專利名稱：控制在血壓測量設備的可充氣的箍帶內的壓力的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制在血壓測量設備的至少一可充氣的箍帶、較佳手指箍帶內的壓力的裝置和方法，該設備設置有體積描記傳感裝置，在其中得到體積描記信號PG和箍帶壓力信號BP。
背景技術：
以非侵入方法連續(xù)監(jiān)測動脈內的血壓多年來是科學家和研究人員所關心的。早在1942年、R.Wagner在慕尼里就提出了設計成以所謂“血管卸載技術”、也稱為松弛的動脈壁的原理測量動脈橈側的動脈壓力的機械系統(tǒng)(Wagner R.“Methocdik und Ergebnisse fortlaufender Blutdruckschreibung amMenschen”，Leipzig，Georg Thieme Verlag，1942；Wagner R.et al.“Vereinfachtes Verfahren zur fortlaufenden Aufschrift des Blutdruckesbeim Menschen”，Zschr.Biol.112，1960)。由J.Penaz在1973年于德累斯頓市提出的關于非侵入式確定血壓的方法(1973在德累斯頓市舉行的醫(yī)學和生物工程的第十次國際會議的摘要)也使用了動脈卸載技術。由于這技術，第一次使用電動—氣動控制回路可以、不過僅僅在短時期連續(xù)記錄動脈內血壓。在這方法中，發(fā)射光線通過一手指，以及以這一方式通過伺服控制系統(tǒng)將壓力施加于手指，即使所發(fā)射的光線顯示的原來的脈動流保持不變。
該方法在原理上是基于下列控制回路一肢體或含有動脈的人體的一部分、例如手指、手腕或太陽穴被來自光源的光線照射。通過肢體(例如手指)的或被肢體或身體部分(例如手腕、太陽穴)中所含有的骨頭反射的光線被適當的光檢測器檢測，提出關于在身體末端內的血容積的相反的測量(體積描記信號PG)。在身體末端內血越多，吸收的光線就越多，體積描記信號PG越小。由差分放大器抑制PG的平均值，將所產生的信號PG輸送到控制器單元。在Penaz的方法中，該控制器具有比例積分微分(PID)特性。由PID控制器所產生的控制信號被放大和被加到一不變的設定點值(SP)和被傳送到伺服或比例閥，這在箍帶中產生壓力，它又作用在由光線照射的身體末端上?？刂葡到y(tǒng)通過施加的壓力使體積描記信號PG保持不變。在收縮期間當心泵將更多的血液送入身體末端時，PG信號顯示出減小的趨勢，PID控制器增大它的控制信號，箍帶中的壓力上升，直至將剩余的血推出身體末端和PG信號返回到它的先前值。相反，在舒張期間，同時心臟處于它的充填階段進入身體末端的血流減少，導致PG信號上升，PID的控制信號減小，引起施加于手指的壓力下降。這樣保持體積描記信號不變。依靠保持PG信號和從而保持身體末端中血體積長時期不變的該控制系統(tǒng)，在動脈內壓力和施加的外壓力之間的壓差(越過壁的壓力)為零。從而外部施加的壓力、即箍帶壓力BP等于在身體末端內的動脈中的壓力。這允許通過壓力傳感器或壓力計間接測量血壓。
Penaz原理的以上敘述假定控制系統(tǒng)是處于“閉環(huán)”工作之中。該系統(tǒng)還能夠在“開環(huán)”狀態(tài)下工作，同時PID控制器的控制信號不加到設定點值SP。此時在箍帶中的壓力不取決于體積描記信號PG，僅僅由設定點值SP決定。按照Penaz，SP對應于在身體末端內的平均動脈壓力和以PG值的最大動脈為特征。
在用于測量血壓的許多進一步的過程和裝置中已采用了該光—體積描記方法。EP 0537 383示出了用于非侵入的連續(xù)監(jiān)測血壓的可充氣的手指箍帶。該箍帶的可充氣的圓柱形空間氣動地連接于流體源。紅外線光源和檢測器位于剛性圓柱內的手指的相對側上。還提供了關于用氣體充填該圓柱的閥。用于光源和檢測器的電線通過圓柱壁。美國專利4,510,940號和美國專利4,539,997A號還示出用于連續(xù)的、非侵入的血壓測量的裝置和方法。提供了充填流體的箍帶、光源、光檢測器和壓差放大器。從美國專利4,406,289A號可知道關于測量血壓的類似裝置。
從主題是連續(xù)的、非侵入性血壓測量設備的WO 00/59369，已知比例閥或者更確切地壓力產生系統(tǒng)的改進，并帶有用于不同身體末端的壓力箍帶的許多變化型式。
所有已知的方法和裝置—雖然部分地提出了關于箍帶、比例閥、確定設定點SP等的顯著的改進—與Penaz的原來的測量原理相同都有一情況用控制器、例如PID控制器以“閉環(huán)”方式工作的較簡單的控制系統(tǒng)。Penaz敘述的控制系統(tǒng)存在關于自動控制工程的一問題。各自帶有特定的干擾變量的下列單獨的系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的一部分—用壓力源(泵)和比例閥產生的壓力—泵壓和閥泄漏可能變化。
—壓力腔室、箍帶和通過身體末端組織對動脈血管的壓力傳送。
—由于心臟作用所產生的血流的脈動起伏—這是按照Penaz的原理的箍帶壓力所補償的預期的干擾變量。
—如果使用的身體末端是手指，動脈血管是所謂的阻力血管。這意味著由自主性神經系統(tǒng)通過血管壁的平滑肌可以增加(血管舒張)或減小(血管收縮)動脈的直徑—從而血容積。
—光源和光檢測系統(tǒng)。這里的干擾變量是所使用的零件的制造誤差和最重的是環(huán)境光線在體積描記號PG上的影響。
—PG信號的平均值抑制。
—由于所使用的零件中的振動或由于電的或機械的影響所造成的進一步干擾。
即使在開環(huán)工作下優(yōu)化地確定設定點SP，這些因素幾乎排除了長時期按照Penaz原理進行連續(xù)的血壓測量的可能性。
在美國專利4,510,940A號中努力克服這些缺點。敘述了長期測量血壓的方法，其中周期地中斷閉環(huán)工作和在開環(huán)工作下重新確定SP。該方法是一拆衷方案和具有下列缺點在周期的尋找優(yōu)化的SP期間不檢測血壓波動。

發(fā)明內容
本發(fā)明的宗旨是在最初敘述的方法和裝置的基礎上提出一改進的控制過程和執(zhí)行該過程的用于測量血壓的一相應設備，其中得到了體積描記信號PG和箍帶壓力信號BP。尤其，保證長期間接地連續(xù)地測量血壓。
本發(fā)明通過以下步驟實現該目標a)使用在一第一內控制環(huán)中的箍帶壓力信號SP作為控制變量，將它作為一第一輸入信號輸送進入差分放大器，b)用被抑制的平均值PG將體積描記信號PG傳送進入在一第二外控制環(huán)中的控制器、較佳地PID控制器，相加到一設定點信號SP和產生目標記號SW，將該目標記號作為一第二輸入信號送入差分放大器，以及c)通過使用差分放大器的輸出信號AS控制連接于壓力源的至少一閥、即較佳比例閥，依次調節(jié)箍帶中的壓力。
用于控制具有關于獲得體積描記信號PG的體積描記傳感裝置和關于獲得環(huán)套壓力信號BP的壓力傳感器的血壓測量設備的至少一可充氣的環(huán)套、較佳地手指環(huán)套內的壓力的裝置的特征在于提供作用在差分放大器上的兩個控制回路，其中第一、內控制回路使用環(huán)套壓力信號作為一第一控制變量，其中第二、外控制回路設置有一控制器、較佳地PID控制器，該控制器從體積描記信號PG產生目標變量SW作為一第二控制變量，其中差分放大器的輸出控制連接于壓力源的至少一閥、即較佳地比例閥，從而調節(jié)環(huán)套內的壓力。第二控制回路設置有已知設計的差分放大器，該放大器從它的平均值PG減去體積描記信號PG，以及用求和單元相加一設定點信號SP。
本發(fā)明敘述了新穎的控制過程，它將允許長期間接地測量連續(xù)的血壓。該控制過程能夠體現為一電子線路或它可以在具有程序和數據存儲能力的計算機上實現。外圍控制回路可以優(yōu)化地以程序形式在計算機上實現，包含關于壓力產生系統(tǒng)或者關于產生光和光檢測系統(tǒng)的驅動器的迅速的、內控制回路較佳地體現為一電子電路。在本發(fā)明的范圍內將不要求在軟件和電子電路之間的精確區(qū)分。
所提出的控制過程的基本原理在于提供了特定的控制回路，該回路較佳地是集中的，用于整個控制系統(tǒng)的精確形成的暫時的性能和參數(快速的壓力上升和下降、在一心臟周期上越壁壓力的補償、中期波動、長期漂移)。在該情況下集中的意味著內控制回路與控制系統(tǒng)的某一暫時性能或參數有關和將關于這暫時性能的理想狀態(tài)提供到直接跟隨的外控制回路。這直接跟隨的外回路可以用作為對于又一外回路的內回路。優(yōu)先地，該內回路承擔快速控制任務，同時外回路負責整個控制系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。而且，可以提供用于某特定量(例如環(huán)套壓力、光檢測系統(tǒng)、平均值抑制等)的專用控制回路，并帶有對于相應的干擾變量優(yōu)化的控制參數。在以上解釋的意義上這些控制回路不需要一定是集中的。


現在將參照附圖詳細解釋本發(fā)明，在附圖中圖1示意地示出了按照本發(fā)明的關于用兩個控制回路控制血壓測量設備的可充氣的箍帶內的壓力的裝置，圖2示出了帶有附加的控制回路的如圖1所示的裝置的延伸的變化型式，圖3示出了帶有可充氣的環(huán)套的單獨的入口和出口閥的本發(fā)明的一變化型式，
圖4示出了本發(fā)明的又一變化型式中的電路細節(jié)。
具體實施例方式
圖1示出了關于控制在此沒有進一步示出的血壓測量設備的可充氣的手指箍帶內的壓力的裝置。該控制系統(tǒng)包括一第一內控制回路1，該回路從一第二外控制回路2接受目標信號SW。內控制回路1包括差分放大器10(較佳地運算放大器)、從壓力源例如泵4接受壓力的比例閥3、連接于箍帶6的壓力腔室5、以及將壓力腔室5內或箍帶6內產生的壓力轉化為正比于箍帶壓力的電信號BP的壓力傳感器7。將代表身體末端E內的動脈中壓力的該電信號BP輸送到差分放大器10，從而閉合第一內控制回路。差分放大器10以這樣一方式調節(jié)它的輸出電壓AS，即在它的正輸入和它的負輸出之間的電壓趨于零。差分放大器10以這樣一方式通過比例閥調節(jié)箍帶6內的壓力，即壓力傳感器7所產生的電壓等于目標值SW。第二外控制回路2供應對應于在身體末端(例如手指)E處的實際壓力的目標值SW，它必須保持體積描記傳感裝置8、9的體積描記信號PG不變。此時外控制回路2不再對包括比例閥3、泵4、壓力腔室5、箍帶6和壓力傳感器或壓力計7的壓力產生系統(tǒng)的特定性能負責，以及基本上包括體積描記傳感裝置、即光源8(較佳地發(fā)光二極管)和以已知方式確定在E內的血體積的光檢測器9(較佳地光電二極管)、以及從它的平均值PG減去信號PG的差分放大器11和能夠調節(jié)它的控制參數、比例放大系數P、積分放大系統(tǒng)I和/或差分放大系數D的控制器12。通過求和單元13閉合外控制回路2，該求和單元將被控制的信號加到預定的設定點信號SP上，從而對內控制回路1提供目標值SW。
圖1示出的本發(fā)明的控制過程的簡單的原理圖示出了與最初敘述的方法比較具有的下列優(yōu)點對于快速的壓力變化優(yōu)化了內控制回路1，同時將外控制回路2專用于體積描記信號PG的補償。從而對于它們各自的任務可以優(yōu)化各控制回路的參數。后面將詳細敘述的一進一步的差別是這實際情況在開和閉環(huán)工作之間沒有顯著的區(qū)別。在本發(fā)明的過程中，如果PID控制器12的回路放大系數P、I和D被設定為零，就提供開環(huán)工作。對于這些參數的所有其它設定，就閉合控制回路2。
如果系統(tǒng)的長期變化將被補償，可以添加各自負責特定任務的進一步的諸控制回路。在血壓記錄(閉環(huán)工作)期間補償某些隨時間的變化(血壓中的緩慢的中期至長期漂移、但是也較快變化)的控制回路較佳地被設計為上述意義上的集中的回路。用于形成關于測量本身的某些初始狀態(tài)(關于SP、P、I和D的初始值、光檢測系統(tǒng)的設定、PG的平均值抑制等)的控制回路或過程不一定必須是集中的。
圖2示出在圖1所示的基本設計的基礎上的兩控制回路1和2的可行的進一步發(fā)展。在此示出的控制回路16至21不需要全部示出和它的順序可以改變。提出了圖2的示意圖形，以示出具有與現有技術狀態(tài)比較為新穎特征的集中控制回路的基本原理。較佳地，從整體來看較頻繁地作用在該系統(tǒng)上的和因此負責較快變化的控制回路應該被設計為回環(huán)。
如在圖1中所示的帶有回路1和2的控制系統(tǒng)在圖2中表示為中央控制系統(tǒng)14和具有輸入參數SP、PG、P、I和D以及輸出參數BP和PG。在這中央控制系統(tǒng)14周圍可以使用進一步的集中控制器，而不需要如在美國專利4,510,940A號中的情況那樣為了確定在開環(huán)工作下的新初始條件而中斷測量。在上述美國專利4,539,997A號中，還以純外形方式提到了一第一和第二控制回路，但與本發(fā)明比較，這意味著僅僅是帶有PID控制器的已知的閉合的控制回路和沒有控制器的開放的控制回路。
本發(fā)明提出將箍帶壓力信號BP輸送到一收縮/舒張檢測器，利用它的輸出信號作為在以下將敘述的控制回路3至8的至少一個中的控制變量。由這檢測器供應對于某些控制回路所要求的血壓的收縮或舒張的時刻。
本發(fā)明例如還提供在一第三控制回路(平均值校正16)中體積描記信號PG的平均值PG被確定和連續(xù)地被校正為第二控制回路的輸入信號。該控制器確定PG的平均值，如果需要，還在第二控制回路的PG輸入處調節(jié)它。
在本發(fā)明的又一研發(fā)中，在一第四控制回路(放大系數控制17)中利用體積描記信號PG和箍帶壓力信號BP優(yōu)化放大系數P、I和/或D，這些系數被連續(xù)地校正為對PID控制器12的輸入。該控制回路專用于監(jiān)測，如果需要，還校正第二控制回路的回路放大系數P、I和D。為此在環(huán)套壓力信號BP和體積描記信號PG之間的比例被連續(xù)地監(jiān)控和優(yōu)化。
在本發(fā)明的一優(yōu)越的變化型式中，依據體積描記信號PG的積分在一第五控制回路18中再調節(jié)設定點信號SP。其中在兩個舒張之間的時期內計算PG的積分。盡管連續(xù)補償，一小的PG信號總是存在成為一驅動信號，能夠計算它的積分。由于整個系統(tǒng)的控制系統(tǒng)要求通過施加的壓力使體積描記信號PG保持不變，PG對時間、即在一心臟周期上的積分也必須不變。如果不是這情況，控制回路18將在系統(tǒng)上作用，以及將通過改變改變設定點SP變更施加的壓力。
在本發(fā)明的又一研發(fā)中，在例如體積描記信號PG和箍帶壓力信號BP的幅值、平均值、波形等的所得出的數值的基礎上使用模糊邏輯法在一第六控制回路(模糊控制回路19)內再調節(jié)設定點信號SP。通過收縮/舒張檢測器15進行區(qū)分，模糊控制器19將諸新的心臟周期與以前的諸心臟周期比較。在此監(jiān)測信號BP和PG。按照模糊邏輯，例如可以明確表達以下的模糊直觀推斷—BP、PG分別(強烈地)增大/減小，因此向上/向下調節(jié)SP，—平均壓力對壓力幅值的比較變得較大/較小，因此向上/向下調節(jié)SP，—平均壓力對舒張壓的比值變得較大/較小，因此向上/向下調節(jié)SP，—等等。
按照本發(fā)明依據箍帶壓力信號BP的脈沖的波形在一第七控制回路20內再調節(jié)設定點信號SP。控制器20“波形控制”也將收縮/舒張檢測器15劃分的諸新的心臟周期與以前諸心臟周期比較，箍帶壓力信號BP的形狀被監(jiān)測和與以前諸心臟周期的脈沖波形比較。如眾所周知那樣，脈沖波形在病人之間是不同的，每個病人都有特征波形，如像他有特征的手指指紋那樣。脈沖波形取決于大和小血管的狀態(tài)和隨著年歲可以改變，但不是在血壓測量期間。還可以將這性能用于控制箍帶壓力。如果脈沖波形隨時間變化，生理上的血管收縮或血管舒張或許已發(fā)生，必須分別地再調節(jié)設定點、設定點信號SP。
最后，可以使用神經網絡、自回歸模式或自教導模式用于在一第八控制回路21中再調節(jié)設定點信號。
求和單元22(圖2)將由各控制回路16至17所提供的諸設定點SP的變化相加，通過第二控制回路2(圖1)的SP—輸入再調節(jié)提供到身體末端E的壓力。
圖3示出了本發(fā)明的一實施例，其中差分放大器10通過同相放大器單元23控制連接于壓力源4的入口閥25和通過倒相放大器單元24控制出口閥27，這些閥較佳地是壓力連接于可充氣的箍帶6的比例閥。代替一個比例閥3(如在圖1中所示)，在該情況中使用兩個單獨的閥，一個用于壓力上升，一個用于壓力下降。在以上所述的WO 00/59369 A2中敘述了該結構的優(yōu)點，不過沒有使用多個控制回路。
在圖3中所示的提供目標值SW的另一控制回路1包括起控制器作用的差分放大器10(較佳地為運算放大器)。差分放大器10的輸出電壓驅動同相放大器單元23和倒相放大器單元24。該兩單元的絕對的放大系數是相等的，從而一個單元的輸出電壓等于另一個的負的電壓。
U1＝-U2。
放大器單元23控制比例入口閥25，該入口閥在一側上通過壓力補償管26連接于泵4。該入口閥25控制進入壓力連接于箍帶6的壓力腔室5的入口壓力。放大器單元24控制在一側上連接于壓力腔室5的比例出口閥27。該出口閥27控制克服通常的大氣壓力的壓力腔室5的出口壓力。如果差分放大器10的輸出電壓上升，同相放大器單元23的輸出電壓將上升和倒相放大器單元24的輸出電壓將下降相同的數量。從而入口閥25會被打開和出口閥27會被關閉相同的程度。箍帶6內的壓力將迅速上升。如果差分放大器10的輸出電壓下降，將發(fā)生相反的情況。通過倒相放大器單元24出口閥27將被打開和通過同相放大器單元23入口閥25將被關閉相同的量，引起壓力腔室5內和箍帶6內的壓力下降。壓力傳感器或壓力計7將壓力腔室5內產生的壓力轉變成箍帶壓力信號BP，箍帶壓力信號正比于該壓力和被輸送到差分放大器10，從而閉合第一控制回路。理想地差分放大器10以這樣一方式調節(jié)它的輸出電壓，即在它的+輸入和它的-輸入之間的電壓趨于零。差分放大器10以這樣一方式通過放大器單元23和24操縱入口閥25和出口閥27，即壓力傳感器7產生的電壓等于目標值SW。
圖3所示的電路有利地還用非線性閥25和27工作，甚至用快速數字on/off開關閥。按照本發(fā)明，差分放大器10可以被設計為比較器，該比較器驅動調節(jié)箍帶6內的壓力的至少一個數字開關閥。在該情況中的比較器起到帶有最大放大系數(沒有放大系數反饋)的運算放大器的作用。比較器10將SW與BP比較。如果BP小于SW，那么輸出電壓大致等于正的工作電壓，通過放大器單元23入口閥25完全被打開，通過放大器單元24出口閥27完全被關閉。壓力腔室5內產生的壓力上升，直至BP大于SW。從而差分放大器(比較器)10的輸出電壓大致等于負的工作電壓，入口閥25被完全關閉，同時出口閥27完全打開。壓力腔室5內產生的壓力下降。如果SW和BP大致相等，在差分放大器(比較器)10的輸出處將產生帶有脈沖/空白比為50％的矩形脈沖鏈。從而在差分放大器(比較器)10的輸出處產生的矩形脈沖鏈的脈沖/空白比中包含了關于壓力下降或上升的信息。關于該系統(tǒng)發(fā)揮作用的先決條件是反應比有一定慣性為特征的箍帶6內的壓力變化更快的充分快的開關閥(較佳地壓電閥)。
在圖1至3中所示的控制回路在連續(xù)的血壓測量(閉環(huán)工作)期間全部起作用。為了保證正確的工作必須建立精確形成的初始狀態(tài)—如關于大部分控制回路的情況那樣。較佳地在測量之前確定初始狀態(tài)。這在開環(huán)或閉環(huán)工作中進行是不重要的。
比較上述的現有技術的方法，如果找到優(yōu)化的體積描記信號PG那么在本發(fā)明中會是很優(yōu)越的。因此，本發(fā)明提出體積描記傳感器8、9配備裝置28、40、41用于從體積描記信號PG消除雜光、尤其環(huán)境光，還提供電路33至38，用于控制體積描記傳感器的光源8的電壓或電流。
圖4示出了產生優(yōu)化的PG信號的控制系統(tǒng)的可行的變化型式。該系統(tǒng)的消除環(huán)境光的那部分是集中的控制回路，但是由于它形成初始值，不是設置優(yōu)化的發(fā)光二極管電流(光源8)的部分。
由計時器單元28控制光源8、發(fā)光二極管，計時器單元產生三個同步的矩形脈沖鏈。信號“LED”29脈動地驅動發(fā)光二極管8。當信號“LED”29處于HIGH，發(fā)光二極管8被接通。在圖4中所示的50％的脈沖/空白比不是必不可少的，其它比例也是可行的。計時器28還產生信號“SHlight”30(取樣和保持)，就在發(fā)光二極管8被斷電之前該信號為HIGH。就在發(fā)光二極管8被接通之前也由計時器產生的信號“SHdark”31是HIGH。
信號29通過開關32接通發(fā)光二極管8。發(fā)光二極管控制單元33能夠改變發(fā)光二極管8的電流，從而改發(fā)光強度。能夠利用開關34和35驅動與限制電流的電阻36平行的分流電阻37和38，從而能夠增大通過發(fā)光二極管8的總電流。
通過身體末端E照射的光線由光電二極管9檢測和由放大器39放大。隨著發(fā)光二極管8被接通和斷電，所檢測的光信號將脈動。但是，即使發(fā)光二極管8被斷電時，也將檢測到微弱的光信號，這是因為環(huán)境光也將通過身體末端E和在光電二極管9處產生信號。為了避免通過使發(fā)光二極管8接通和斷電引起的暫態(tài)過程，現在將不考慮就在開關發(fā)光二極管8之前的時間。就在接通發(fā)光二極管8之前一發(fā)光二極管仍就是暗的—光電二極管9所產生的信號僅僅取決于環(huán)境光。另方面，就在使發(fā)光二極管8斷電之前—發(fā)光二極管8仍舊發(fā)光—光電二極管9內產生的信號將取決于發(fā)光二極管的光加上環(huán)境光。由計時器28和它的信號“SHlight”30和“SHdark”31限定這些時刻。光電二極管9的放大的光信號被輸送到取樣和保持單元40以及由信號“SHlight”30和“SHdark”31解調。在取樣和保持單元40的輸出端處產生亮和暗信號。如果在差分放大器40中計算這兩信號的差異，其結果是僅僅取決于發(fā)光二極管8的光強度的光信號與環(huán)境光影響無關。
所產生的光信號具有主要的DC成分和附加的較小的信號PG，該信號PG是對應于由于心臟的作用所造成的血體積的脈動變化的所需的體積描記信號。PG—信號PG的DC成分或更確切地說平均值和血壓測量無關，但是一干擾，因此必須被抑制。但是PG取決于為測量所選擇的身體末端E，以及在病人之間有很大的不同。按照本發(fā)明，因此控制系統(tǒng)裝備有裝置42至47，用于計算關于體積描記信號的平均值PG的起始值。在每次進行測量之前必須可靠地進行平均值校正和按以下方法進行由差分放大器11進行平均值校正，該差分放大器預先裝有某平均值PG作為初始值。差分放大器11通過從預供給的平均值PG減去已經從其去除了環(huán)境光的光信號產生PG信號。差分放大器11不僅執(zhí)行平均值校正，而且放大和轉換PG信號，然后將該信號送入比較電路。比較電路包括上比較器42、下比較器43和帶有電阻44、45、46的電壓分配器，這些電阻形成了諸閾值。如果差分放大器11所產生的PG信號超過了上比較器42的閾值，這表明預提供的平均值PG被選擇得太高。將這連通到PG控制單元47，該單元減小平均值PG，直至PG信號低于上比較器42的閾值。另方面，如果差分放大器11所產生的PG信號小于下比較器43的閾值，那么預提供的平均值太小。在這情況下PG控制單元47將增大平均值PG，直至PG信號位于下比較器43的閾值之上。
圖4所示的控制系統(tǒng)還包含峰值檢測器48，用于確定、如眾所周知的那樣、在箍帶6內的壓力BP大致等于平均血壓時產生的PG信號的最大幅值。從而可以利用峰值檢測器48尋找平均血壓。為此變化在箍帶6內的壓力BP，直至發(fā)生PG信號的最大幅值。由PG信號的最大幅值還取決于各病人的身體末端E的性能，因此此時估計該最大幅值。如果該幅值太小，那么指示發(fā)光二極管控制單元33加大電流，從而增加發(fā)光二極管8的發(fā)光強度。相反，如果PG信號的最大幅值太大，那么指示發(fā)光二極管控制單元33減小通過發(fā)光二極管8的電流。
當已找出PG信號的幅值處于它的最大值時的箍帶壓力BP時，能夠確定關于發(fā)光二極管8的優(yōu)化電流—如以上所述—可以通過上述比較電路42-47以優(yōu)化方式從PG信號中去除干擾的平均值PG。所得到的壓力也對應于設定點SP的優(yōu)化初始值，這是因為對于被設置為零的控制放大系數P、I和D壓力BP的變化主要受SP中的變化的影響。
最后本發(fā)明提出了用于計算關于設定點信號或設定點SP的初始值的一方法。
為了確定優(yōu)化的設定點值SP，較佳地使用以下過程在1.以這一方式由SP的變化改變箍帶6內的壓力，即峰值檢測器48已找到了PG信號的最大幅值，以及2.已找到關于發(fā)光二極管8的優(yōu)化電流，以及3.已優(yōu)化地從PG信號去除了干擾的平均值PG之后，放大系數控制單元17(圖2)從PG信號的最大幅值計算P、I和D和關閉控制回路2。箍帶6內的壓力開始脈動和按照所強加的控制條件使PG信號保持不變。此時再次改變SP。收縮/舒張檢測器15區(qū)分每個心臟周期，將它與相應SP關聯(lián)，以致可以估計確定優(yōu)化的SP。為了估計，對于每個不同的SP使用一典型的心臟周期。為了估計可以使用以下標準BP的幅值、平均壓力對壓力幅值的比值、平均壓力對舒張壓力的比值、壓力上升或減小、暫時相關關系等。按照控制回路19中的模糊邏輯，可以正式提出以下模糊標準和因此可以估計心搏或心臟周期—所考慮的心臟周期的BP幅值是在最大BP幅值的范圍內—平均壓力對壓力幅值的比值處在生理范圍之內—平均壓力對舒張壓力的比值處在生理范圍之內—壓力上升和壓力下降處在生理范圍之內—暫時相互關系處在生理范圍之內—等等。
按照這些模糊標準，例如通過使用簡單的評分系統(tǒng)可以估計各心臟周期。帶有最好評分的心臟周期具有優(yōu)化的SP，通過使用優(yōu)化的SPs的平均值分解聯(lián)系。以這方式可以找到設定點或設定點信號SP的優(yōu)化初始值，并將該初始值連通到所有集中的控制回路。由于已經確定了控制回路、SP、PG、P、I、D和優(yōu)化的發(fā)光二極管電流，因此現在可以開始測量。此時監(jiān)測這些值，如果需要，通過所有的集中控制器再調節(jié)這些值，以及可以進行血壓的長期連續(xù)測量。
權利要求
1.用一體積描記傳感裝置控制在一血壓測量設備的至少一可充氣的箍帶、較佳地一手指箍帶內的壓力的方法，從而得到一體積描記信號PG和一箍帶壓力信號BP，其特征在于a)在一第一內控制回路中，將箍帶壓力信號BP用作為控制變量和作為一第一輸入信號被輸入到一差分放大器內，b)在一第二外控制回路中，將帶有被抑制的它的平均值PG的體積描記信號PG輸送到一控制器、較佳地一PID控制器內，并相加到一設定點信號SP，以及產生一目標信號SW，將目標信號作為一第二輸入信號輸送進入所述差分放大器，以及c)利用差分放大器的輸出信號AS控制連接于一壓力源的至少一閥、即較佳地一比例閥，該閥再調節(jié)箍帶內的壓力。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，體積描記信號PG的平均值PG在第三控制回路內被確定和連續(xù)地被校正為第二控制回路的輸入信號。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，放大系數參數P、I和/或D在一第四控制回路中借助于體積描記信號PG和箍帶壓力信號BP被優(yōu)化，以及連續(xù)地被校正為對PID控制器的諸輸入。
4.如權利要求1至3的任一項所述的方法，其特征在于，在一第五控制回路中，根據體積描記信號PG的積分再調節(jié)設定點信號SP.
5.如權利要求1至4的任一項的方法，其特征在于，在一第六控制回路中，在所得的數值、例如體積描記信號PG和箍帶壓力信號BP的幅值、平均值、波形等的基礎上，利用一模糊邏輯方法再調節(jié)設定點信號SP。
6.如權利要求1至5的任一項所述的方法，其特征在于，在一第七控制回路中，根據箍帶壓力信號BP的脈沖波形再調節(jié)設定點信號SP。
7.如權利要求1至6的任一項所述的方法，其特征在于，在一第八控制回路中，借助于神經網絡、自回歸模式或自學模式再調節(jié)設定點信號SP。
8.如權利要求1至7的任一項所述的方法，其特征在于，將箍帶壓力信號BP輸送到一收縮/舒張檢測器，利用該檢測器的輸出信號作為第三至第八控制回路的至少一個中的控制變量。
9.一種用于控制在一血壓測量設備的至少一可充氣的箍帶、較佳地一手指箍帶中的壓力的裝置，該裝置具有用于得到一體積描記信號PG的一體積描記傳感裝置(8，9)和用于得到一箍帶壓力信號BP的一壓力傳感器(7)，其特征在于，提供在一差分放大器(10)上作用的兩個控制回路(1，2)，其中第一內控制回路(1)利用箍帶壓力信號BP作為一第一控制變量，第二外控制回路(2)設置有一控制器(12)、較佳地一PID控制器，該控制器從體積描記信號產生一目標變量SW作為一第二控制變量，以及差分放大器(10)的輸出控制連接于一壓力源(4)的至少一閥、即較佳地一比例閥(3；25，27)，從而調節(jié)箍帶(6)內的壓力。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，第二控制回路(2)設置有一差分放大器(11)，該放大器從體積描記信號的平均值PG減去體積描記信號PG，以及設置有相加一設定點信號SP的一求和單元(13)。
11.如權利要求9或10所述的裝置，其特征在于，所述差分放大器(10)通過一同相放大器單元(23)控制連接于一壓力源(4)的一入口閥(25)和通過一倒相的放大器單元(24)控制一出口閥(27)，所述諸閥較佳地被設計為壓力連接于可充氣的箍帶(6)的諸比例閥。
12.如權利要求9至11的任一項所述的裝置，其特征在于，所述差分放大器(10)被設計為一比較器，該比較器驅動用于箍帶(6)內的壓力調節(jié)的至少一數字開關閥。
13.如權利要求9至12的任一項所述的裝置，其特征在于，體積描記傳感器(8，9)裝備有用于從體積描記信號PG消除雜光、尤其環(huán)境光的一裝置(28，40，41)。
14.如權利要求9至13的任一項的裝置，其特征在于，體積描記傳感器(8，9)的光源(8)裝備有用于控制它的電壓或電流的電路(33至38)。
15.如權利要求10至14的任一項所述的裝置，其特征在于，設置一裝置(42至47)，用于計算關于體積描記信號的平均值PG的一初始值。
16.如權利要求10至15的任一項所述的裝置，其特征在于，設置一裝置，用于計算關于設定點信號SP的一初始值。
全文摘要
本發(fā)明涉及關于調節(jié)在血壓計的至少一可充氣的環(huán)套、尤其手指環(huán)套(6)內的壓力的方法和裝置，該裝置包括用于檢測體積描記信號PG的體積描記傳感裝置(8，9)和用于檢測環(huán)套壓力信號BP的壓力傳感器(7)。按照本發(fā)明，使用作用在差分放大器(10)上的兩控制回路(1，2)單獨地調節(jié)不同的工作參數，第一內控制回路(1)利用箍帶壓力信號BP作為第一調節(jié)變量，第二外控制回路(2)包括調節(jié)裝置(12)、較佳地PID調節(jié)器，該調節(jié)裝置從體積描記信號PG產生額定值SW作為第二調節(jié)變量。將差分放大器(10)在輸出側連接到連接于壓力源(4)的至少一閥、較佳地比例閥(3；25，27)，用于調節(jié)箍帶(6)內的壓力?？梢允褂酶郊拥耐饪刂苹芈?16至21)，用于分別地對確定的額定值設定該裝置的一參數。
文檔編號A61B5/022GK1867293SQ200480030440
公開日2006年11月22日 申請日期2004年8月19日 優(yōu)先權日2003年10月21日
發(fā)明者J·福汀, R·格魯倫伯格, A·哈克爾, F·斯克拉博 申請人:Cn體系藥物技術有限公司