在大致恒定的水平时执行步骤1004和1006。
然后，该方法包括根据袖带102中的压力的测量结果以及身体部分的体积和/或身体部分的体积因动脉脉动所产生的变化的测量结果来确定对象的血压(步骤1008)。
下面给出了能够在装置100和/或图2的方法中使用的体积描记传感器106的各种示例性实施例。
如上所述，体积描记传感器106包括具有一个或多个绕组的线圈。线圈型电感器的自感L为：
其中，μ0是自由空间的磁导率，A是线圈的面积，N是绕组的匝数，并且l是线圈的长度。L与线圈的匝数N的平方、线圈的面积A成正比，并且与长度l成反比。因此，L与A成线性比例。因此，通过测量线圈的电感，能够以高精度且没有失真地测量因A附近的小振荡所引起的dA。
因此，在一些实施例中，通过将线圈绕对象的身体部分放置以使身体部分位于一个或多个绕组内，线圈能够用于测量对象的肢体或其他身体部分的体积和/或体积变化。以这种方式，如果线圈与身体部分接触，则对象的身体部分的体积变化将改变绕组的横截面积A。例如，随着身体部分的体积增大，这将引起线圈的横截面积A的对应增大。同样地，随着身体部分的体积减小，这将引起线圈的横截面积的对应减小。因此，在这些实施例中，测量线圈的电感能够提供身体部分的体积或体积变化的测量结果。
图3示出了根据示例性实施例的体积描记传感器106。在一些实施例中，形成体积描记传感器106的线圈202是可拉伸带204的部分(其例如被附接到可拉伸带204或与可拉伸带204成为一体)，可拉伸带204被配置为绕身体部分放置。在一些实施例中，可拉伸带204能够像袖套一样被拉过对象的肢体。在其他实施例中，可拉伸带204是材料条带，其能够缠绕身体部分并通过合适的紧固件(例如，钩环型紧固件)保持在一起而结束。
体积描记传感器106包括在线圈202中的N个绕组(其中，N是等于或大于1的任何期望值)，线圈202被布置在可拉伸带上，使得在使用时，线圈的绕组能够随着下方的身体部分的体积的变化被拉伸或压缩。在图3中示出的实施例中，线圈202具有六个绕组(即，N＝6)。在一些实施例中，形成线圈202的电线能够绕可拉伸带204以Z字形图案布置，或者导线能够具有弹簧形状，使得在可拉伸带204被拉伸时线圈202的横截面能够拉伸(即，扩展)。在其他实施例中，形成线圈202的电线由导电的可拉伸材料形成，使得电线以及因此线圈202的横截面能够随着身体部分的体积变化而拉伸和收缩。合适的导电的可拉伸材料的范例是导电橡胶。
可拉伸带204能够由任何合适类型的可拉伸材料制成，例如，橡皮筋、橡胶、塑料或织物。在一些实施例中，体积描记传感器106(包括可拉伸带204)被集成在袖带102中。在备选实施例中，体积描记传感器106与袖带102分开。在这些实施例中，在使用时，首先将包括线圈202的可拉伸带204绕身体部分(例如，手臂)放置或向上拉。然后将袖带102定位在可拉伸带204上，使得对袖带102的充气对可拉伸带204和下面的身体部分施加压力。由于带是可拉伸的，因此带遵循身体部分的外表面(不管袖带102是否被充气)，因此身体部分的横截面和体积(例如因肱动脉脉动所产生)的变化由可拉伸带204和线圈202的横截面和体积的等效变化反映出来。
将意识到：能够使用围绕体积描记传感器106的袖带来进行传统的基于袖带的血压测量，因此能够针对传统的基于袖带的测量来校准体积描记传感器106。例如，能够记录袖带压力并且过滤和处理袖带压力测量结果以获得通常方式的袖带压力包络和由此导出的血压测量结果。体积描记传感器106不会引起压力包络的明显变形。以这种方式，能够相对于传统的振荡测量的测量结果来校准体积包络导出的血压。备选地，能够使用基于听诊的参考测量来执行类似的校准。
图4a和图4b示出了本发明的实施例，其中，体积描记传感器106的线圈202被集成到袖带102中。如图4a所示，在该实施例中，袖带102被形成为条带，该条带缠绕身体部分(例如，手臂或手指)，然后例如使用钩环型紧固件被紧固或保持在一起。将绕组直接集成到这种类型的袖带中的挑战之一是线圈绕组必须是连续的环。因此，图4a中示出的实施例包括电连接部分302，当袖带102缠绕对象的身体部分时，电连接部分302用于将线圈电线202的端部电连接在一起。在一些实施例中，连接部分302包括卡扣或适配件或者如图4b所示的柔性线304，每个卡扣或适配件与袖带的另一侧的对应的卡扣或适配件相连接，柔性线304能够被馈送通过袖带102以对连接部分302进行电连接。将意识到：在上述实施例中，线圈202是可拉伸带204的部分，可拉伸带204被形成为要缠绕身体部分的材料条带，线圈和可拉伸带能够包括用于以与上述袖带实施例类似的方式电连接线圈电线的连接部分302。
如上所述，在上述实施例中，将线圈202的绕组绕身体部分放置，能够通过测量线圈202的电感来获得身体部分的体积或身体部分的体积变化。
由于在袖带充气期间的动脉体积振荡，半径r(2cm至5cm)的手臂的横截面积的变化大约为0.1％至0.8％，并且对应的体积变化(dV)大约为1ml。这对应于半径的变化为0.05％至0.4％。如果电感测量的精度优于0.01％，则能够使用电感测量来测量半径的该幅值的变化。作为另一范例，根据上面的公式(2)获得的针对半径r为5cm且线圈长度为10cm且有10个绕组(即，N＝10)的典型手臂的电感L为L～10μH。因此，需要高精度来测量电感和/或L的幅值变化。下文描述了用于测量线圈202的电感的示例性技术。
在一些优选实施例中，为了达到所需的精度，体积描记传感器106的线圈202被并入振荡器的谐振电路，并且对振荡器的频率进行测量。在该实施例中，体积描记传感器106的输出信号能够包括振荡器的频率的测量结果。能够以高精度测量振荡器的频率，例如使用计数器或者利用准确的时间测量。
图5示出了体积描记传感器106的实施例的功能图，体积描记传感器106包括并入LC振荡器的谐振电路的线圈202。能够使用的示例性类型的LC振荡器是Colpitts振荡器。图5示出了与电容器402(具有电容C)并联连接的体积描记传感器106的线圈202(具有电感L)，其确定振荡器404的振荡频率。振荡器404的谐振频率由计数器406测量。具体地，计数器406对每单位时间的事件数进行计数，例如在信号通过特定阈值的情况下，因此，每单位时间的计数数量指示振荡器404的频率。信号处理408被施加到计数器的输出以产生随时间的谐振频率的测量结果，如框410所示。信号处理单元408将计数器406的输出转换为频率，将频率转换为电感L，并且将电感L转换为体积信号。能够在信号处理的一个或多个阶段处去除噪声和伪影。能够在计数器406中使用数字滤波和其他数字信号处理(DSP)技术以提高准确度。
代替使用计数器406，能够备选地使用基于时间的测量。基于时间的测量可以包括数字时间序列的快速傅立叶分析。备选地，能够施加阶跃脉冲，并且能够通过基于准确的时间采样来测量振铃信号。能够从振铃信号中提取振荡器402的频率。在其他备选方案中，能够使用频率扫描或LCR(电感、电容和电阻)仪表来测量电感。
对于L等于10μH且电容C为10nF的LC振荡器，谐振频率约为500kHz，其能够以高准确度水平得到测量。应当注意，共振频率与1/√A成比例，即，与1/r成比例(其中，r是身体部分的半径)，因此能够以非常高的准确度从测得的谐振频率导出横截面积的变化以及因此身体部分的体积变化(因为线圈的长度是已知的)。
在一些实施例中，振荡器404被集成在袖带304中以减少寄生元件的影响。电线的电容可能是可感知的，并且这也适用于电感(nF/mm)。因此，优选的是，寄生元件对谐振频率的影响不应被忽略。而且，随着对象的运动，值将改变，导致错误读数。因此，降低这些寄生元件的值并减少运动对体积测量的影响是有用的。这种减小能够通过将电子器件(例如，振荡器404)定位为靠近线圈202(即，在袖带102上)来实现。
在备选实施例中，能够在模拟域或数字域中使用幅度调制AM解调技术或频率调制FM解调技术来测量振荡器404的谐振频率。
图6是本发明的示例性实施例的功能图，其中，FM解调技术用于测量由体积描记传感器106的线圈202以及电容器402形成的LC振荡器的谐振频率。来自振荡器404的FM信号416被提供给锁相环(PLL)412，锁相环(PLL)412输出解调电压，如信号414所示。能够对锁相环412的输出进行处理(例如滤波和/或去除DC偏移)，并且信号414用于确定身体部分的体积或体积变化。众所周知，PLL是闭环控制系统，其生成具有与输入信号相同的相位和频率的输出信号，因此PLL能够用于跟踪信号的频率。PLL 412能够包括可变频率振荡器(VCO)和(基于反馈的)相位检测器。相位检测器控制VCO，使得输入信号与输出信号相匹配。相位检测器生成输出信号，该输出信号能够被低通滤波，然后被输入到VCO。解调的输出信号的频率是谐振频率，由于电容是固定的，因此能够计算电感，并且能够根据电感获得体积信号。
在体积描记传感器106的线圈202中的电线由导电的可拉伸材料(例如，导电橡胶)或提供与电线上的(例如因拉伸所产生的)应力成比例的信号的材料(例如，压电材料)形成的实施例中，可以通过测量线圈202的电阻来测量身体部分的体积或身体部分的体积变化。图7示出了根据本发明的实施例的体积描记传感器106，其中，测量线圈的电阻以提供体积描记传感器106的输出信号。
体积振荡会引起线圈/带的周长的微小变化(由2πr给出，其中，r是线圈/身体部分的半径)，这会引起电线的几何形状(长度和横截面两者)发生变化。能够相对容易且以高精度测量电阻，这有利于测量身体部分的体积变化。对于手臂，所估计的周长变化在0.5‰至0.5％之间，因此电阻测量的精度必须优于0.01‰。
在该实施例中，使用4点方法和交流电(AC)以高精度测量线圈202的电阻。4点方法对于本领域技术人员来说是公知的，在本文中不提供进一步的细节。
在该实施例中，线圈202与参考电阻601和电流源602串联连接。通过各自的电压表604来测量线圈202两端的电压(被指代为Vc)和参考电阻601(被指代为Vr)。测量结果被馈送到多路复用器606，多路复用器606在已知参考电阻器601与线圈202之间切换测量触点。通过比较参考电阻601和线圈202的电压，能够确定未知的电阻值。多路复用器606的输出由模数(ADC)转换器608转换成数字信号，以便在数字域中执行进一步处理。然后，在框610处，使用以下关系根据线圈两端的电压Vc、参考电阻两端的电压Vr和参考电阻的已知电阻Rr来计算体积描记传感器106中的线圈的电阻Rc：
能够将框610的输出(线圈的电阻值)在模拟域(在不存在或不使用根据权利要求所述的装置608的情况下)或数字域(例如通过滤波、去除DC偏移)中进一步处理，以生成能够用于确定动脉体积脉动的干净的电阻信号614。
在本发明的替代实施例中，不是将线圈202布置为使得绕组绕身体部分，而是被布置在身体部分的任一侧的两个或更多个线圈之间的互感能够用于测量身体部分的体积或体积变化。在该实施例中(图8示出了其范例)，体积描记传感器106包括两个或更多个线圈202a和202b，每个线圈都具有一个或多个绕组。
将线圈202a和202b绕对象的身体部分放置，使得对象的身体部分的体积变化改变两个线圈之间的距离。在一些实施例中，线圈位于身体部分的相对侧，使得它们分开等于身体部分的半径r的两倍的距离。线圈202a、202b优选被布置为使得它们处于相同的取向(即，线圈的平面是平行的)以改善它们的互感。在该实施例中，线圈202a和202b能够被集成到袖带102中，或者被提供在单独的可拉伸材料带中，如图3中示出的实施例中那样。
众所周知，由通过线圈(例如，线圈202a)的电流生成的磁场的密度与距线圈202a的距离d的立方成反比。因线圈202a产生的该磁场将在线圈202b中感应出电压。该感应电压与因线圈202a产生的磁通量的变化率成比例，因此感应电压对线圈之间的距离敏感，因此对身体部分的体积敏感。
对于袖带长度为l的情况，当身体部分体积增加dV时，身体部分半径的增加dr等于：
对于5cm的身体部分半径的情况，这对应于半径增加dr＝0.03mm。针对于给定r和dV的情况，相对变化dr/r等于：
对于根据上述范例的5cm的半径的情况，dr/r～0.0006。距离2r处的相对磁场变化dB/B是dB～3dr/r。对于5cm的半径的情况，dB/B～0.0018，因此必须以非常高的准确度(<<0.1‰)来测量dB/B。这能够利用各种方法来实现。例如，一种选择是在线圈202a中产生阶跃电压之后的开路条件下测量线圈202b中的感应电压。针对高准确度和精度也能够使用桥接方法。最后，能够使用基于共振频率的方法。
与该实施例相关联的优点之一是不需要将线圈形成如图3的实施例中那样绕身体部分的周缘的连续环。因此，能够将线圈更容易地集成到现有的袖带设计中，而不需要新的电连接或紧固件。
在图9中示出的另外的实施例中，将至少一对线圈202a、202b放置在袖带102的相对壁上。每个线圈具有一个或多个绕组。第一线圈202b被定位在袖带的内表面(在使用时最靠近身体部分的一侧)上，并且第二线圈202a被定位在袖带的外表面(距身体部分最远的一侧)上与第一线圈相对，使得线圈用于测量袖带102的内表面与外表面之间的距离。对象的身体部分的体积变化改变第一线圈与第二线圈之间的距离，因此改变线圈的互感或线圈的电容。
参数δ是两个袖带壁(内表面与外表面)之间的距离。对于150ml的袖带体积，δ约为0.5cm，但是将意识到：δ在很大程度上取决于袖带的设计。使用默认参数r1＝5cm(其中，r1是身体部分的半径/袖带到内表面的半径)并且dV＝1ml，估计δ的相对变化为0.6％并且来自线圈202a处的线圈202b的磁场的相对变化是该值的三倍，即，1.8％。因此，B场的变化远大于关于图8描述的实施例(～0.2％)。能够以与图8的实施例中的方式类似的方式来测量线圈的互感。备选地，能够测量由线圈形成的电容器的电容，其中，电容与线圈之间的距离成反比。该实施例的另外的优点在于：现在更容易控制线圈相对于彼此的对齐。
如上所述，装置100能够是基于体积钳位的血压监测器。众所周知，体积钳位血压监测器通常使用光体积描记(PPG)传感器和手指上的可充气袖带。使用闭环控制系统来对袖带进行连续加压以遵循手指中的动脉压力。体积钳位BP监测设备的原理在于：改变袖带中的压力，以便使(如通过PPG信号测得的)动脉的直径保持恒定。使直径保持恒定所需的压力变化反映出动脉压力的变化，因此能够用于计算血压。
然而，如上所述，PPG信号受到许多混杂参数的影响，并且PPG传感器的放置是关键的，这是因为光源必须靠近动脉(即在袖带缠绕手指的情况下为指掌动脉)。
因此，在一些实施例中，装置100是体积钳位血压监测器，其包括体积描记传感器106，体积描记传感器106包括具有一个或多个绕组的线圈。使用体积描记传感器106来测量身体部分的体积，并且改变袖带中的压力以维持线圈的恒定横截面积。因此，应当以例如20-40Hz的频率带宽来测量线圈的电感变化。
在基于体积钳位的血压监测器中使用根据本发明的体积描记传感器106是有利的，这是因为它不需要对PPG传感器进行精确放置，并且来自体积描记传感器106的体积测量结果与体积成线性比例，而PPG测量结果取决于许多参数，其依赖性是非线性的。
因此，提供了改进的确定对象的血压的血压监测器和方法，该血压监测器和方法减少或避免了与常规的血压监测器相关联的误差源中的一些误差源，在低袖带压力的情况下尤为如此。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/被分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于在测量对象的血压中使用的血压监测器，所述血压监测器包括：
袖带，其被配置为绕所述对象的身体部分放置并且被充气以向所述身体部分施加压力；
压力传感器，其被配置为提供所述袖带中的所述压力的测量结果；
体积描记传感器，其包括具有一个或多个绕组的线圈，所述线圈被配置为提供指示所述对象的所述身体部分的体积和/或所述身体部分的体积的变化的输出信号；以及
处理单元，其被配置为根据所述袖带中的所述压力的所述测量结果以及指示所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述身体部分的所述体积的所述变化的所述输出信号来确定所述对象的所述血压。
2.根据权利要求1所述的血压监测器，其中，所述线圈被配置为绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述身体部分位于所述一个或多个绕组内，并且所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述绕组的横截面积。
3.根据权利要求2所述的血压监测器，其中，所述线圈中的电线由导电的可拉伸材料形成，以使得所述线圈的所述绕组能够随着所述身体部分的所述体积的变化被拉伸或压缩。
4.根据权利要求2或3所述的血压监测器，其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述线圈的电感的测量结果。
5.根据权利要求2-4所述的血压监测器，其中，所述线圈是振荡器的谐振电路的部分，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述振荡器的频率的测量结果。
6.根据权利要求2-5中的任一项所述的血压监测器，其中，所述线圈中的电线由导电的可拉伸材料或压电材料形成，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述线圈的电阻的测量结果。
7.根据权利要求1所述的血压监测器，其中，所述体积描记传感器包括两个或更多个线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述两个或更多个线圈被配置为绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述两个或更多个线圈之间的距离，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述线圈的互感的测量结果。
8.根据权利要求2-7中的任一项所述的血压监测器，其中，所述体积描记传感器被集成到所述袖带中。
9.根据权利要求2-7中的任一项所述的血压监测器，其中，所述体积描记传感器被配置为绕所述袖带下方的所述身体部分放置。
10.根据权利要求9所述的血压监测器，其中，所述体积描记传感器是可拉伸带的部分，所述可拉伸带被配置为绕所述身体部分放置。
11.根据权利要求10所述的血压监测器，其中，所述线圈中的电线被布置在所述可拉伸带中，以使得所述线圈的所述绕组能够随着所述身体部分的所述体积的变化被拉伸或压缩。
12.根据权利要求1所述的血压监测器，其中，所述体积描记传感器包括第一线圈和第二线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述第一线圈被定位在所述袖带的内表面上，并且所述第二线圈被定位在所述袖带的外表面上与所述第一线圈相对，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述第一线圈与所述第二线圈之间的距离，并且其中，所述体积描记传感器的所述输出信号包括所述第一线圈与所述第二线圈的互感的测量结果。
13.一种测量对象的血压的方法，所述方法包括：
将袖带绕所述对象的身体部分放置并且对所述袖带充气以向所述身体部分施加压力；
使用压力传感器来测量所述袖带中的所述压力；
使用包括具有一个或多个绕组的线圈的体积描记传感器来测量所述对象的所述身体部分的体积和/或所述身体部分的体积因动脉脉动所产生的变化；并且
根据所述袖带中的所述压力的测量结果以及所述身体部分的所述体积和/或所述身体部分的所述体积因动脉脉动所产生的所述变化的测量结果来确定所述对象的所述血压。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
将所述体积描记传感器绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述身体部分位于所述一个或多个绕组内，并且所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述绕组的横截面积。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述体积描记传感器包括两个或更多个线圈，每个线圈具有一个或多个绕组，其中，所述方法还包括以下步骤：
将所述两个或更多个线圈绕所述对象的所述身体部分放置，使得所述对象的所述身体部分的所述体积的变化改变所述两个或更多个线圈之间的距离，并且
其中，测量所述对象的所述身体部分的所述体积和/或所述对象的所述身体部分的所述体积的变化的步骤包括测量所述线圈的互感。
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