CN201157353Y - 一种血压及血流参数检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种血压及血流参数检测设备，包括：袖带，充气泵，放气阀，用于检测袖带内的压强振幅的变化并采集检测信号的传感器，用于放大所述检测信号的前置放大器，用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器；该设备还包括：中央处理器，用于控制充气泵的充气及放气阀的放气，并对A/D转换后的信号进行处理，获得血压参数；滤波放大器，用于对既定压力下检测的并经前置放大的检测信号进行滤波并反复放大，以提取脉搏波信号；所述A/D转换器将提取的脉搏波信号转换为数字信号，并输入到中央处理器；所述中央处理器根据获得的血压参数和转换后的脉搏波信号，计算出血流参数。

Description

一种血压及血流参数检测设备

技术领域

本实用新型涉及人体生理参数检测领域，具体的讲，涉及一种血压及血流参数检测设备。

背景技术

脉搏随着心脏的搏动而产生，脉搏频率的快慢和节律变化均有重要的临床意义。脉搏波能表示人体中许多生理病理特征，它可以通过浅表动脉如颈动脉、肱动脉和桡动脉等部位很容易检测出。其中，手腕部桡动脉由于靠近外周血管，资讯丰富，检测方便，是获得脉搏波常见的理想检测部位。根据临床血流动力学的理论分析、动物实验和临床研究得知，随血管外周阻力和血管壁硬化程度等生理病理因素的变化，脉搏波的波形将出现一系列规律性的动态变化。因此，将脉搏波记录下来，对脉搏波进行分析处理可以获取心血管血流参数(如心博出量、心输出量、心博指数、心脏指数、血流阻力、血管弹性、血管硬化指数、血液粘性等等参数)，在临床工作中可以用来探索疾病机理和减少医生在诊断和治疗过程中的盲目性。

目前，血流参数的检测装置一般如图1所示。该装置是通过脉搏压力传感器从人体手腕上无创获取桡动脉脉搏波信号，经前置放大并由模/数转换电路(A/D电路)转换为数字信号后，由计算机对采集到的脉搏信号波形进行分离，再输入事先由血压计在肱动脉处测量出的收缩压Ps和舒张压Pd，就可计算出血流参数。血流参数的检测装置获取脉搏波信号的原理如下：

从血管力学分析可知，当动脉管壁很薄和受力变形很小时(如图2所示)，血管壁半径的微小变化dr与血管壁内外压力差的微小变化dp成正比，即

$\frac{\mathrm{dr}}{r_0}=\frac{r_0}{\mathrm{Eh}}\mathrm{dp}$

其中，r₀是血管半径，E为血管壁的扬氏弹性模量，h是血管壁厚度。

经实验验证，在血管半径小变形的条件下，用脉搏传感器01在手腕03的桡动脉02外侧提取到的血管半径随时间的微小变化，可以用来代表动脉内压力随时间的变化。

脉搏传感器检测得到的脉搏波信号是以电压量变化来表示的，需要以毫米汞柱对曲线定标后才能进行分析处理。

$P\left(i\right)=\frac{P_s-P_d}{M_s-M_d}[M\left(i\right)-M\left(d\right)]+P_d\left(\mathrm{mmHg}\right)$

其中，M_s为采样波峰值，M_d为波谷值，M(i)为采样波任一点值，P_s为收缩压，P_d为舒张压，P(i)为脉搏压力波上任一点压力值。所述收缩压P_s和舒张压P_d可以用血压计测量得到。

脉搏波定标前的实际采样信号与定标后的脉搏波信号分别如图3a和图3b所示。利用定标后的脉搏波信号就可以计算出血流参数。

由于测量血流参数需要血压参数的支持，因此在采用血流检测装置进行血流检测前，需要先采用血压计对血压参数进行检测。血压参数的检测主要包括对收缩压和舒张压的检测。目前大多采用电子血压计，其检测血压的方法普遍是示波法。该方法是将袖带或腕带捆绑在手臂上，利用充气泵对袖带或腕带进行充气，直到阻断动脉的血流，然后控制放气阀进行放气，通过程序控制放气的速度，在一个平稳的过程中检测血管壁搏动引起袖带内的气体压力的震荡波。当袖带或腕带内的压力接近收缩压时，袖带或腕带内空气开始出现震荡，并且随着放气过程震荡波的幅度逐渐增大，当袖带或腕带内压强接近人体平均动脉压时，震荡波幅度最大，然后该震荡波随着放气过程转而逐渐减小，当袖带或腕带内压强等与或小于舒张压时，震荡波幅度维持在一个很小的幅度，通过该过程检测袖带或腕带内的压强振幅的变化就可以获得收缩压和舒张压的数值。图4所示的电子血压计主要包括：袖带(或腕带)、充气泵、放气阀、传感器、信号调理电路(用于对传感器检测到的信号进行放大、模/数转换等调理)以及处理器。

由于现有的血流参数检测装置不能检测血压参数，现有的血压计也不能用来检测血流参数，而血流参数检测装置对血流参数的测量需要基于血压参数，因此在进行血流参数检测时，需要用血压计事先测量被检测者的血压，操作起来极为不方便。

另外，现有血流参数检测装置中的脉搏传感器多为一小的圆片，这种脉搏传感器与腕部桡动脉的接触面积比较小，不容易找到脉搏跳动点，因此增加了测量难度。

并且，利用血流参数检测装置或血压计测量血流参数和血压后，难以对测得的数据进行统一备案与监控操作，难以实现远程医疗及远程监护。

实用新型内容

针对如上问题，本实用新型提供一种血压及心血管参数检测设备，通过将血压测量和血流参数测量整合在一起，使操作者可以在一台设备上实现血压及血流参数的测量，方便操作。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种血压及血流参数检测设备，该设备包括：

传感器，用于检测袖带内的压强振幅的变化，采集检测信号；

前置放前置放大器，用于放大所述检测信号；

A/D转换器，用于将放大后的检测信号转换为数字信号；

中央处理器，用于控制充气泵的充气及放气阀的放气，并对A/D转换后的所述检测信号进行处理，获得血压参数；

其特征在于该检测设备还包括：

滤波放大器，连接所述前置放大器及A/D转换器，用于对既定压强下检测的并经前置放大的检测信号进行滤波和放大，以提取脉搏波信号；

所述A/D转换器将所述提取的脉搏波信号转换为数字信号，并输入到中央处理器；

所述中央处理器根据转换后的脉搏波信号和获得的血压参数，计算出血流参数。

另外，为了实现血流参数及血压参数的远程获取，该检测设备还包括：连接所述中央处理器的网络接口。

该检测设备还包括：连接所述中央处理器的显示单元。

该检测设备还包括：连接所述中央处理器的存储单元。

该检测设备还包括：连接所述中央处理器的输入装置。

该设备还包括缓冲器，该缓冲器串联连接所述滤波放大器和A/D转换器，用于防止后端数字信号对前端模拟信号造成的干扰。

本实用新型的血压及心血管参数检测设备可以实现血压、血液流变学两种参数的检测，简化了测量装置；并且消除了由于使用传统的脉搏压力传感器造成的不容易找到脉搏跳动点的困扰，简化了测量难度。另外，本实用新型还可以通过网络将检测数据上传给远端服务器，便于实现远程医疗及远程监护。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为现有的血流参数检测仪的结构示意图；

图2为现有脉搏压力传感器检测脉搏波的原理示意图；

图3a为脉搏波定标前的实际采样信号示意图；

图3b为定标后的脉搏波压力信号示意图；

图4为现有血压计的结构示意图；

图5为本实用新型的血压及血流参数检测设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

由于测量血流参数需要血压参数的支持，而血流参数的测量需要一个传感器，该传感器负责把血管壁半径的微小变化dr转换为电信号传递给测量装置。根据这一要求，本实用新型将现有血压计中测量血压的袖带(或腕带)的后续电路进行改造，利用袖带充气轻微压迫血管壁从而根据脉搏引起的压强变化得到血管壁半径的微小变化dr，然后通过血液流变学理论获取人体血液流变学参数。由此，本实用新型将只可以测量血压的血压计改造为既可以测量血压又可以测量血流参数的血压及血流参数检测设备。为了描述的方便，本实用新型下面的描述中将血压测量中所用的袖带、袖套或腕带等统一称为袖带，表示用于捆绑肱动脉和桡动脉等所处的手臂、手腕等被检测部位并可以充气的套状或带状物。

图5为本实用新型实施例的血压及血流参数检测设备的结构示意图。如图5所示，该检测设备包括：

袖带，用于捆绑被检测部位。

充气泵，用于对所述袖带进行充气。

放气阀，用于对充气的袖带进行放气。

压强传感器，设置于袖带内，用于检测袖带内的压强振幅的变化，得到检测信号。本实施例中压强传感器采用摩托罗拉(Motorola)公司的MPX2053。

前置放大器，用于对所述传感器测得的检测信号进行放大，本实施例中的前置放大器采用ADI公司的AD623差分放大器。

A/D转换器，连接所述前置放大器，用于将放大后的检测信号(为模拟信号)转换为数字信号。

中央处理器，用于控制充气泵的充气及放气阀的放气，并对A/D转换后的信号进行处理；本实施例的中央处理器采用NXP公司的LPC2368，它是一款基于ARM7的带网络控制器的微控制器(MCU)。

利用袖带、充气泵、放气阀、压强传感器、前置放大器、A/D转换器以及中央处理器就可以实现对血压的测量。通过袖带捆绑被检测部位(如手臂)，利用充气泵对袖带进行充气，直到阻断动脉的血流，然后控制放气阀进行放气，通过检测袖带内的压强振幅的变化就可以获得收缩压和舒张压的数值。

由于利用袖带充气轻微压迫血管壁可以得到血管壁半径的微小变化dr，因此利用所述压强传感器就可以探测血管壁半径的微小变化dr，即脉搏波。由于压强传感器采集的是袖带内空气压强，因此实际采集到的是脉搏波和施加在血管壁压强的叠加信号，对此，本实用新型设计了采集并放大脉搏波的滤波放大器，放大后的脉搏波信号通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号后输入到MCU进行分析处理，根据测量的血压参数和脉搏波信号就可以计算出血流参数。因此，为了检测血流参数，本实施例的血压及血流参数检测设备还包括滤波器和交流放大器，其中：

所述滤波放大器用于对既定压强下所述传感器采集的并经前置放大的检测信号进行滤波并放大，以提取脉搏波信号。通过压强传感器取得的脉搏压强信号幅值在0-40毫伏，通过AD623差分放大器放大到0-3伏；其中脉搏波波形信号为建立在AD623输出信号之上的交流成分，幅值大约在20毫伏左右，所以可通过一滤波放大电路滤除支流成分，保留脉搏波波形成分，并放大所述的脉搏波波形信号。本实施例中滤波放大器采用的是一电容-电阻型的高通滤波器，例如采用LM324运算放大电路组成的2阶带通滤波器。其中第一个LM324的作用是对脉搏波波形信号进行初步放大，第二个LM324的作用是起到一个带通滤波器的作用。

经滤波放大后的脉搏波信号输入至A/D转换器，所述A/D转换器将放大后的脉搏波信号转换为数字信号，并输入到中央处理器；中央处理器根据测得的血压参数和A/D转换后的脉搏波信号，计算出血流参数。

另外，为了防止后端数字信号对前端的模拟信号造成干扰，在滤波放大器与A/D转换器之间还可设置一缓冲器。本实施例中，该缓冲器为LM324运算放大电路，作为对脉搏波波形信号进行输入给AD转换器前的缓冲。

本实用新型中采用的设置于袖带的压强传感器的检测面比较大，其相对于传统脉搏传感器更容易找到脉搏跳动点，因此简化了测量难度。

由于测量脉搏波需要轻微压迫血管壁但又不能让血管壁变形过度。而对血压的测量须对血管壁进行完全压迫，使其阻断变形。所以，对脉搏波的测量可先于对血压参数的测量，或者在进行血压测量后几分钟后，在等待血管恢复形状后再予以脉搏波测量。本实施例中，优选地，选择先测量脉搏波再测量血压参数，这样可以节省被测者的测量时间。

可选的，本实用新型的血压及血流参数检测设备还包括：存储器，键盘及显示器。存储器可用于存储测量的血压及血流参数等数据；键盘可用于资料的输入及功能的操作、控制等；显示器用于显示操作过程提示、显示键盘输入的内容、监视采集信号以及显示测量结果(包括资料和图形等)。

另外，可选地，本实用新型的血压及血流参数检测设备还设置有网络接口，通过该网络接口可实现与远端设备的网络连接，可以将血压及血流参数等检测资料传输并存储到远端服务器的专用网页数据库中，不仅可以实现远程医疗及远程监护，从而实现良好的社会和商业价值，还可以及时清理血压及血流参数检测设备的测量数据，提高非易失性存储器的存储空间。本实施例中网络接口采用NS公司的DP83848。利用该网络接口，测量的血压及血流参数数据就可以通过以太网技术上传给远端服务器，这样从本质上解决了医疗机构获取在家修养的病人数据的难题，对于正常人如果坚持经常检测并坚持上传数据，同样有助于我国全民身体健康的保健预防工作。

下面对图5中血压及心血管参数检测设备的操作进行说明。其操作步骤可如下：

打开电源后，采取坐姿，在左手腕处带好袖带，左手与心脏大致同高，手臂保持大约90度弯角，身体呼吸平稳后，按下测量按键，等待充气泵对袖带进行充气。例如对于成年人，一般舒张压在55mmHg以上，因此，利用充气泵对袖带进行充气，使袖带内部压强达到55mmHg。达到既定压强(55mmHg)后，停止加压，利用脉搏波识别算法寻找最佳脉搏波，采集脉搏波一预定时间(如10秒钟)，记录下脉搏波波型，然后继续充气，加压一定的压强(如5mmHg)，袖带内部达到既定压强(如60mmHg)后，再次利用脉搏波识别算法寻找最佳脉搏波，采集脉搏波10秒钟，记录下脉搏波波型。然后继续加压，每加5mmHg的压强都进行一次脉搏波的采集(采集10秒钟)，直到袖带内部压强达到75mmHg，即一共采集5次脉搏波(分别对应袖带内压强55，60，65，70，75mmHg)，对这5次的结果取平均值得到最佳脉搏波。采集到的脉搏波数据可以储存在微控制器的系统内存中。前述脉搏波识别算法为现有的算法，在此不再赘述。如上给出的采集脉搏波时的压强值、每次加压的幅度(5mmHg)、脉搏波采集次数及每次采集的时间仅作为举例说明，并不用于限定本实用新型，完全可以随意选择其他的适当的数值。

脉搏波数据采集完毕，然后测量血压。本实施例中，是采用示波法进行血压的测量，大约30秒到50秒后，血压测量完毕。袖带放气到大气压强。这时被测者可以摘下袖带，等待设备给出测量结果。

根据测量的最佳脉搏波和血压值，所述血压及血流参数检测设备就可以计算出血流参数。由此仅通过该一台设备就完成了血压及血流参数的测量。

通过液晶显示屏显示血压以及血液动力学参数，并给出正常的范围。该次测量的数据可以保存在系统的非易失性存储器中。

本实用新型的血压及血流参数检测设备可以进行自动充气、自动数据采集、自动放气过程，并可通过袖带自动检测脉搏波信号，分析该脉搏波信号，基于该脉搏波信号和测量的血压值计算血流参数，并将测量的数据通过网络接口传输到服务器端。

综上所述，本实用新型的血压及心血管参数检测设备可以实现血压、血液流变学两种参数的检测，简化了测量装置；并且消除了由于使用传统的脉搏压力传感器造成的不容易找到脉搏跳动点的困扰，简化了测量难度。另外，本实用新型还可以通过网络将检测数据上传给远端服务器，便于实现远程医疗及远程监护。

以上具体实施方式仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种血压及血流参数检测设备，包括：

传感器，用于检测袖带内的压强振幅的变化，并采集检测信号；

前置放大器，用于放大所述检测信号；

A/D转换器，用于将放大后的检测信号转换为数字信号；

中央处理器，用于控制充气泵的充气及放气阀的放气，并对A/D转换后的所述检测信号进行处理，获得血压参数；

其特征在于该检测设备还包括：

滤波放大器，连接所述前置放大器及A/D转换器，用于对既定压强下检测的并经前置放大的检测信号进行滤波和放大，以提取脉搏波信号；

所述A/D转换器将所述提取的脉搏波信号转换为数字信号，并输入到中央处理器；

所述中央处理器根据转换后的脉搏波信号和获得的血压参数，计算出血流参数。

2.根据权利要求1所述的血压及血流参数检测设备，其特征在于该设备还包括：

连接所述中央处理器的显示单元。

3.根据权利要求1所述的血压及血流参数检测设备，其特征在于该设备还包括：

连接所述中央处理器的网络接口。

4.根据权利要求1所述的血压及血流参数检测设备，其特征在于该设备还包括：

连接所述中央处理器的存储单元。

5.根据权利要求1所述的血压及血流参数检测设备，其特征在于该设备还包括：

连接所述中央处理器的输入装置。

6.根据权利要求1所述的血压及血流参数检测设备，其特征在于该设备还包括：

缓冲器，串联连接所述滤波放大器和A/D转换器，用于防止后端数字信号对前端模拟信号造成的干扰。

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