CN112932429B - 一种连续血压测量的自动实时校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续血压测量的自动实时校准方法，方法包括：确定动脉的去负荷状态的PPG值PD₀；按照第一预设幅度范围调节PD₀，将调节后PD₀记为PD_adj；将PD_adj作为自动控制算法的输入参数，其中，使PD_adj在PD₀附近按照第二预设幅度范围上下波动；确定每一个PD_adj与PPG信号的差值ΔPD；在PD_adj波动范围内，出现ΔPD最大值时，实时确定最大ΔPD所对应的PD_adj；根据最大ΔPD所对应的PD_adj对PD₀更新。解决了几十年来基于容积补偿法测量连续血压，会因动脉的“去负荷状态”漂移而造成血压测量结果不准确的问题。即使长时间进行测量，血压值也保持稳定。

Description

一种连续血压测量的自动实时校准方法

技术领域

本发明涉及血压测量技术领域，特别是一种连续血压测量的自动实时校准方法。

背景技术

1973年波兰科学家Penaz提出血管容积补偿法测量连续的血压。其基本原理是通过向动脉外壁施加一个时刻与动脉内血压压力相等方向相反的外力，那么动脉血管壁内外压力相互抵消，血管壁本身张力变为零，处于最放松的状态，称之为“去负荷状态”。

从上述原理可知，只要能确定动脉的“去负荷状态”，找到其对应的血管直径D0，并且控制外力使血管直径锁定在D0，那么这个外力就等于实时的血压。所以确定动脉的“去负荷状态”，是此项技术的关键。

目前经典的方法通常在手指，如图1所示，采用一个对动脉进行外部加压的气囊和一个用于检测动脉直径变化的光电体积描记器（PPG），来对动脉直径进行检测和控制。

传统确定动脉“去负荷状态”的方法是，通过气囊在外部对动脉逐渐加压，使动脉直径逐渐缩小，动脉血管壁的张力也逐渐减小，弹性逐渐增大。由于血管壁变松弛，内部血压的变化造成动脉的搏动幅度也逐渐增大。当动脉血管壁弹性达到最大，也就是动脉搏动幅度最大时，血管即处于“去负荷状态”。由于PPG信号与血管直径反向，此时，如图2所示，PPG信号中的脉搏波谷，为收缩压对应的血管直径，波峰为舒张压对应的血管直径，波峰波谷的中点，即为“去负荷状态”的直径，对应的PPG信号记为PD₀。动脉血管的这一特性最早是由Marey于1876年发表的，他发现了动脉的压力-直径变化关系，如图3所示，即P-D特性。

确定了“去负荷状态”后，只需要将PD₀作为一些自动控制算法（比如PID算法）的输入参数，就可实时的控制气囊的压力，使动脉的PPG值锁定在PD₀上，保持动脉的“去负荷状态”。而气囊内变化的压力就恰好与动脉内部的血压相等，无创的连续血压就测出来了。

动脉的“去负荷状态”是此项技术的关键，它直接关系到血压测量的准确性。然而动脉的“去负荷状态”却不是一个稳定的状态，测试者情绪的变化、交感神经的调节、外界压力的变化、外界温度的变化、红细胞在血管壁的积压等情况都会影响实际的“去负荷状态”。“去负荷状态”是一个动态变化的状态。

因此，传统方法只在测量初期一次性检测“去负荷状态”，并永久以固定的PD₀作为自动控制算法的输入参数，会导致测量的血压只能做到短时间内准确。随着时间的推移，“去负荷状态”逐渐漂移，最终导致测量的血压偏差越来越大。其次，如果在检测“去负荷状态”的过程中发生异常，导致PD₀并不准确，其结果会直接导致测量的血压永久性错误，缺乏纠错的机制。

也有一些技术，通过定时的自动重测“去负荷状态”，来实现对“去负荷状态”的更新。但这一过程必须要中断连续的血压测量，而且在下一次更新前，实际的“去负荷状态”已经产生的变化，对测量是血压值也是有影响的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种连续血压测量的自动实时校准方法。

本发明的技术解决方案是：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续血压测量的自动实时校准方法，包括：

确定动脉的去负荷状态的PPG值PD₀；

按照第一预设幅度范围调节PD₀，将调节后PD₀记为PD_adj；

将PD_adj作为自动控制算法的输入参数，其中，使PD_adj在PD₀附近按照第二预设幅度范围上下波动；

确定每一个PD_adj与PPG信号的差值ΔPD；

在PD_adj波动范围内，出现ΔPD最大值时，实时确定最大ΔPD所对应的PD_adj；

根据最大ΔPD所对应的PD_adj对PD₀更新。

可选地，所述确定动脉的去负荷状态的PPG值PD₀的步骤，包括：

通过气囊在外部对动脉逐渐加压，使动脉直径逐渐缩小，动脉血管壁的张力也逐渐减小，弹性逐渐增大；

当动脉血管壁弹性达到最大，确定PPG信号中波峰和波谷的中点对应的PPG信号作为PD₀，其中，PPG信号中的脉搏波谷，为收缩压对应的血管直径，波峰为舒张压对应的血管直径，波峰波谷的中点，为去负荷状态的直径，对应的PPG信号记为PD₀。

可选地，所述将PD_adj作为自动控制算法的输入参数的步骤之后，所述方法包括：

通过以下公式计算气囊压力：

Y(k)=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]

其中：e(k)=PD_adj-PPG，e(k-1)为上一个时刻的e(k)；∑e(k)为之前所有时刻e(k)的累积和，Kp、Ki、Kd是相关系数；Y(k)为当前时刻需要输出的气囊压力；

PD_adj作为输入参数，直接影响气囊压力，从而控制动脉血管直径。

可选地，所述使PD_adj在PD₀附近按照第二预设幅度范围上下波动的步骤，包括：

将PD_adj以血压值受其影响产生的波动小于1mmHg为限，在PD₀附近进行波动。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明实施例提供的连续血压测量的自动实时校准方法，解决了几十年来基于容积补偿法测量连续血压，会因动脉的“去负荷状态”漂移而造成血压测量结果不准确的问题。即使长时间进行测量，血压值也保持稳定。

并且，由于实时确定最大ΔPD所对应的PDadj， PD₀ 就会不断趋近并达到真实的动脉“去负荷状态”的PPG值。即使“去负荷状态”发生了变化，PD0也将快速跟进，最终实现血压测量的实时自动校准。此外，本发明实施例提供的方法自动校准是无感的，不用定时中断正在进行的血压测量来执行校准，用户完全不会感受到校准的过程。在测量的过程中人体的运动可能使传感器发生位移。但通过本发明的自动校准的技术，最终也会回到正确的测量值。

附图说明

图1为现有技术中容积补偿法的经典系统图；

图2为现有技术中传统确定动脉“去负荷状态”以及锁定的PPG示意图；

图3为现有技术中动脉压力-直径变化关系图；

图4为本发明实施例提供的一种连续血压测量的自动实时校准方法的步骤流程图；

图5为本发明实施例提供的一种连续血压测量的自动实时校准方法实际应用中的效果图。

具体实施方式

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

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作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。

参照图4，示出了本发明实施例提供的一种连续血压测量的自动实时校准方法的步骤流程图。

本发明实施例提供的连续血压测量的自动实时校准方法包括以下步骤：

步骤101：确定动脉的去负荷状态的PPG值PD₀。

通过气囊在外部对动脉逐渐加压，使动脉直径逐渐缩小，动脉血管壁的张力也逐渐减小，弹性逐渐增大；

当动脉血管壁弹性达到最大，也就是动脉搏动幅度最大时， 确定PPG信号中波峰和波谷的中点对应的PPG信号作为PD₀，其中，PPG信号中的脉搏波谷，为收缩压对应的血管直径，波峰为舒张压对应的血管直径，波峰波谷的中点，即为“去负荷状态”的直径，对应的PPG信号记为PD₀。

步骤102：按照第一预设幅度范围调节PD₀，将调节后PD₀记为PD_adj。

步骤103：将PD_adj作为自动控制算法的输入参数。

其中，使PD_adj在PD₀附近按照第二预设幅度范围上下波动。

将PD_adj以血压值受其影响产生的波动小于1mmHg为限，在PD₀附近进行波动。

通过以下公式计算气囊压力：

Y(k)=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]

其中：e(k)=PD_adj-PPG，e(k-1)为上一个时刻的e(k)；∑e(k)为之前所有时刻e(k)的累积和，Kp、Ki、Kd是相关系数；Y(k)为当前时刻需要输出的气囊压力；

PDadj作为输入参数，直接影响气囊压力，从而控制动脉血管直径。

步骤104：确定每一个PD_adj与PPG信号的差值ΔPD。

步骤105：在PD_adj波动范围内，出现ΔPD最大值时，实时确定最大ΔPD所对应的PD_adj。

步骤106：根据最大ΔPD所对应的PD_adj对PD₀更新。

从传统方法中可以看出，当确定动脉的“去负荷状态”所对应的PPG值PD₀后，通过自动控制算法将其锁定。锁定后的动脉直径宏观上是恒定的，即锁定后的PPG值是接近PD₀的一条直线。传统方法中将无法再从动脉的状态中获取有效的信息来持续对“去负荷状态”进行校正。实际上，动脉直径被锁定后，在微观上仍然存在微弱的搏动，这种搏动是由于外部气囊的压力略滞后于血压变化造成的。这间接反映了动脉直径的变化趋势。相反，自动控制算法需要将这种变化趋势控制到尽量小，但是不可能绝对为零。所以，动脉直径的锁定，是一个动态的平衡。

本发明正是利用了这一特性，动脉直径即使被锁定，只要有搏动，动脉血管壁就仍然满足P-D特性。即动脉处于“去负荷状态”时，其直径变化率最大。同理其变化趋势率也将最大。

本发明仍然采用传统方法找到测量初期的动脉“去负荷状态”所对应的PPG值PD₀，然后小幅度调节PD₀，记为PD_adj。将PD_adj作为自动控制算法的输入参数，并且使PD_adj在PD₀附近小幅上下波动（PD_adj波动的同时，监控所测血压值，PD_adj的波动幅度以血压值受其影响产生的波动小于1mmHg为限）。PD_adj的波动势必引起锁定的血管直径波动，根据前述原理可知，血管直径越接近“去负荷状态”的直径，血管壁的弹性就越大，PPG信号中的变化趋势也越大。因此，提取PPG中的变化趋势，即PD_adj与PPG信号的差值，记为ΔPD。通过PD_adj的波动，记录每一个PD_adj值对应的ΔPD值。在PD_adj波动范围内ΔPD最大值所对应的PD_adj值就是最接近“去负荷状态”的值，将PD₀更新为该PD_adj值。一直重复前述步骤，PD₀就会不断趋近并达到真实的动脉“去负荷状态”的PPG值。即使“去负荷状态”发生了变化，PD₀也将快速跟进，最终实现血压测量的实时自动校准。如图5所示为本发明实施例的效果图。

本发明实施例提供的连续血压测量的自动实时校准方法，解决了几十年来基于容积补偿法测量连续血压，会因动脉的“去负荷状态”漂移而造成血压测量结果不准确的问题。即使长时间进行测量，血压值也保持稳定。

并且，由于实时确定最大ΔPD所对应的PDadj， PD0 就会不断趋近并达到真实的动脉“去负荷状态”的PPG值。即使“去负荷状态”发生了变化，PD0也将快速跟进，最终实现血压测量的实时自动校准。此外，本发明实施例提供的方法自动校准是无感的，不用定时中断正在进行的血压测量来执行校准，用户完全不会感受到校准的过程。在测量的过程中人体的运动可能使传感器发生位移。但通过本发明的自动校准的技术，最终也会回到正确的测量值。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种连续血压测量的自动实时校准方法，其特征在于，所述方法包括：

确定动脉的去负荷状态的PPG值PD₀；

按照第一预设幅度范围调节PD₀，将调节后PD₀记为PD_adj；

将PD_adj作为自动控制算法的输入参数，其中，使PD_adj在PD₀附近按照第二预设幅度范围上下波动，将PD_adj以血压值受其影响产生的波动小于1mmHg为限，在PD₀附近进行波动；

确定每一个PD_adj与PPG信号的差值ΔPD；

在PD_adj波动范围内，出现ΔPD最大值时，实时确定最大ΔPD所对应的PD_adj；

根据最大ΔPD所对应的PD_adj对PD₀更新。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定动脉的去负荷状态的PPG值PD₀的步骤，包括：

通过气囊在外部对动脉逐渐加压，使动脉直径逐渐缩小，动脉血管壁的张力也逐渐减小，弹性逐渐增大；

当动脉血管壁弹性达到最大，确定PPG信号中波峰和波谷的中点对应的PPG信号作为PD₀，其中，PPG信号中的脉搏波谷，为收缩压对应的血管直径，波峰为舒张压对应的血管直径，波峰波谷的中点，为去负荷状态的直径，对应的PPG信号记为PD₀。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将PD_adj作为自动控制算法的输入参数的步骤之后，所述方法包括：

通过以下公式计算气囊压力：

Y(k)=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]

其中：e(k)=PD_adj-PPG，e(k-1)为上一个时刻的e(k)；∑e(k)为之前所有时刻e(k)的累积和，Kp、Ki、Kd是相关系数；Y(k)为当前时刻需要输出的气囊压力；

PD_adj作为输入参数，直接影响气囊压力，从而控制动脉血管直径。

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