CN1548005A - 基于桡动脉脉搏信息的血压测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

脉搏分析是中医诊断的一种重要手段。根据病人桡动脉处的脉象，医生可以了解病人的健康情况。本发明提供了一种基于桡动脉脉搏信息的动脉血压测量方法。该方法首先用一个机械传感器检测手腕处的桡动脉脉搏波，用两个传导电极检测心电信号。然后从上述两个信号中提取时间信息来确定动脉血压。用标准血压计进行校正后，该方法可以对动脉血压进行连续长时间的无袖带、非侵入式连续测量。

Description

基于桡动脉脉搏信息的血压测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量动脉血压的方法，特别涉及一种非侵入式的连续测量动脉血压的方法，该方法能够通过从桡动脉脉搏信号和心电信号中提取的时间信息来估计血压值。

技术背景

测量血压是了解健康情况和观察病情的基本方法，尤其对患有心血管疾病的中老年人更有必要。

测量血压有侵入式测量和非侵入式测量两大类。侵入式测量是一种直接测量方法，测量时要把一根导管插入到动脉中，通过与流体柱相连接的转换器来测量动脉压力。该方法需要由专业医护人员操作、费用高并且容易造成细菌感染和失血等医疗风险。

非侵入式测量是一种间接测量方法。该方法使用安全、方便、舒适，是目前医院中常用的测量血压的方法。该方法也被越来越多需要长期监测血压的患者在家中所使用。由于公众日益认识到高血压是危害健康的严重杀手以及尽早诊断和治疗的重要性，使用非侵入式血压计的消费者在不断地增长。

非侵入式测量主要有三种方法：脉搏血压计、音调测定血压计和光容积描记法血压计。

脉搏血压计的测量方法有两种，一种是听诊法，一种是振荡法。听诊法的原理在于收集柯氏音，整个装置包括可充放气的袖带、水银压力计(近年来也有采用电子压力传感器)和听诊器。测量上肢血压时，将袖带内的气体先行驱尽，然后将袖带平整无褶地缠于上臂，摸清肱动脉的搏动，置听诊器的胸件于该处，打开水银柱开关，当通过握有活阀的气球向袖带充气时，水银柱或表针随即移动，当水银柱上升至预设值时，即停止充气，然后，微微开启气球活阀慢慢放气，水银柱则慢慢下降(表针回转)，此时应观察水银柱或表针移动的刻度，如果听到肱动脉的第一音响，所示刻度即为收缩期血压，简称收缩压；当水银柱下降到音响突然变弱或听不到时，刻度指示为舒张期血压，简称舒张压。但是，该方法只能确定收缩压和舒张压，并且不适用于某些第5柯氏音较弱甚至听不到的患者。

振荡法可以弥补听诊法的上述不足，对于柯氏音较弱的病人也可测量到血压。使用时将袖带平整无褶地缠于上臂，对袖带进行充放气。通过测量在膨胀的袖带中压力的振荡幅度来确定血压值，压力的振荡是由动脉血管的收缩和扩张所引起的。收缩压、平均压和舒张压的数值可以从该袖带缓慢放气时监测该袖带中的压力而获得。平均压对应于该包络峰值时刻在该袖带的衰减装置中的压力。收缩压通常被估计为在该包络峰值之前对应于该包络的幅度等于该峰值幅度的一个比例的时刻处该袖带的衰减装置中的压力。舒张压通常被估计为在该包络的峰值之后对应于该包络的幅度等于该峰值幅度的一个比例的时刻处该袖带的衰减装置中的压力。使用不同的比例值会影响到血压测量的准确性。

目前市场上的大部分产品都是采用听诊法或振荡法。但由于这两种方法都需要对袖带进行充放气，因此难以进行频繁测量及连续测量。而且，其测量的频率也受到舒适地对该袖带进行充气所需要的时间和进行测量时对该袖带放气所需要的时间的限制。通常，一次完整的血压测量需要1分钟左右。此外，袖带尺寸的大小对血压的测量结果也会造成影响。

音调测定血压计的基本原理是：当血管受外界物体压迫时，血管壁的周向应力消除了，这时血管壁的内压和外压相等。通过对动脉加压，将动脉压平。记录使动脉保持扁平的压力。利用一组置于表面动脉上的压力传感器阵列来测量此压力，并从中计算患者的血压。但是，该方法的缺点在于，其使用的传感器的造价较高，并且其测量精度容易受到测量位置的影响，所以在市场上并不流行。

光容积描记法血压计基于动脉血压和脉搏波传输速度之间的关系来确定血压。当血压上升时，血管扩张，脉搏波传输速度加快，反之，脉搏波传输速度减慢。该血压计在使用时通过置于指尖的光电传感器采集光容积变化的信号。目前，基于该技术的血压计仍处于开发当中。

发明内容

因此，本发明就是针对现有技术中存在的上述问题而做出的，其目的是提供一种既能够实现连续测量又能够实现小型化的血压测量装置及方法。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面所述，它提供了一种利用桡动脉脉搏信息来测量动脉血压的装置，该装置包括：

心电信号采集模块，用于采集人体的心电信号；桡动脉脉搏信号采集模块，用于采集人体的桡动脉脉搏信号；信号预处理模块，它与所述心电信号采集模块和所述桡动脉脉搏信号采集模块电连接，用于对来自所述心电信号采集模块和所述桡动脉脉搏信号采集模块的信号进行预处理；血压测量校准模块，用于提供血压测量的校准参数；以及微处理器模块，它与所述信号预处理模块和所述血压校准模块电连接，用于根据来自所述血压测量校准模块的校准参数和所述信号预处理模块的信号确定血压测量公式，并且根据所确定出的血压测量公式以及来自所述信号预处理模块的信号对血压进行计算以获得血压测量结果。

在根据本发明第一个方面所述的装置中，所述心电信号采集模块包括用于检测心电信号的传感器，所述桡动脉脉搏信号采集模块包括用于检测桡动脉脉搏的传感器。

在本发明的实施例中，所述用于检测心电信号的传感器包括两个相同的传导电极，所述用于检测桡动脉脉搏的传感器为机械传感器，而且所述机械传感器优选地为位移传感器或压力传感器。

另外，在本发明的实施例中，所述信号预处理模块进一步包括：信号滤波电路，用于通过其中的带通滤波器对信号中的噪声进行过滤；以及用于放大信号的信号放大电路。

还有，在本发明的实施例中，所述血压测量校准模块进一步包括：标准血压计，用于为血压测量提供校准参数；以及输入装置，用于将所述标准血压计提供的校准参数输入给所述信号处理模块。

另外，在本发明的实施例中，所述装置还包括用于显示血压测量结果的显示装置以及用于将血压测量结果传输给远程终端的数据传输模块。而且，所述装置还可被置于手腕式手表的外壳当中。

根据本发明的第二个方面所述，它提供了一种利用上述装置进行血压测量的方法，该方法包括以下步骤：a)利用所述心电信号采集模块采集人体的心电信号；b)利用所述桡动脉脉搏信号采集模块采集人体的桡动脉脉搏信号；c)利用所述微处理器模块在所述心电信号上选择参考点并在所述桡动脉脉搏信号上选择参考点，并根据所述两个参考点计算出脉搏波的传输时间；以及d)利用所述微处理器模块中保存的血压测量公式并根据所述脉搏波传输时间，计算出血压测量结果。

在根据本发明第二个方面所述的血压测量方法中，所述脉搏波传输时间是通过计算所述两个参考点之间的时间间隔而被确定的。

所述心电信号上的参考点为心电信号中的R型波信号上的点，选择R型波信号上的峰值点作为参考点则更好。

所述桡动脉脉搏信号上的参考点为信号的顶端点，所述顶端点被定义为该信号波形中斜率为零的切线与斜率为最大值的切线的交点。

另外，在所述步骤d)中进一步包括以下步骤：d-1)利用所述血压测量校准模块提供的校准参数以及在所述血压测量校准模块测量校准参数时所测得的脉搏波传输时间，以计算出保存在所述微处理器模块中的脉搏波传输时间与血压关系的回归方程之中的回归常数，并由此确定所述回归方程的具体表达式；以及d-2)将实际测量中所获得的脉搏波传输时间代入所述回归方程的具体表达式以计算出血压。

所述步骤c)中进一步包括对脉搏波传输时间取平均的步骤。而且，所述脉搏波传输时间的平均值优选地为10秒钟内记录的数据的平均值。

所述方法还可包括利用无线数据传输模块将测得的血压值传送给远程终端的步骤。该步骤包括首先将血压测量结果传输给一个内置于血压测量装置中的无线数据传输模块，然后再将其传送给使用者近距离范围内的无线数据传输模块，该模块即可将数据通过微处理器传输到计算机的微处理器中以做进一步处理。

根据本发明所述的装置可被应用于诸如腕式手表的小型血压测量设备当中，方便病人长期佩戴使用，从而实现非侵入式的、连续的、小型化的血压测量。另外，在某些应用中，还可以利用无线数据传输模块将测得的血压值及对不正常血压值的报警信号用无线方式传给远处的专业医护人员，以便于医护人员对患者进行实时监控。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，通过这些说明，本发明的上述目的、优点及特征将变得更加清楚。在以下的附图中：

图1是根据本发明实施例所述的血压测量装置的结构示意框图。

图2是根据本发明实施例所述的血压测量方法的流程图；

图3是具体实现图2所示校准过程的流程图；

图4是具体实现图2所示确定测量过程中的时间间隔的过程的流程图。

图5是具体实现图2所示确定血压过程的流程图。

图6(a)是根据本发明一个实施例所述采用本发明所述装置的腕式手表的外观图；

图6(b)是图6(a)所示腕式手表沿X轴的剖面图。

具体实施方式

由于心脏的跳动使全身各处动脉管壁产生有节律的搏动，这种搏动称为脉搏。检查脉博通常选用较浅表的动脉，最常采用的部位是靠拇指一侧手腕部的桡动脉。在中医中，脉搏的特性，如强度、深度、节律还有波形等常被用来作为诊断信息。在本发明的实施例中，我们采用由机械传感器检测到的脉搏强度的波形以及心电信号来确定血压。

图1是根据本发明实施例所述的血压测量装置的结构示意框图。如图1所示，这种血压测量装置包括：心电信号采集模块1、桡动脉脉搏信号采集模块2、信号预处理模块3、微处理器模块4以及血压校准模块，其中血压校准模块由标准血压计8和键盘输入装置7组成。

桡动脉脉搏信号采集模块2采集人体的桡动脉脉搏波并将其转换为电信号，转换后的波形如图1所示，其中，横轴代表时间，纵轴代表电压。心电信号采集模块1利用诸如传统的PQRST方法来采集心电脉冲信号，图1示出了其采集到的R型波的波形，其中R代表了R型波脉冲的顶端点。信号预处理模块3对来自心电信号采集模块1和桡动脉脉搏信号采集模块2的心电信号和桡动脉脉搏信号分别进行预处理。具体来说，信号预处理模块3利用其中的带通滤波器和信号放大器(图中未示出)对心电信号和桡动脉脉搏信号分别进行处理，对心电信号来说，其带通频率为0.5-40Hz，放大倍数为2000。对桡动脉脉搏信号来说，其带通频率为0.5-15Hz，放大倍数为1000。经过滤波放大后的信号被输入至微处理器模块4。微处理器模块4首先对输入的信号进行模数转换，然后对上述两个信号进行顶点检测并计算两信号中对应顶点之间的时间间隔。之后，微处理器4可根据计算出的时间间隔和由血压测量校准模块提供的校准参数来实时计算血压值。具体的计算方法将在后面得到详细说明。另外，在本实施例中，所述血压测量装置还包括无线数据传输模块6以及显示装置5。显示装置5可用于显示输出的实时血压值。无线数据传输模块则可将得到的血压值传输给远程终端，以方便医护人员对病人的健康情况进行远程实时监控。

对本领域的普通技术人员来说，由于上述模块的实现电路已是公知的现有技术，通过阅读大量现有的参考文献就可以十分容易地做出这些模块电路。因此，在本说明书中将不对这些模块电路的实现做进一步展开说明。

图2是根据本发明实施例所述的血压测量方法的流程图。如图2所示，从总体上讲，该方法主要包括三个过程，即：校准过程、确定脉搏波传输时间(即所述时间间隔)的过程、以及计算血压测量结果的过程。以下将对这三个步骤分别进行详细说明。

一.校准过程：

如图2中的210所示，校准过程的目的是为后续的血压测量提供校准参数。其操作是利用图1所示的标准血压计8测量舒张压和收缩压来实现的。在本发明的实施例中，上述两个血压值通过键盘7输入并靠红外的方式传输给血压测量装置的微处理器，用以确定回归方程的常数。图3示出了校准过程的详细步骤。如图3所示，首先，在步骤310和320中，分别将收缩压和舒张压输入至血压测量装置的微处理器4中，如前所述，这两个作为校准参数的血压值是由标准血压计8测得并通过诸如键盘的输入设备而被输入给微处理器4。然后，在步骤330中，通过微处理器4(见图1)确定出校准时心电信号与脉搏波信号上的参考点之间的时间间隔(其详细步骤将在图4中给出)。这里，假定用于校准过程的血压值分别为SBP1_cal、SBP2_cal、DBP1_cal和DBP2_cal(即，利用标准血压计8进行两次测量，每次测得两个血压，SBP1_cal代表第一次测得的收缩压，DBP1_cal代表第一次测得的舒张压，依此类推)，与上述两次血压测量相对应的时间间隔分别为PTT1_cal和PTT2_cal，另外，假定对应于收缩压回归方程的常数为αs和βs，对应于舒张压回归方程的常数为αd和βd，则血压可以表示为：

SBP1_cal＝αs×PTT1_cal+βs

SBP2_cal＝αs×PTT2_cal+βs

DBP1_cal＝αd×PTT1_cal+βd

DBP2_cal＝αs×PTT2_cal+βd

这样，根据上述关系式，在步骤340中就可以计算出回归方程的常数αs和βs以及αd和βd。然后，在步骤350中，这些确定出的常数被存储在微处理器的内存中，以供后续的血压测量计算使用。

二.确定脉搏波传输时间的过程：

如图2中的步骤220所示，该过程用于确定实际血压测量过程中的参数值(时间间隔或者脉搏波传输时间)。图4说明了如何通过桡动脉脉搏和心电信号计算出用于确定血压的时间间隔或者脉搏波传输时间的步骤。如图4所示，首先，在步骤410中，检测心电图波形中R型波信号的峰值点并记下此时的时间位置。然后，在步骤420中，检测脉搏波波形中斜率为零的峰值点处的切线。接下来，在步骤430中，检测脉搏波波形中斜率为最大的点ts处的切线。然后，在步骤440中，根据上述两条切线的交点确定峰值点并记下此时的时间位置t_ps，按照这种方法找到的峰值点具有更强的鲁棒性，更适合于计算脉搏波传输速度。接下来，在步骤450中，计算脉搏波传输速度，也就是心电图R型波信号的峰值与对应的脉搏波信号的峰值点t_ps之间的时间间隔。对应的脉搏波是指紧随心电图上R型波信号之后出现的桡动脉脉搏波。最后，在步骤460中，计算上述时间间隔的平均值。之所以使用平均值，是因为上述参数测定的过程中会受到许多因素的干扰，致使测量精度下降。在本实施例中，建议病人在进行血压测量时，应至少得到10秒钟的测量数据来做平均。经过平均处理后的参数数值将被输入给图2中的步骤230以用于计算血压或者输入给图3中的步骤330以用于对装置进行校准。

三.计算血压测量结果的过程

如图2中的步骤230所示，该过程利用在步骤210和220中确定出的回归常数以及参数值(时间间隔或脉搏波传输时间)分别计算收缩压和舒张压。具体来说，在该过程中，微处理器4将实际血压测量过程中测得的时间间隔(或脉搏波传输时间)的平均值代入步骤210中所确定出的回归方程，从而计算出实际的血压值。图5给出了该过程的具体实现步骤。

如图5所示，步骤510用于通过存储在微处理器4的内存当中的回归方程的常数来计算收缩压，其计算公式如下：

收缩压＝αs×PTT_ave+βs

其中αs、βs是在图3所示校准过程的步骤340中计算出来的，PTT_ave是如图4所示的平均时间间隔。

步骤520用于通过存储在微处理器4的内存当中的回归方程的常数来计算舒张压，其计算公式如下：

舒张压＝＝αd×PTT_ave+βd

其中αd、βd也是在图3所示校准过程的步骤340中计算出来的，PTT_ave如图4所示的平均时间间隔。

计算完成后，结果数据可在步骤240中得到进一步处理，即，如果血压值超过正常标准，则将会给出报警信息，如步骤250所示。如果需要进一步的测量，则在步骤260中将重新调用步骤220、230、240和250以重复上述过程。

图6(a)是根据本发明一个实施例所述采用本发明所述装置的腕式手表的外观图。如图6(a)所示，在该手表外壳6 10的正面置有一个矩形状的液晶显示装置630，上面覆有表面玻璃620，如图6(a)的上部所示，一个检测心电信号的电极640被置于表的前表面的下部并凹陷下去。图6(b)是图6(a)所示腕式手表沿X轴的剖面图。如图6(b)所示，表的背部外壳650由导电材料制成，它被用作检测心电信号的另一个电极。同时，一个位移膜片也被作为桡动脉脉搏信号传感器而置于表的背部外壳，以用来检测桡动脉脉搏的强度。这种腕式手表装置体积小型、易于携带，并且能够对病人进行连续血压测量。

应该注意的是，以上对本发明具体实施方式和实施例的说明仅是示例性的，本领域普通技术人员可以理解本发明所述方法各个步骤的等同技术手段或替代手段均可以被用来实施本发明。但是这些不偏离本发明思想的变化和修改均落入本发明的权利要求书所限定的本发明的范围中。

Claims (22)

1.一种利用桡动脉脉搏信息来测量动脉血压的装置，包括：

心电信号采集模块，用于采集人体的心电信号；

桡动脉脉搏信号采集模块，用于采集人体的桡动脉脉搏信号；

信号预处理模块，它与所述心电信号采集模块和所述桡动脉脉搏信号采集模块电连接，用于对来自所述心电信号采集模块和所述桡动脉脉搏信号采集模块的信号进行预处理；

血压测量校准模块，用于提供血压测量的校准参数；以及

微处理器模块，它与所述信号预处理模块和所述血压校准模块电连接，用于根据来自所述血压测量校准模块的校准参数和所述信号预处理模块的信号确定血压测量公式，并且根据所确定出的血压测量公式以及来自所述信号预处理模块的信号对血压进行计算以获得血压测量结果。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述心电信号采集模块包括用于检测心电信号的传感器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述用于检测心电信号的传感器包括两个相同的传导电极。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述桡动脉脉搏信号采集模块包括用于检测桡动脉脉搏的传感器。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用于检测桡动脉脉搏的传感器为机械传感器。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述机械传感器包括位移传感器、压力传感器和加速度传感器。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号预处理模块进一步包括：

信号滤波电路，用于通过其中的带通滤波器对信号中的噪声进行过滤；以及

用于放大信号的信号放大电路。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述血压测量校准模块进一步包括：

标准血压计，用于为血压测量提供校准参数，即标准血压读数；以及

输入装置，用于将所述标准血压计提供的校准参数输入给所述信号处理模块。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括用于显示血压测量结果的显示装置以及用于将血压测量结果传输给远程终端的数据传输模块。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述数据传输模块包括一个内置于所述血压测量装置中的无线数据传输模块，利用该无线数据传输模块可将血压测量结果传送给使用者近距离范围内的无线数据传输模块，该模块即可将数据通过微处理器传输到计算机以做进一步的处理。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置被置于手腕式手表的外壳当中。

12.一种利用权利要求1所述的装置进行血压测量的方法，包括以下步骤：

a)利用所述心电信号采集模块采集人体的心电信号；

b)利用所述桡动脉脉搏信号采集模块采集人体的桡动脉脉搏信号；

c)利用所述微处理器模块对信号进行模数转换，在所述心电信号上选择参考点并在所述桡动脉脉搏信号上选择参考点，并根据所述两个参考点计算出脉搏波的传输时间；以及

d)利用所述微处理器模块中保存的血压测量公式并根据所述脉搏波传输时间，计算出血压测量结果。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述脉搏波传输时间是通过计算所述两个参考点之间的时间间隔而被确定的。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述心电信号上的参考点为心电信号中的R型波信号上的点。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述R型波信号上的点为R型波的峰值点。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述桡动脉脉搏信号上的参考点为信号的顶端点。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述顶端点被定义为所述信号波形中斜率为零的切线与斜率为最大值的切线的交点。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤d)中进一步包括以下步骤：

d-1)利用所述血压测量校准模块提供的校准参数以及在所述血压测量校准模块测量校准参数时所测得的脉搏波传输时间，以计算出保存在所示微处理器模块中的脉搏波传输时间与血压关系的回归方程(即血压测量公式)之中的回归常数，并由此确定所述回归方程的具体表达式；以及

d-2)将实际测量中所获得的脉搏波传输时间代入所述回归方程的具体表达式以计算出血压。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的回归方程为1次或2次回归方程。

20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤c)进一步包括对脉搏波传输时间取平均的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述脉搏波传输时间的平均值为10秒钟内记录的数据的平均值。

22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于还包括利用数据传输模块将测得的血压值传送给远程终端的步骤。

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