專利名稱：對無袖帶式動脈血壓測量裝置進行校準的方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及校準無袖帶式動脈血壓測量裝置的方法。
背景技術：
無袖帶式動脈血壓測量裝置通常采用脈搏波特征量來估計動脈血壓值。其中較常用的一種方法就是利用脈搏波傳輸時間(速度)來預測動脈血壓。大量研究表明，脈搏波傳輸時間與血壓之間呈現(xiàn)出近似線性的關系，而這種關系是對象依賴的。這也就是說，利用脈搏波傳輸時間估計動脈血壓前首先要針對每個使用者進行校準，即建立脈搏波傳輸時間與使用者動脈血壓之間的關系。
校準的步驟通常包括利用標準血壓計測量動脈血壓以及相應的脈搏波傳輸時間，然后將對應的測量值輸入到無袖帶式裝置的控制單元以便建立動脈血壓與脈搏波傳輸時間之間關系。例如，美國專利6,603,329公開了一種多功能血壓計，它提供了一種基于脈搏波傳輸時間理論的血壓測量方法。該裝置包括一個輸入單元，用來輸入校準所需的血壓值。日本專利2002-172094公開了一種血壓測量系統(tǒng)，包括一個直接測量血壓的裝置(通常是基于袖帶式方法的)和一個基于脈搏傳輸理論的電子腕式手表血壓計。該發(fā)明的主要特征是，由直接測量血壓的裝置測量到的血壓數(shù)值可自動傳輸給電子腕式手表血壓計用于其校準，因此使用者不用手動輸入校準數(shù)據(jù)。一旦校準完成，電子腕式手表血壓計可以利用由檢測到的心電信號和檢測到的脈搏波信號計算脈搏波傳輸時間，來估計使用者的血壓值。
校準若可以在一定的血壓動態(tài)變化范圍內(nèi)進行，顯然會提高血壓估計的準確性。例如，卡西歐公司推出的測量個體血壓的血壓手表，通過運動試驗改變血壓范圍，以得到脈搏波傳輸時間與血壓之間的關系。歐洲專利0875200也提出測量靜止時和運動時不同的脈搏波傳輸時間和血壓以得到二者關系的一個動態(tài)范圍。美國專利5649543提出測量平臥時和坐起來時的不同血壓值來校準血壓測量方程。為了處理由于對象本身生理狀況發(fā)生變化而引起的脈搏波傳輸時間與血壓之間關系的改變而引起的測量精度的降低，美國專利5755669，6022320，6083171等提出用估計的血壓值判定是否需要重新校準并利用不同生理狀況下的多組脈搏波傳輸時間與動脈血壓的數(shù)據(jù)進行校準。而中國專利CN1127939C提出利用將手掌置于心臟水平面上和離開心臟水平面時測量到的不同的脈搏波傳輸時間以及血壓值來確定校準方程。但是，在該方法中，改變高度后的血壓值采用平均的方法近似得到，而沒有考慮到脈搏波傳輸速度在動脈樹的每一點都是不一樣的。本發(fā)明中提出的新方法正是對上述不足做出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于簡化校準步驟，同時提高校準精度以克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出如下的對無袖帶式動脈血壓測量裝置進行校準的方法，包括以下步驟(1)測量參考動脈血壓值BP0并記錄脈搏波相關信號；(2)根據(jù)脈搏波相關信號提取至少一個脈搏波特征量；(3)改變測量脈搏波相關信號的肢體部位的高度h，記錄脈搏波相關信號并根據(jù)該信號提取至少一個脈搏波特征量；(4)確定脈搏波特征量與參考動脈血壓值之間的關系。
其中，脈搏波相關信號可以選自容積描記信號、壓力波信號、電阻抗信號、壓電信號和心電信號中的一種或多種。根據(jù)記錄的一種或多種脈搏波相關信號可以計算脈搏波特征量。脈搏波特征量與動脈血壓之間的關系可通過對分布式模型積分得到，由至少一個系數(shù)和一個常數(shù)描述。系數(shù)和常數(shù)可利用肢體部位在不同高度時記錄的一個或多個脈搏波特征量來確定。脈搏波特征量可以是通過容積描記信號、壓力波信號、電阻抗信號、壓電信號和心電信號中的一種或多種確定的脈搏波幅值、面積、高階矩、特征時間、周期域特征量中的一種或多種。其中的特征時間可為脈搏波傳輸時間(PTT)。高度h可通過加速度計的讀數(shù)來計算。參考動脈血壓值BP0可利用肢體部位在不同高度時容積描記信號波形幅值最大時對應的高度產(chǎn)生的流體靜力學壓力來確定。BP0也可利用振蕩法或聽診法測量。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方案進行詳細說明。通過這些說明，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點及特征將變得更加清楚。在以下的附圖中圖1是實現(xiàn)本發(fā)明方法校準過程的流程圖；圖2是說明高度改變時各參量的示意圖；圖3是說明容積描記信號幅值隨經(jīng)皮壓力變化的示意圖；圖4是說明利用肢體高度變化測量BP0的流程圖。
具體實施方案校準，即找到脈搏波特征量與動脈血壓之間的關系。優(yōu)選地，在本具體實施例中，脈搏波特征量選用脈搏波傳輸時間。
實施例1
本實施例中進行血壓測量的校準過程可參見圖1的流程圖。首先要在步驟101中測量參考血壓值BP0。若采用采用袖帶式方法，振蕩法或聽診法，使用者需將袖帶纏繞在身體的某個部位，如上臂，該部位與心臟在同一水平高度。若采用無袖戴式，則具體步驟將在后文描述。脈搏波相關信號的記錄步驟103可以與血壓值的測量同步進行。要記錄的脈搏波相關信號為光電容積描記信號，也可以記錄心電信號。袖帶式血壓測量與脈搏波相關信號的記錄優(yōu)選地在同一側手臂上同步進行。由于袖帶壓力會影響脈搏波相關信號，所以在步驟104中可利用袖帶充氣初始階段，即袖帶壓力低于舒張壓時的一段脈搏波相關信號來計算脈搏波傳輸時間PTT0?；蛘撸}搏波相關信號的記錄可與參考血壓值的測量順序進行。測量完成后，在步驟102中得到當次測量的參考血壓值。在步驟105中，改變記錄脈搏波相關信號肢體部位相對于心臟的高度h再一次記錄脈搏波相關信號，然后在步驟106中計算在新的高度上的測量到的脈搏波傳輸時間PTT1。根據(jù)需要，該步驟可重復多次，得到在不同高度的多個PTT。根據(jù)上述信息即可在步驟107中確定脈搏波傳輸時間與動脈血壓之間的關系式。確定該關系式的具體步驟將在下面詳細說明。最后，在步驟108中將其存儲在存儲單元中，并結束校準。
大量研究表明，脈搏波傳輸速度與血壓之間具有近似線性的關系。該關系可表示為PWV＝a×Pt+b (1)其中，a和b為待定參數(shù)。
Pt＝Pin+Ph-Pe(2)Pt為經(jīng)皮壓力，Pin為血管內(nèi)壓力，也就是常說的心臟水平位置的動脈血壓，Ph是由于高度改變所引起的流體靜力學壓力，而Pe是外界作用的壓力。由于外界壓力通常為零，所以脈搏波傳輸速度就只與血管內(nèi)壓力和離開心臟的高度h變化引起的流體靜力學壓力有關。
Pt＝Pin+ρgh＝Pin+ghlsinθ (3)肢體部位位于心臟上方時，h為負值；反之，則為正值。l是指肢體高度變化段沿著動脈上兩點之間的距離，為可測量量，θ為肢體抬高或降低時與心臟水平面之間的角度，如圖2所示。進一步，PWV＝a×(Pin+ρgh)+b(4)其中ρ為血液密度，肢體部位高于心臟水平位置時血壓值會下降，而低于心臟水平位置時血壓值會上升。上式可進一步改寫為，PWV＝(a*Pin+b)+aρgh＝v0+aρgh (5)其中v0＝a*Pin+b為肢體部位和心臟在同一水平位置時的脈搏波傳輸速度。在血管內(nèi)壓Pin沁不改變的情況下，脈搏波傳輸速度與肢體離開心臟水平位置的高度h有關。
脈搏波傳輸速度可通過直接可測量量——脈搏波傳輸時間來反映。嚴格來講，脈搏波傳輸時間是指脈搏波在動脈上兩點之間的傳輸時間。由于脈搏波傳輸速度在動脈樹上的每一點均不相同，因此，脈搏波傳輸時間可以通過對脈搏波傳輸速度沿動脈樹積分得到，PTT=∫0ldxPWVx=∫0ldxv0+aρgxsinθ---(6)]]>其中，起點肢體部位與心臟位于同一水平面。對上式進行積分并進行泰勒展開近似，得到PTT=lv0+12aρgv02l2sinθ=lv0+12aρgv02lh---(7)]]>在上式中，PTT，l是可測量量，h可通過加速度計的讀數(shù)來計算，所以通過上式可確定出其中的未知量v0和a。當h＝0時，即動脈上兩點均處于心臟水平位置時，v0=lPTT0.]]>當動脈上兩點中的終點部位高于或低于心臟水平位置時，可確定出a=2lρgh(PTT1-PTT0PTT02).]]>將v0和a的數(shù)值代入公式(5)中，即可確定出b，從而得到脈搏波傳輸時間與動脈血壓(此處的動脈血壓值以平均壓帶入較為合適)之間的關系Pin=la*PTT-(ρgh+ba)---(8)]]>為測量方便，測量脈搏波傳輸時間的起始點通常選為心電信號的R型波的頂點。若考慮此種情況，實際測到的脈搏波傳輸時間為從心臟到測量位置的整個傳播時間，整個傳輸路徑可分為固定段和活動段。固定段是指測量時高度沒有變化的肢體段(即從心臟到肢體抬高/降低段之前的一段路徑)，這一段的PWV與高度變化無關，僅僅與血管內(nèi)壓力Pin有關；而活動段是指肢體抬高/降低段的起點到測量脈搏波相關信號的肢體部位的一段路徑。因此上述公式(7)可改寫成PTTtotal=l0v0+lv0+12aρgv02lh=l0+lv0+12aρgv02lh---(9)]]>其中，l0為固定段的等效長度，它等于從心臟到固定段末端(活動段起始端)的脈搏波傳輸時間(可測)和固定段脈搏波傳輸速度的乘積(可計算)。固定段的脈搏波傳輸速度近似地等于活動段在心臟同一水平位置時的脈搏波傳輸速度，它可由活動段的長度除以脈搏波在活動段的傳輸時間來確定。因此，可得到脈搏波傳輸速度與動脈血壓之間的關系Pin=l+l0a*PTTtotal-(ρgh+ba)---(10)]]>其中，PTTtotal為可測量量。
實施例2脈搏波傳輸時間與血壓之間的關系也可以通過脈搏波傳輸速度與經(jīng)皮壓力之間的關系(11)和經(jīng)皮壓力與血容積的關系(12)得到。
PWV=VρdPtdV---(11)]]>V=a1+exp(-bpt)---(12)]]>其中，V為血容積，而a和b為待定參數(shù)。進一步結合公式(3)，將公式(12)和它的積分形式帶入公式(11)并對活動段長度l積分即可得到，PTT=lρb1+exp(bpin);h=02lρbghln|exp[b(Pin-ρgh)]+exp(-bρgh)-exp(-bρgh)exp[b(Pin-ρgh)]+1-1|;h≠0---(13)]]>其中PTT和l是可測量量。
所以心臟水平位置的血壓與脈搏波傳輸時間的關系可以表示為Pin=1bln(l2ρbPTT2-1)---(14)]]>為避免單次測量可能導致的計算b的誤差，可以通過多組在不同高度測得的PTT得到的多個b值然后通過最小二乘法確定b。
在實際測量中，若脈搏波傳輸時間是以心電信號的R型波的頂點為起始點，上述方程亦需要修正。
在上述兩個實施例中，高度的測量可通過加速度計完成。加速度計可放置在動脈上兩個測量點的遠端點。如果加速度計的讀數(shù)為al，則高度可按照下式計算h=lgal---(15)]]>參考血壓值BP0除可以通過可以通過振蕩法或聽診法測量外，也可以通過肢體高度和固定的壓力傳感器計算獲得。其主要原理是當經(jīng)皮壓力為零(Pt＝Pin+Ph-Pe＝0，也就是血管內(nèi)壓和外壓相等)時，脈搏波相關信號，如容積描記信號的幅度將達到最大值，如圖4所示。具體方法是，步驟401中，在肢體末端施加一定的袖帶壓力，袖帶下方的壓力傳感器將讀出袖帶壓力(即血管的外壓Pe)，然后，在步驟402中緩慢改變肢體的高度(肢體末端高度隨之改變)，同時記錄置于袖帶下方的容積描記信號的波形。在步驟403中，找到記錄下來的波形幅度達到最大時對應的肢體高度hm(可通過加速度計自動測得)。最后，在步驟404中由下列方程計算得到參考血壓值BP0＝Pin＝Pe-ρghm。
本領域的技術人員應該明白，脈搏波特征量的選取和計算及回歸方程中系數(shù)和常數(shù)的確定在不偏離本發(fā)明精神的情況下，可以有不同的實施方法。本發(fā)明的保護范圍是由所附的權利要求而不是具體實施方案來界定的。
權利要求
1.一種對無袖帶式動脈血壓測量裝置進行校準的方法，包括以下步驟(1)測量參考動脈血壓值BP0并記錄脈搏波相關信號；(2)根據(jù)脈搏波相關信號提取至少一個脈搏波特征量；(3)改變測量脈搏波相關信號的肢體部位的高度h，記錄脈搏波相關信號并根據(jù)該信號提取至少一個脈搏波特征量；(4)確定脈搏波特征量與參考動脈血壓值之間的關系。
2.如權力要求1所述的方法，其特征在于，脈搏波相關信號為選自容積描記信號、壓力波信號、電阻抗信號、壓電信號和心電信號中的一種或多種。
3.如權力要求1所述的方法，其特征在于，脈搏波特征量是從一種或多種脈搏波相關信號中計算出來的。
4.如權力要求1所述的方法，其特征在于，脈搏波特征量與動脈血壓之間的關系通過對分布式模型積分得到。
5.如權力要求4所述的方法，其特征在于，脈搏波特征量與動脈血壓之間的關系由至少一個系數(shù)和一個常數(shù)確定。
6.如權力要求5所述的方法，其特征在于，描述脈搏波特征量與動脈血壓之間關系的系數(shù)和常數(shù)可利用肢體部位在不同高度時記錄的一個或多個脈搏波特征量來確定。
7.如權力要求6所述的方法，其特征在于，脈搏波特征量為通過容積描記信號、壓力波信號、電阻抗信號、壓電信號和心電信號中的一種或多種確定的脈搏波幅值、面積、高階矩、特征時間、周期域特征量中的一種或多種。
8.如權力要求7所述的方法，其特征在于，特征時間為脈搏波傳輸時間(PTT)。
9.如權力要求1所述的方法，其特征在于，高度h可通過加速度計的讀數(shù)來計算。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，BP0可利用肢體部位在不同高度時容積描記信號波形幅值最大時對應的高度產(chǎn)生的流體靜力學壓力來確定。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，BP0可利用振蕩法或聽診法測量。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及校準無袖帶式動脈血壓測量裝置的方法。步驟包括(1)測量參考動脈血壓值BP
文檔編號A61B5/022GK101088455SQ200610095640
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者張元亭, 顏永生, 滕曉菲, 潘頌欣, 劉音博 申請人:香港中文大學