CN1141762A - 一种利用脉波测量动脉血压的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种利用脉波测量动脉血压的方法和装置，其方法为：a.测量人体手掌置于心脏水平面上的动脉血压值及脉搏波传导时间；b.利用静流体力学方程及手掌离开心脏水平面的距离计算出人体手掌置于非心脏水平面上的脉搏波传导时间；c.由所得到的上述值计算出动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的回归系数及常数；d.利用上述回归出的线性关系，测量人体的脉搏波传导时间以得到人体的血压值。其装置是应用了上述方法，通过测量脉搏波传导时间来计算出人体的血压值。

Description

一种利用脉波测量动脉血压的方法与装置

本发明涉及一种用脉波测量动脉血压的方法与装置，特别是一种能够实时测量并且不干扰测量对象的无损动脉血压测量方法与装置。

目前最常见的无损伤血压测量方法是利用1905年俄国医生Korotkoff发明的音波法，其方法是当充气袖带内压力下降到刚好低于动脉血管内收缩压时，放在袖带上的听诊器可听到急速频率较高的声音；当袖带内压力继续下降时此声音的大小和音调会逐步变化；而当袖带内压力下降到低于动脉血管内的舒张压时声音消失。这种在袖带内压力变化过程中可听到的声音被称为Korotkoff音，利用这种声音在收缩压和舒张压时所反映出的特点，读出袖带内所对应的压力值，就能够测量出所测对象的血压值。但是这种方法测量的准确性较差，尤其是对经验不足的使用者来说更是如此，而且，用该方法测量血压，就要给测量对象绑上袖带，必然会打扰病人的休息，尤其是在夜间。另外，由于充气的袖带会对血管的紧张度有影响，从而影响测量的准确性。这种方法也不能实现实时监控被测对象的血压连续值，不能有效地对病人的血压值进行监测，因此这种方法无法构成家庭化血压反馈治疗仪。

另一种方法是利用脉搏波速法测量血压值。这种方法是利用脉搏波传播速度(以下称PWTV)和动脉血压的关系通过测量PWTV推算出动脉血压的值。早在1922年BramWell和Hill就发现PWTV和血管容积弹性率之间的关系；1958年Landowe发现了人体动脉血压和PWTV之间的关系如下：

C₂＝-(27±19)＋(4.9±)P－(0.0083±0.0018)P₂

以后又有多人证明了以下三点：

1).PWTV和血压呈线性关系；2).两者之间的回归系数因人而有较大的变化；3).在同一个人身上回归系数变化不大。也就是说明只要能够设法得到每个人的这种回归系数，就可以借助于测量PWTV而间接地得到动脉血压的值。

后来，有人证明了在用ECG中的R波作为时基时，RP间期(ECG的R波到脉搏波起点之间的时期)和平均动脉血压之间呈负线性关系。

本发明人于1982年利用下肢负压床等非损伤法证明RP传导速度和动脉血压之间呈现出相当好的线性关系，也证明了各个体之间的回归系数变异较大，不可能有一个适合每个人的统一的回归系数。

1990年日本Casio公司利用RP所测得的脉搏波传导时间(PWTT)以及由运动试验所获得的血压变化原理，制成可测量个体血压的血压手表，该表利用第一导联的ECG作RP起始点、手指光电脉搏容积波作为RP波的终止点，该表在安静条件下可作为某个人动脉血压的检测，但是必须通过运动试验改变血压值，才能获得两者之间的这种关系。

综上所述，利用脉搏波间接测量动脉血压的方法有以下特点：

1.在某个人体身上，脉搏波传播速度(以下称PWTV)或脉搏波传导时间(以下称PWTT)和动脉血压之间呈近似的线性关系，血压和PWTV之间呈正线性关系，血压和PWTT呈负线性关系。因而可以通过测量PWTV(或PWTT)和动脉血压之间的回归系数来间接地测量动脉血压。

2.这种间接测量血压的方法可以不用袖带和打气，不必干扰病人；并且在每次心脏搏动时都能得到血压值，可以连续得到血压的值。

3.在一定条件下可以由ΔRP来代替ΔPWTT，且在技术上更为简单。

4.PWTV(或PWTT)和血压之间的回归系数，不能用一个统一的回归系数来测量每个人的血压，能否找到每个人的回归系数是能否应用这种原理测量动脉血压的关键。

5.以前人们为了找到某个人的回归系数，曾通过注射升降血压的药物法、刺激迷走神经法、下肢负压法和运动升压法等，但是上述方法的共同特点是真正确实地改变了病人的血压；但这对于危重病人是不合适的，并且由于这些方法受到人体正常生理上的调节，血压值不够稳定，所测量出的结果也是不够准确的。使这种方法还难以用于临床。

本发明的目的在于以一种在不用改变病人实际血压的条件下，以简单的方法找到每个个体的PWTV(或PWTT)和动脉血压之间的回归系数的方法，因此在不干扰被测对象的条件下能够实现对病人的动脉血压值进行连续地监护，所得到的动脉血压值准确稳定。

为实现本发明，本发明所使用的方法如下：

a.测量人体手掌置于心脏水平面时的动脉内血压值BP_心；同时测量人体手掌置于心脏水平面时的脉搏波传导时间PWTT₁；

b.利用静液体力学方程及手掌离开心脏水平面的距离计算出人体手掌置于非心脏水平面时的动脉内血压值BP_手；并测量人体手掌置于非心脏水平面时的脉搏波传导时间PWTT₂；

c.由所得到的上述BP_心、BP_手、PWTT₁、PWTT₂值计算出动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的回归系数ΔBP/ΔPWTT及回归常数BP_c；

d.利用上述回归出的动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系，通过测量人体的脉搏波导时间得到人体的血压值。

本发明还可以通过下面的步骤完成发明目的：a.利用ECG中R波指示RP间期的起点；b.用手指脉搏波传感器抬取的信号作为RP间期的终点；c.用普通临听诊法测量血压数次，平均后作为BP_心，与此同时，记录RP间期，获得和RP相对应的PWTT₁；d.将手掌离开心脏水平面数十公分，利用静液体力学方程及手掌离开心脏水平面的距离计算出人体手掌置于非心脏水平面上的动脉内血压值BP_手，同时测量此时的PWTT₂；e.由上述BP_心、BP_手、PWTT₁、PWTT₂计算出ΔBP，以此完成回归系数的ΔBP/ΔPWTT计算；f.由所计算出的回归系数ΔBP/ΔPWTT，计算出动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的常数BP_c；9.利用手指脉搏的峰值和谷值对实测的收缩压和舒张压进行标定。

本发明还包括一种利用了上述方法的脉波测量动脉血压的装置，其中包括：由光电原理构成的脉搏传感器测量电路，由心电电极及放大器组成的ECG信号测量电路，以及测量这两种信号的数据采集电路及数据储存、处理部分。所述装置是以上述方法得到动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的，并且利用所得到的上述线性关系，通过测量人体的脉搏波传导时间计算出人体的血压值的。

图1是PWTT和血压(BP)之间的关系图。

图2是本发明的利用了本发明方法的脉波测量动脉血压的装置。(增加一个附图，画清楚各个装置，及它们之间的连接关系。)

下面对本发明进行详细的说明。由图1所示的PWTT和血压(BP)之间的关系图，其回归方程可写成： $\mathrm{BP}\left(\mathrm{PETT}\right)={\mathrm{BP}}_C-\left|\frac{\mathrm{\ΔBP}}{\mathrm{\ΔPETT}}\right|\×\mathrm{PWTT}---\left(1\right)$

在此，BP_c是PWTT在0时的BP值，

因此，由上述方程式(1)可以得到 $\frac{\mathrm{\ΔBP}}{\mathrm{\ΔPWTT}}=\frac{{\mathrm{BP}}_1-{\mathrm{BP}}_2}{{\mathrm{PWTT}}_1-{\mathrm{PWTT}}_2}$

这里PWTT₁为血压BP₁所对应的PWTT，

这里PWTT₂为血压BP₂所对应的PWTT。

可见为了得到回归系数，必须有两个相距一定数值的血压值BP₁和BP₂以及它们所对应的PWTT₁和PWTT₂。

首先要得到两个血压值，从流体静力学原理可知，如果人体手掌置于心脏水平面上，则手掌动脉内的血压和心脏水平的血压相同；如果人体手掌置于非心脏水平面时手掌动脉内的血压就不可于心脏水平的血压，手掌高于心脏水平时血压下降，反之则升高，手掌动脉内的血压可用下式表示：

BP_手＝BP_心＋[ρ/13.6]＊G＊h    (2)

这里ρ为血液比重，可用1.06代入；G为重力加速度，静止条件下用1代入；h为手掌和心脏水平之间的高度差，以mm为单位，手掌高于心脏水平则h为负值，反之h则为正值。这样就找到了一种可以不改变病人实际血压值的情况下获得两个相距一定数值血压的方法，血压值BP₁可用心脏血压值代入；BP₂由BP_手经过一定变换后代入。其变换方法在以下再作介绍。

其次要得到PWTT₁和PWTT₂的值。此处，PWTT₁是指手掌在心脏水平时所测得的PWTT，PWTT₂是手掌离开心脏水平时所测得的PWTT。

关于PWTT₁和PWTT₂的获得方法，从表面上看并无特殊不同之处，可以用RP间期测量法来代替。

但是PWTT₁和PWTT₂在其间期的形成上是不同的，为了说明这一问题，我们可以把从主动脉瓣开始到手掌动脉管的整个路径分成水平段和活动段两部分。水平段是指从主动脉瓣到水平段抬高肢体之前的这一路径。在这一段中，无论是测量PWTT₁还是PWTT₂，它们的数值都是不变的，活动段是指活动肢体的起点到肢体远端测量点之间的一段路径，在这一段中进行PWTT₁和PWTT₂的测量时情况是不同的，在进行前者的测量时，其传导速率和水平段相同，但是在作PWTT₂测量时，其传导速率就会有变化，因此，PWTT₁-PWTT₂＝ΔPWTT_全段应等于活动段在水平和抬高时的PWTT之差ΔPWTT_活动段，即ΔPWTT_全段＝ΔPWTT_活动段＝ΔPWTT(也就是PWTT₁和PWTT₂之差)，实际上只反映了活动段动脉路径在水平时和抬高时的PWTT的差。

下面要计算ΔBP。如上所述，BP₁可用心脏水平的BP值代入，但对BP₂要经过变换后才能代入，如上所述可知，在手掌抬高时的活动段起点的动脉压和心脏水平血压相同，而活动段终端测量点的血压值则必定低于心脏水平值，但实际上我们获得的比PWTT₁有所延长的PWTT₂并非完全对应终端被测点的血压值，而是近似地对应于终端被测点血压值和心脏血压值之间的平均值，因此BP₂可以表示成下式：

因而ΔBP可表示为： $\mathrm{\ΔBP}={\mathrm{BP}}_1-\frac{{\mathrm{BP}}_1+{\mathrm{BP}}_1\×[\mathrm{\ρ}/13.6]*G*h}{2}$ $={\mathrm{BP}}_1-\frac{{\mathrm{BP}}_1[1+\mathrm{\ρ}/13.6*G*h]}{2}$ $={\mathrm{BP}}_1\×[1-\frac{1+\mathrm{\ρ}/13.6*G*h}{2}]$

因此得到回归系数为： $\frac{\mathrm{\ΔBP}}{\mathrm{\ΔBPTT}}=\frac{{\mathrm{BP}}_1[1-\mathrm{\ρ}/13.6*G*h]}{\mathrm{\ΔPWTT}}$

在得到了回归系数ΔBP/ΔBPTT后，可以按下式求出截距BP_c： $\mathrm{BP}\left(\mathrm{PWTT}\right)={\mathrm{BP}}_C-\left|\frac{\mathrm{\ΔBP}}{\mathrm{\ΔBPTT}}\right|\×\mathrm{PWTT}$

至此，通过推算出回归系数和截距常数，就能够完成在病人监护中由PWTT测算动脉血压的全部准备工作。此动脉血压值以平均值代入较为合适，手指脉搏的峰值和谷值还可以用实测的收缩压和舒张压作标定。

手指脉搏传感器可以是独立的也可以是和指套式血氧饱合度传感器的红外线光路所获得的脉搏波信号部分合用。这样既增加了测试内容，也可以减少病人的负担。为了使这种无损伤血压法测试结果更稳定和更直观，可以在监护仪中对所测试信号进行某些处理，如PWTT的获得可以用滑动平均法，对于突变的PWTT可以进行删除；显示器上可将所测得的脉搏波形用有刻度的座标作显示，使医生有类似直接有损血压插管法的效果感。

使用本发明的血压测量方法，能够满足构成家庭化血压反馈治疗仪的要求，既无充气袖带的干扰，又能作到及时反馈血压值，并且能将血压的动态变化过程反馈出来。其测量方法与一般监护仪中应用相似。

Claims (3)

1.一种利用脉波测量动脉血压的方法，其特征在于：

a.测量人体手掌置于心脏水平面上的动脉内血压值BP_心；同时测量人体手掌置于心脏水平面上的脉搏波传导时间PWTT₁；

b.利用静液体力学方程及手掌离开心脏水平面的距离计算出人体手掌置于非心脏水平面上的动脉内血压值BP_手；并测量人体手掌置于非心脏水平面上的脉搏波传导时间PWTT₂；

c.由所得到的上述BP_心、BP_手、PWTT₁、PWTT₂值计算出动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的回归系数ΔBP/ΔPWTT及截距常数BP_c；

d.利用上述回归出的动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系，通过测量人体的脉搏波导时间得到人体的血压值。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：a.利用ECG中R波指示RP间期的起点；b.用手指脉搏波传感器抬取的信号作为RP间期的终点；c.用普通临听诊法测量血压数次，平均后作为BP_心，与此同时，记录RP间期，获得和RP相对应的PWTT₁；d.将手掌离开心脏水平面数十公分，利用静液体力学方程及手掌离开心脏水平面的距离计算出人体手掌置于非心脏水平面上的动脉内血压值BP_手，同时测量此时的PWTT₂；e.由上述BP_心、BP_手、PWTT₁、PWTT₂计算出ΔBP，以此完成回归系数的ΔBP/ΔPWTT计算；f.由所计算出的回归系数ΔBP/ΔPWTT，计算出动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的截距常数BP_c；g.利用手指脉搏的峰值和谷值对实测的收缩压和舒张压进行标定。

3.一种利用了权利要求1所述方法的脉波测量动脉血压的装置，其中包括：(写入相应的硬件)，其特征在于：所述装置是以上述方法得到动脉血压与脉搏波传导时间之间线性关系的，并且利用所得到的上述线性关系，通过测量人体的脉搏波传导时间计算出人体的血压值的。

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