无袖带血压测量电路与血压波形显示模块的设计

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1、河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 医学仪器综合课程设计 题 目 无袖带血压测量电路与血压波形显示模块的设计 院 系 医学技术与工程学院班 级 医疗器械1201班 学生姓名 王俊 指导教师 宋卫东 日 期 2015、9、20 12课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称 医学仪器综合课程设计 学生姓名 王俊 专业班级 医疗器械1201班 设计题目 无袖带血压测量电路与血压波形显示模块的设计 一、 课程设计目的1了解血压检测的医学原理和意义；2了解国内外血压检测方法和现状；3理解血压检测电路原理；4. 熟悉电路图设计方法。二、 设计内容、技术条件和要求1学习生理信号检测的基础知识，

2、深入理解血压检测电路的设计原理；2详细说明主要元器件性能参数，调试电路，血压波形至少能显示主波和重搏波；3. 要求阅读相关参考文献不少于 5 篇；4. 根据课程设计有关规范，按时、独立完成课程设计说明书。三、 时间进度安排第1周：查阅资料，实现设计内容；第2周：整理资料，撰写课程设计任务书。四、 主要参考文献1、邓亲恺，现代医学仪器设计原理，北京：科学出版社，2005，52、王保华，生物医学测量与仪器，上海：复旦大学出版社，2003，6 3. 杨玉星，生物医学传感器与检测技术，北京：化学工业出版社，2005.6 4. 余学飞，现代医学电子仪器原理与设计，广州：华南理工大学出版社，2007年 5

3、. 林家瑞，微机式医学仪器设计，武汉：华中科技大学出版社，2004年 6. 齐颂扬，医学仪器，高等教育出版社，1995 7. 李秀忠，常用医疗器械原理与维修，北京：机械工业出版社，2002，11指导教师签字： 2015年 9 月 20 日目录第一章 绪论11.1 连续血压测量方法的发展趋势2第二章 无创连续血压测量方法及原理22.1 容积补偿法22.2 脉搏波测定原理22.3 脉搏波测定方法3第三章 脉搏波与血压之间的关系3第四章 系统整体设计44.1 系统总体设计44.2 系统主要硬件设计44.3 采集到的数据5第五章 脉搏波特征点的提取6第六章 脉搏波传导时间与动脉血压关系的建模76.1

4、脉搏波传导时间的计算76.2 模型的建立86.3 建模结果9第七章 系统测试与分析107.1 测试方法107.2 测试结果117.3 实验结果分析11第八章 总结11无袖带血压测量电路与血压波形显示模块的设计基于脉搏波传导时间的无袖带血压测量仪设计设计者：王俊摘要：设计了一种无袖带血压测量仪器, 它主要由脉搏波测量、数据处理、特征点的提取和数学建模4个部分组成。单片机将脉搏波测量部分输出的数据进行数据处理后以异步串行通信方式传送给上位机, 上位机提取脉搏波特征点, 计算出脉搏波传导时间, 并建立脉搏波传导时间与血压之间的模型关系, 从而实现无袖

5、带血压测量。实验结果表明, 血压测量标准差小于8 mmHg, 符合AAMI推荐的标准差不大于8 mmHg的标准, 可初步应用在医疗监护中。关键词: 无袖带; 血压测量; 特征点; 脉搏波传导时间; 数学建模。一、 绪论血压是人体的重要生理参数之一,能够反应出人体心脏和血管的功能状况,是临床上判断疾病、观察医疗效果等的重要依据。传统采用的柯氏音听诊法,虽能较准确的测量动脉血压,但无法跟踪测量动态血压变化。而采用动脉插管法虽然能连续的跟踪测量血压,且测量结果较准确。但是该方法却存在着一些局限性,如准

6、备时间长、有创等,且被测者容易引发并发症,如疼痛、出血、感染、形成血栓与气栓、肢体因缺血而坏死等。无创连续血压检测是通过对相关特征信号进行分析处理来间接获得血压值,对人体无创伤,更适合在科研和临床中广泛使用。容积补偿法、脉搏波特征参数法、脉搏波波速法都是目前比较成熟的无创连续血压测量方法。与容积补偿法、脉搏波特征参数法相比,脉搏波波速法对传感器定位要求低,测量误差较小,不适感较少,是一种比较理想的无创连续测量血压方法。1.1、连续血压测量方法的发展趋势连续血压测量方法的出现，使断续血压测量是单次测量时间长（约一分钟）的问题得到解决，实现了血压的每搏测量，它不仅可以测量血压的慢变化，而且可以监测

7、血压的快变化（从一个心动周期到下一个心动周期）。解决了受试者心率失常时，血压测量的问题，这对于分析受试者期前收缩时的血压变化及监测特殊环境下的血压变化具有重要意义。目前连续血压测量方法的发展趋势是进一步改进测量方法，提高精度、改善测量舒适性、使用方便性和可靠性等。二、无创连续血压测量方法及原理2.1、 容积补偿法容积补偿法最早由Penaz于1973年提出，通过袖带内预置的参考压力是动脉处于去负荷状态，同时采用伺服系统补偿由于动脉内压的变化引起的动脉容积变化，使动脉容积维持去负荷动脉容积状态，此时袖套内压等于动脉内压，因此可通过测量袖套内压间接测量动脉血压。它是目前较成熟的连续血压测量方法。市场

8、上销售的产品多采用这种测量原理。但该方法在长时间测量时受静脉充血影响较大，当血管收缩节律较大时，将影响脉搏描记计的输出波形致使参考血压的设置困难，影响测量精度；由于需要在被测部位保持较高的压力，使舒适性较差；由于需要压力伺服系统来补偿参考压力，致使测量装置复杂，使用时给受试者带来不便。2.2、 脉搏波测定原理心室射血产生的压力搏动沿动脉树传播，速度由动脉壁的弹性和几何性质及所含液体的特征(密度)决定。由于血液是含在弹性管道(动脉)中的不可压缩的液体，能量的传播主要是在动脉壁而不是血液流体，因此脉搏波传导速度大小可以反映动脉壁硬度。一般说来，动脉管壁的顺应性越大，脉搏波的传播速度就越慢，僵硬度的

9、增加可加快脉搏波传导速度。以脉搏波速度为标志的动脉僵硬度增加不仅与冠心病的危险有关，而且与痴呆等认知功能有关。PwV的检测简单、无创，具有可重复性，操作人员不需要长期培训，适合在大规模人群的筛检和研究中使用。2.3、脉搏波测定方法PwV的测定是通过测量脉搏波传导时间和两个记录部位的距离求得：计算公式为：PwV (ms)=Lt(L：距离，两个探测器间的距离；t：传导时间，两个波形的时间差)，PwV 常测定10个连续搏动，包括一个完整的呼吸周期。随着自动测量PwV装置研制成功，现在操作时只需将受试者基本资料以及测定两点部位的体表距离输入计算机，即可得连续波形，选择记图形良好的1015个数值，取其平

10、均值即是受试者的 PWV 测值。目前,国内外对脉搏波信号的提取方式主要有3种。用液体耦合传感器提取脉搏波信号,但它的耦合的方式会影响最终结果的准确性。利用光电传感器, 通过光在指尖的传播来间接的获取脉搏信号, 但是大多数的脉搏波采集系统主要用于计算血氧饱和度, 对脉搏波信号的分析处理能力较弱, 不能准确计算出脉搏波信号峰值点。用压电传感器来实现脉搏波信号的提取。本文根据脉搏波传导时间与血压成负相关的特性而提出,利用压电传感器对人体不同部位的脉搏信号进行同步采集,然后单片机将脉搏波测量部分输出的数据进行数据处理后以异步串行通信方式传送给上位机,上位机提取脉

11、搏波特征点并计算脉搏波传导时间,最后通过建立脉搏波传导时间与血压之间的模型关系,实现无袖带血压测量。这种方法测量设备体积小,易于携带,且使被测者彻底摆脱了气囊体的束缚,提高了舒适感,能够长时间进行无袖带连续血压测量。 三、脉搏波与血压之间的关系 动脉血管壁的紧张程度对脉搏波传播速度起决定作用。当血压比较高时,动脉血管壁变得紧张,脉搏波的传递速度变快;当血压比较低时,动脉血管壁变得松弛,脉搏波的传递速度变慢。关于脉搏波的传播速度与血压的关系,根据英国著名物理学家托马斯·杨提出的理想流体的弹性管内波传播速度公式、Hughes等提出的血管跨壁压和血管弹性模量之间关系公式、莫恩斯提出的波速公