基于容积脉搏波的血压参数测量与标定的方法研究文章编号：1671-7104(2010)01-0004-05【作者】【摘要】【关键词】【中图分类号】【文献标识码】【Writers 】【 Abstract 】【Key words 】丁有得，邓亲恺*，梁妃学，郭劲松南方医科大学基础医学院生物信息学研究室，广东，广州， 510515提出通过人体指端一点位置测量脉搏波传播时间，进而标定收缩压、舒张压。
具体方法是通过交替点亮红光和红外光获取容积脉搏波，经放大滤波及信号处理后得到加速脉搏波，通过测量其中推进波和反射波之间的脉搏波传播时间来建立与血压的关系。
根据数据回归分析建立收缩压测量方程式，根据容积脉搏波中交直流成分之间存在的线性关系及数据回归分析，建立相应的舒张压测量方程式。
通过临床33例人体实验，其中18人作为训练组，15人作为对照组，并与基于传统充气袖带测量的OMRON电子血压仪测量结果作对照验证，结果表明有较好的一致性。
此方法简单易行，可望作为一种无创、连续血压参数测量的标定方法。
容积脉搏波；传播时间；收缩压；舒张压；标定R443.8ADing Youde, Deng Qinkai, Liang Feixue, Guo JinsengInstitute of Bioinformatics, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou, 510515 Physiology parameters measurement based on volume pulse wave is suitable for the monitoring blood pressure continuously. This paper described that the systolic blood pressure（SBP） and diastolic blood pressure （DBP）can be calibrated by measuring the pulse propagation time, just on one point of fi nger tip. The volume pulse wave was acquired by lighting the red and infrared LED alternately, and after signal processing, an accelerated pulse wave was obtained. Then by measuring the pulse wave propagation time between the progressive wave and refl ected wave, we can fi nd the relationship of the time and the blood pressure, and establish the related systolic blood pressure measurement equation. At the same time, based on the relationship between alternating current and direct current components in the volume pulse waveforms and through regression analysising, the relevant diastolic blood pressure measurement equation can be established. 33 clinical experimentation cases have been worked by dividing them into two groups: training group (18 cases) and control group (15 cases), by comparing with the measuring results of the OMRON electronic sphygmomanometer. The results indicated that the two methods had good coherence. The measurement described is simple and reliable, and may be served as a new method for noninvasively and continuously measurement of blood pressure.volume pulse wave, systolic blood pressure, diastolic blood pressure, Pulse Propagation time, blood pressure, calibrate心血管血流参数的实时监护对心血管疾病诊断、治疗、手术麻醉期的临床监护、危重病人的抢救等有重要的作用。
脉搏波能反映许多重要的心血管血流动力学信息，通过光电容积脉搏波无创测量心血管血流参数，由于其稳定性、适应性、重复性比较理想，特别适合于临床长时间的监护。
随着科学技术的不断进步和国内外学者对容积脉搏血流信号的机理与信息特征的深入研究[1]，基于容积脉搏波的监护模块研究不再仅仅停留在血氧和脉率这两个指标上，获取血压参数信息也成为近年来研究的重点与热点[2~4]。
此问题难点在于如何对容积脉搏血流进行标定，特别是如何建立起与血压的关系。
目前的研究主要包括两种方法：一种是根据容积脉搏波和压力脉搏波之间的转换关系得到血压参量[1][5]；另一种是利用脉搏波传导时间测量出血压[6-7]。
前者一般无法摆脱充气袖带的束缚和压力不断变化对人体的影响，长时间测量会给测试者带来不适感；后一种方法是近年来出现的一种新思路，无需充气袖带, 只要检测脉搏波传导时间, 即可间接推算出每搏血压值。
已有的研究一般是测量不同位置两点心电信号与脉搏波信号，脉搏波信号与脉搏波信号，要求操作人员有一定的医学知识，对检测部位要求十分严格，操作不便。
为了克服上述两种测量方法的不足，本文提出只用指端一点检测脉搏波传导时间的方法，减少了测量过程中传感器对受试部位的影响因素，舒适性和方便性都获A Calibrated Method for Blood PressureMeasurement Based on Volume Pulse Wave收稿日期：2009-11-11通讯作者：邓亲恺，教授， E-mail: dqk001@fi 得较大提高。
1 原理与方法1922年，Bazzett发现脉搏波传导速度（pulse wave transit velocity, PWTV）或传导时间（pulse wave transit time, PWTT）与动脉血压值有关，也同血管容积和血管壁弹性量有关[8]。
1957年， Lansdown[9]提出在一定范围内，脉搏波传导时间PWTT和动脉血压BP之间呈线性相关，且这一关系对于某一个体来说，在一段时期内是相对稳定的。
由脉搏波传导时间和血压之间关系可推导出如下关系[7]：BP = a + b × PWTT（1）其中a、b为待定系数，反映了不同血管生理状况下血压的变化。
1984年Hiroshi Osanai[10]等人通过对容积脉搏波进行二次、三次微分后得到的加速脉搏波波形进行研究，表明加速脉搏波能够有效地反映和预测血液循环系统功能。
他们对二次微分后的加速脉搏波（图1所示）的生理研究为：当心脏收缩时，动脉血由于压力向前推进到小动脉和毛细血管，由于其瞬时流量超过了通过毛细血管流向静脉的血液容量，于是就会造成毛细血管的快速扩张，表现为波形的快速上升（o—a段）；接着由于毛细血管中的血液进入静脉，会出现波形的快速下降（a-b）；同时，由于静脉血流量突然的增大，血管受力的同时也会有一定的反作用力将一部分静脉血重新推入毛心血管中，使得其容积变大，波形上升（b-c）；基于上述原因，同样的过程还会持续几个周期，随着血管弹性压力逐渐减小，波形最后趋于平缓。
该文在论述中，将血流朝向静脉方向流动，加速脉搏波呈上升的波形称为推进波；下降现象的波形称为反射波。
于是只要测量同一部位单个脉搏波中推进波与反射波之间的传播时间[11]（一般选择a-c之间的时间间隔），并以此建立起与血压的关系，就可以完成血压的测量。
本文采用光电传感器通过人体指端一点测量获得容积脉搏波，并从中提取数据进行分析，以训练组临床实验数据对照OMRON HE-757电子血压仪测量数据，分别建立收缩压、舒张压测量方程式，最后通过对照组实验结果以验证所建立两个方程式的可靠性。
由于血流参数标定的关键参数有收缩压、舒张压和脉搏波波形特征量K值，而临床上K值一般用固定值，如果通过这种方法测得的血压值有较好的可靠性，那么此方法就可作为一种新的简易的血流参数标定方法。
2 样机研制 研制的样机主要要实现指端光电容积脉搏波的采集与处理，加速脉搏波的获取与处理，波形特征点识别检出，参数计算和参数传输等功能。
实验样机原理框图如图2所示，包括光电传感器、探头驱动电路、运算放大电路、滤波电路、自动增益调节电路、微控制器、PC机接收显示模块、电源管理模块和串口通讯电路。
2.1 光电传感器及其驱动电路 光电传感器采用NELLCOR指套透射式血氧探头，该探头能避免外界环境光的干扰，而且穿戴方便舒适，适合长时间监护。
驱动电路用于交替点亮红光和红外光的LED。
由于二者穿透组织的能力不同，从透射光接收端采集的信号强弱也不一样，而系统又是单通道设计，所以可充分利用了微处理器中的PWM模块实现D/A功能，通过调整红光和红外光的发光亮度，使分别照射时需要不同放大倍数的问题得以解决。
2.2 MSP430微处理器 微处理器选用美国TI公司的16位超低功耗单片机MSP430FG439，它采用16位精简指令集，指令周期为125 ns，采用低功耗设计，1.8~3.6 V的供电电压，在2.2V 电压，1 MHz晶振系统中工作电流为225 uA。
在硬件架构上，提供了五种低功耗模式，可最大限度的延长手持设备的电池寿命。
它采用的数字可控振荡器（DCO）可图1 容积脉搏波和加速脉搏波Fig.1 Plethysmograph and accelerated pulse wave 图2 实验样机原理框图Fig.2 Experimental prototype principle diagram使低功耗模式到活动模式的时间小于6μs，同时，该芯片还内置三个可配置运算放大器，高性能12位双D/A转换器，2个带有三个捕获/比较寄存器的16位定时器，60KB 的Flash Rom，2 KB的RAM，一个通用异步/同步串行接口，48个I/O口和液晶显示驱动。