CN1243508C - 两相邻量测点脉压的量测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种用于获得人体脉压讯息的两相邻量测点脉压的量测方法及其装置，主要是对人体血管同一部位并顺着血流方向隔一距离排列一上游压力传感器和一下流压力传感器，以该上、下游压力传感器量测其所处血管的脉压及其变化波形，再通过一延迟检测电路获得该上、下游压力传感器间脉波通过的延迟时间τ和上游数字脉压讯号P(O)，再根据上游数字脉压讯号P(O)和延迟时间τ计算求得下游数字脉压讯号P(L)，为中西医临床诊断提供重要的参考数据。再利用热显像仪测得血管管径为a₀和利用血粘度检测仪可获得血粘滞系数μ，和血管管径的变化值Δa，则可进一步计算出血管顺应性、血流量和血流动能，提供中西医诊断参考。

Description

两相邻量测点脉压的量测方法及其装置

技术领域：

本发明与人体健康状况诊断有关，特别是一种用于人体同一部位血管两相邻量测点脉压的量测方法及其装置。

背景技术：

目前各种脉波量测方法，均系以量测脉压及其波形的变化来作为健康状况判断的一个讯息，或是将脉压转为频谱加以分析，而除了脉压的量测外，也有以都卜勒超音波来量测血流量；以红外线感测红血球移动速度来量测血流速度等方法，不过这些方法都只能分别取得单一讯息，而异步取得多个讯息。而单一的脉压、血流量或流速的信号均不足以表现所有的心脏、血管状态，因为相同的脉压下可能会因个人血管管径的不同、血管顺应性的不同等而有不同的血流量，何况身体健康状况与血流动能息息相关，这种种的变化都不是单一的脉压、血流量或流速的讯息所能反映的。

本发明人基于多年的研究得知不仅要量取血压，还要同时获得血流量的讯息，才能将两者相乘以获得血管内的血流能量，而在技术上，可由两点的压力差计算血流量。

如果假设血流为层流，血管为线性的弹性管，依冯元祯院士所推导的弹性血管流量公式为

$Q=\frac{\mathrm{\π}}{20\mathrm{\αL\μ}}\{{[a_0+\frac{\mathrm{\αP}\left(0\right)}{2}]}^5-{[a_0+\frac{\mathrm{\αP}\left(L\right)}{2}]}^5\}$

其中，

Q为血流量

α＝Δa/p为血管顺应性

其中p为脉压变化波形的瞬时值，Δa为血管管径变化值

L为两压力量测点的距离

μ为血粘滞系数

a₀为血管的管径

P(0)、P(L)为两压力量测点的脉压值

因此，如欲以前述公式取得血流量，则必需取得血管顺应性α、血粘滞系数μ、血管管径a₀、两相邻压力量测点的脉压值P(0)、P(L)及两压力量测点的距离L，这些数值都不是目前各种量测方法中量测单一的讯息所能提供的。

尤其，两个测量点的距离L应该是愈短愈能取得愈准确的血流量，不过愈接近的两点的压力差愈难以量测，从中医脉诊的观点来看，这两个量测点的距离需在一个指尖的范围内为佳。依本发明人的研究显示，在指尖范围内定义两个量测点的距离L约为2-3mm，而脉压在手腕部桡动脉通过的波速约为3.5-4.5m/sec，因此脉波通过这两个量测点的时间约为0.5毫秒，而一般医疗诊断仪器的撷取频率约为200-400Hz，其取样时间约为25-50毫秒，显然，目前所使用的医疗仪器是无法显现两量测点脉压值的差值变化的。

而且接踵而来的问题是，距离如此接近的脉压差极小，再加上量测上的误差百分比不小，当将模拟脉压讯号转换成12bit的数字讯号时所产生的数字差，同样会造成无法分辨两量测点的脉压值及差值变化的问题。

另外一个影响血流量计算的重大参数为血管顺应性α，前述血流量公式是为理想之弹性血管，其顺应性α为一非线性值，而且在舒张压与收缩压时亦有所不同，因此量取动态顺应性α是一必需克服的问题。

血管顺应性α的定义为该点血管管径位移变化与脉压变化之比值。换言之，也就是该点管径位移-压力曲线的斜率。由此观之，似乎只需要在量测点设置一个压力传感器及一个位移传感器即可，但事实上并非如此简单。首先若要取得该点的压力变化，该点的压力传感器需固定按压血管于一定的深度；如果要量取相对压力下血管的膨胀收缩位移，需要感测压力的大小而移动位移传感器。不过由于压力传感器与位移驱动器是一体的，当压力传感器移动时，也同时丧失该点的压力变化，导致无法计算动态顺应性。

但是，千难万难，为了解决血流量Q和血管顺应性α的取得，最关键的是要解决两相邻量测点脉压的量测方法及其装置的问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题就在于为配合中西医临床诊疗如何获得人体血管两相邻量测点的脉压及其波形变化，提供一种两相邻量测点脉压的量测方法及其装置。

本发明的技术解决方案的根据是：由于手腕部的桡动脉血液的流动为层流，也没有旋转的情形；两个脉压量测点的距离若仅为2～3mm，其因摩擦所消耗的热能极小，绝大部分的输入能量通过这两点，除了因血管膨胀吸收一部分位能和推动血管等效惯性的动能外，均用于输出，产生流量。因此，这极为相近的两点脉压非常近似，衰减甚微，只因传输的缘故而有所延迟。所以如果能够检测该延迟的时间，再以上游的脉压讯号，在数字处理器内，以其精准的计算能力，即可计算出延迟后的下游脉压讯号。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于人体的两相邻量测点脉压的量测方法，其特征在于该方法包括：

①对人体血管同一部位以非侵入方式顺着血流方向间隔-距离L为2～3mm排列-上游压力传感器和一下游压力传感器；

②通过该上、下游压力传感器分别撷取上、下游压力传感器处的脉压，经由前置放大滤波电路及嵌位调整电路的处理，获得一具有基位和增益相当的上、下游模拟脉压讯号P (O)及P (L)；

③将上游模拟脉压P (O)，经模拟/数字转换器，转为数字上游脉压讯号P(O)，输入数字处理单元(PC)；

④将上、下游模拟脉压讯号 P(O)和 P(L)经低通基频滤波电路处理，取得上、下游模拟脉压近似正弦波的基频讯号，通过相位检测电路，并以检测上游脉压基频讯号过零为计数器的触发信号，而以下游脉压基频讯号为零的检出为计数器的终止信号，计数器的计数信号来自高频振荡器，获得延迟时间τ，再经数字输入器，将延迟时间τ输入数字处理单元(PC)；

⑤根据该上游数字脉压讯号P(O)及延迟时间τ，在数字处理单元(PC)计算出下游数字脉压讯号P(L)。

该上、下游压力传感器下压人体腕部动脉部位皮肤组织的深度系配合中医脉诊中浮、中、沉三种脉位而定。

该装置包括：

①一固定于人体且使血管不受压迫的固定装置，该固定装置供一压力感测装置设置，该压力感测装置设有一座体，该座体中设有一上游压力传感器和一下游压力传感器，该两压力传感器的中心间隔为2～3mm，该座体受一驱动组件驱动而能下压人体的血管；

②该上、下游压力传感器连设有一延迟检测电路。

该上、下游压力传感器分别具有一中空壳体，各该壳体内分别设有一上游压力微晶片及一下游压力微晶片，而该上、下游压力微晶片外缘分别罩设有一弹性材料制成的罩体，各罩体内与压力微晶片间形成一容室，各容室中分别填充流体，且各罩体前端分别具有一凸出于壳体外的受压部。

所说受压部的接触面积小于量测点血管的直径，而两受压部中心间隔为2～3mm。

该延迟检测电路依流程由下列部分组成：

①上游压力传感器撷取的上游脉压经由前置放大滤波电路和嵌位调整电路以获得上游模拟脉压讯号 P(O)；

②下游压力传感器撷取的下游脉压经由前置放大滤波电路和嵌位调整电路以获得下游模拟脉压讯号 P(L)；

③该上游模拟脉压讯号P (O)经模拟/数字转换器，转为数字上游脉压讯号P(O)，直接输入数字处理单元；

④ P(O)和 P(L)分别经低通基频滤波电路取得上下游模拟脉压近似正弦波的基频讯号，通过相位检测电路，分别作为计数器的触发信号和终止信号，该计数器的计数信号来自高频振荡器，以求得延迟时间τ；

⑤将延迟时间τ经数字输入器输入数字处理单元；

⑥在数字处理单元，根据上游数字脉压讯号P(O)和延迟时间τ，计算出下游数字脉压讯号P(L)。

所说相位检测电路为过零检测，也可采用峰值检测或定值检测。

本发明的技术效果：利用本发明的量测装置可以获得人体同一部位两相邻量测点的脉压及其波形变化，为血流量Q和血管顺应性α的计算提供了最难得最基本的参数，因为血粘滞系数μ可由血粘度检测仪获得，人体温度和血管管径可由热显像仪来检测，再通过计算机计算就可获得血管脉压、血管动态顺应性、血管管径、血流量和血流动能等相关动态资料，配合临床诊断，粹取各项生理参数，并经数值统计、分析、建立脉诊临床诊断数据库，可作为中西医临床诊疗的参考。

附图说明：

图1是本发明装置实施例固定装置结构示意图。

图2是本发明装置实施例压力感测装置结构示意图。

图3是本发明装置实施例延迟检测电路框图。

具体实施方式：

请参阅图1、图2、图3，由图可见，本发明两相邻量测点脉压的量测装置的构成包括：

一腕部固定装置1，该腕部固定装置1具有一基座10，该基座10内设有一容置部11，以供使用者以腕部桡动脉朝上的姿势，将手腕部搁置于该容置部11中，而该容置部11两侧具有可充气的囊袋12，藉囊袋12充气而将腕部夹置固定，且使腕部桡动脉处不受压迫。

一压力感测装置2，其设置在腕部固定装置1的基座10上，其对应桡动脉的关部位具有一座体21，请参考图2，该座体21受一驱动组件24驱动而能下压于腕部的桡动脉，该驱动组件24可为压电致动器或其它能产生动力的驱动组件，其推动座体21移动的行程长度约10mm，该座体21沿血流方向间隔2～3mm地设有一位于上游端的上游压力传感器22与一位于下游端的下游压力传感器23。

该上、下游压力传感器22、23分别具有一中空的壳体221、231，各该壳体221、231内分别设有一上游压力微晶片222与一下游压力微晶片232，而该上、下游压力微晶片222、232外缘分别罩设有一弹性材料制成的罩体223、233，而各罩体223、233内与该上、下游压力微晶片222、232间分别形成有一容室224、234，各容室224、234中分别填充有流体，且各罩体223、233前端分别具有一凸出于壳体221、231外的受压部225、235，且各该受压部225、235的接触面积小于量测点的血管直径，以感测量测点的脉压。当各受压部225、235受压时，分别压迫各容室224、234内的流体，以由上、下游压力微晶片222、232感测出受压的压力，而该上、下游压力微晶片222、232又与一延迟检测电路相连。

该延迟检测电路的方框图如图3所示，它从输入至输出包括下列电路：

前置放大滤波电路331、321，嵌位调整电路312、322，低通基频滤波电路313、323，相位检测电路34、计数器35、高频振荡器36、数字输入器38、模拟/数字转换器37和数字处理单元39。

本实施例在量测两相邻量测点的脉压时，其过程大致是：

1、将腕部固定装置1摆放好，将待测者的手腕部搁置在容置部11中，桡动脉朝上，借囊袋12充气而将腕部夹置固定，且使腕部桡动脉处不受压迫；

2、由驱动组件24推动座体21下移，使上、下游压力传感器22、23压迫在腕部的桡动脉上，如图4所示，该上、下游压力传感器22、23下压后保持不动，使其受压部225、235受脉压顶推向上，使受压部225、235所承受的压力传递至上、下游压力微晶片222、232。

3、上、下游脉压进入延迟检测电路进行数据处理：

①上游压力传感器(22)撷取的上游脉压经由前置放大滤波电路311和嵌位调整电路312以获得上游模拟脉压讯号 P(O)；

②下游压力传感器23撷取的下游脉压经由前置放大滤波电路321和嵌位调整电路322以获得下游模拟脉压讯号 P(L)；

③该上游模拟脉压讯号 P(O)经模拟/数字转换器37，转为数字上游脉压讯号P(O)，直接输入数字处理单元39；

④ P(O)和 P(L)分别经低通基频滤波电路313和323取得上下游模拟脉压近似正弦波的基频讯号，通过相位检测电路34的过零检测分别作为计数器35的触发信号和终止信号，该计数器35的计数信号来自高频振荡器36，以求得延迟时间τ；

⑤将延迟时间τ经数字输入器38输入数字处理单元39；

⑥在数字处理单元39，根据上游数字脉压讯号P(O)和延迟时间τ，计算出下游数字脉压讯号P(L)。

所说相位检测电路34为过零检测，当然也可采用峰值检测或定值检测。

总之，利用本发明的方法和装置可对人体同一部位血管两相邻量测点的脉压进行测量，获得：两压力量测点的数字脉压讯号P(0)、P(L)和两压力量测点的距离L。再利用热显像仪测得血管管径为a₀和血管径的变化值Δa，利用血粘度检测仪可获得血粘滞系数μ，则可进一步计算出血管顺应性、血流量和血流动能，提供中西医诊断参考。

Claims (7)

1、一种用于人体的两相邻量测点脉压的量测方法，其特征在于该方法包括：

①对人体血管同一部位以非侵入方式顺着血流方向间隔2-3mm排列一上游压力传感器和一下游压力传感器；

②通过该上、下游压力传感器分别撷取上、下游压力传感器处的脉压，经由前置放大滤波电路及嵌位调整电路的处理，获得一具有基位和增益相当的上、下游模拟脉压讯号P(O)及P(L)；

③将上游模拟脉压P(O)，经模拟/数字转换器，转为数字上游脉压讯号P(O)，输入数字处理单元(PC)；

④将上、下游模拟脉压讯号P(O)和P(L)经低通基频滤波电路处理，取得上、下游模拟脉压近似正弦波的基频讯号，通过相位检测电路，并以检测上游脉压基频讯号过零为计数器的触发信号，而以下游脉压基频讯号为零的检出为计数器的终止信号，计数器的计数信号来自高频振荡器，获得延迟时间τ，再经数字输入器，将延迟时间τ输入数字处理单元(PC)；

⑤根据该上游数字脉压讯号P(O)及延迟时间τ，在数字处理单元(PC)计算出下游数字脉压讯号P(L)。

2、根据权利要求1所述的两相邻量测点脉压的量测方法，其特征在于该上、下游压力传感器下压人体腕部动脉部位皮肤组织的深度系配合中医脉诊中浮、中、沉三种脉位而定。

3、一种实施权利要求1所述方法的两相邻量测点脉压的量测装置，其特征在于该装置包括：

①一固定于人体且使血管不受压迫的固定装置(1)，该固定装置(1)供一压力感测装置(2)设置，该压力感测装置(2)设有一座体(21)，该座体(21)中间隔地设有一上游压力传感器(22)和一下游压力传感器(23)，该两压力传感器的中心间隔为2～3mm，该座体(21)受一驱动组件(24)驱动而能下压人体的血管；

②该上、下游压力传感器(22、23)连设有一延迟检测电路。

4、根据权利要求3所述的两相邻量测点脉压的量测装置，其特征在于该上、下游压力传感器(22、23)分别具有一中空壳体(221、231)，各该壳体内分别设有一上游压力微晶片(222)及一下游压力微晶片(232)，而该上、下游压力微晶片外缘分别罩设有一弹性材料制成的罩体(223、233)，各罩体内与压力微晶片间形成一容室(224、234)，各容室中分别填充流体，且各罩体(223、233)前端分别具有一凸出于壳体外的受压部(225、235)。

5、根据权利要求4所述的两相邻量测点脉压的量测装置，其特征在于所说受压部(225、235)的接触面积小于量测点血管的直径，而两受压部中心间隔为2～3mm。

6、根据权利要求3所述的两相邻量测点脉压的量测装置，其特征在于该延迟检测电路依流程由下列部分组成：

①上游压力传感器(22)撷取的上游脉压经由前置放大滤波电路(311)和嵌位调整电路(312)以获得上游模拟脉压讯号P(O)；

②下游压力传感器(23)撷取的下游脉压经由前置放大滤波电路(321)和嵌位调整电路(322)以获得下游模拟脉压讯号P(L)；

③该上游模拟脉压讯号P(O)经模拟/数字转换器(37)，转为上游数字脉压讯号P(O)，直接输入数字处理单元(39)；

④P(O)和P(L)分别经低通基频滤波电路(313)和(323)取得上下游模拟脉压近似正弦波的基频讯号，通过相位检测电路(34)，分别作为计数器(35)的触发信号和终止信号，该计数器(35)的计数信号来自高频振荡器(36)，以求得延迟时间τ；

⑤将延迟时间τ经数字输入器(38)输入数字处理单元(39)；

⑥在数字处理单元(39)，根据上游数字脉压讯号P(O)和延迟时间τ，计算出下游数字脉压讯号P(L)。

7、根据权利要求6所述的两相邻量测点脉压的量测装置，其特征在于所说相位检测电路(34)为过零检测、峰值检测或定值检测。

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