对无袖带式动脉血压测量装置进行校准的方法.pdf

本发明一般涉及校准无袖带式动脉血压测量装置的方法。步骤包括：(1)测量参考动脉血压值BP0并记录脉搏波相关信号；(2)根据脉搏波相关信号提取至少一个脉搏波特征量；(3)改变测量脉搏波相关信号的肢体部位的高度h，记录脉搏波相关信号并根据该信号提取至少一个脉搏波特征量；(4)确定脉搏波特征量与参考动脉血压值之间的关系。本方法可以在不改变个体生理状态的情况下，得到较为精确的校准关系。

权利要求书
1.  一种对无袖带式动脉血压测量装置进行校准的方法，包括以下步骤：
(1)测量参考动脉血压值BP0并记录脉搏波相关信号；
(2)根据脉搏波相关信号提取至少一个脉搏波特征量；
(3)改变测量脉搏波相关信号的肢体部位的高度h，记录脉搏波相关信号并根据该信号提取至少一个脉搏波特征量；
(4)确定脉搏波特征量与参考动脉血压值之间的关系。

2.  如权力要求1所述的方法，其特征在于，脉搏波相关信号为选自容积描记信号、压力波信号、电阻抗信号、压电信号和心电信号中的一种或多种。

3.  如权力要求1所述的方法，其特征在于，脉搏波特征量是从一种或多种脉搏波相关信号中计算出来的。

4.  如权力要求1所述的方法，其特征在于，脉搏波特征量与动脉血压之间的关系通过对分布式模型积分得到。

5.  如权力要求4所述的方法，其特征在于，脉搏波特征量与动脉血压之间的关系由至少一个系数和一个常数确定。

6.  如权力要求5所述的方法，其特征在于，描述脉搏波特征量与动脉血压之间关系的系数和常数可利用肢体部位在不同高度时记录的一个或多个脉搏波特征量来确定。

7.  如权力要求6所述的方法，其特征在于，脉搏波特征量为通过容积描记信号、压力波信号、电阻抗信号、压电信号和心电信号中的一种或多种确定的脉搏波幅值、面积、高阶矩、特征时间、周期域特征量中的一种或多种。

8.  如权力要求7所述的方法，其特征在于，特征时间为脉搏波传输时间(PTT)。

9.  如权力要求1所述的方法，其特征在于，高度h可通过加速度计的读数来计算。

10.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，BP0可利用肢体部位在不同高度时容积描记信号波形幅值最大时对应的高度产生的流体静力学压力来确定。

11.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，BP0可利用振荡法或听诊法测量。

说明书对无袖带式动脉血压测量装置进行校准的方法
技术领域
本发明一般涉及校准无袖带式动脉血压测量装置的方法。
背景技术
无袖带式动脉血压测量装置通常采用脉搏波特征量来估计动脉血压值。其中较常用的一种方法就是利用脉搏波传输时间(速度)来预测动脉血压。大量研究表明，脉搏波传输时间与血压之间呈现出近似线性的关系，而这种关系是对象依赖的。这也就是说，利用脉搏波传输时间估计动脉血压前首先要针对每个使用者进行校准，即建立脉搏波传输时间与使用者动脉血压之间的关系。
校准的步骤通常包括利用标准血压计测量动脉血压以及相应的脉搏波传输时间，然后将对应的测量值输入到无袖带式装置的控制单元以便建立动脉血压与脉搏波传输时间之间关系。例如，美国专利6,603,329公开了一种多功能血压计，它提供了一种基于脉搏波传输时间理论的血压测量方法。该装置包括一个输入单元，用来输入校准所需的血压值。日本专利2002-172094公开了一种血压测量系统，包括一个直接测量血压的装置(通常是基于袖带式方法的)和一个基于脉搏传输理论的电子腕式手表血压计。该发明的主要特征是，由直接测量血压的装置测量到的血压数值可自动传输给电子腕式手表血压计用于其校准，因此使用者不用手动输入校准数据。一旦校准完成，电子腕式手表血压计可以利用由检测到的心电信号和检测到的脉搏波信号计算脉搏波传输时间，来估计使用者的血压值。
校准若可以在一定的血压动态变化范围内进行，显然会提高血压估计的准确性。例如，卡西欧公司推出的测量个体血压的血压手表，通过运动试验改变血压范围，以得到脉搏波传输时间与血压之间的关系。欧洲专利0875200也提出测量静止时和运动时不同的脉搏波传输时间和血压以得到二者关系的一个动态范围。美国专利5649543提出测量平卧时和坐起来时的不同血压值来校准血压测量方程。为了处理由于对象本身生理状况发生变化而引起的脉搏波传输时间与血压之间关系的改变而引起的测量精度的降低，美国专利5755669，6022320，6083171等提出用估计的血压值判定是否需要重新校准并利用不同生理状况下的多组脉搏波传输时间与动脉血压的数据进行校准。而中国专利CN1127939C提出利用将手掌置于心脏水平面上和离开心脏水平面时测量到的不同的脉搏波传输时间以及血压值来确定校准方程。但是，在该方法中，改变高度后的血压值采用平均的方法近似得到，而没有考虑到脉搏波传输速度在动脉树的每一点都是不一样的。本发明中提出的新方法正是对上述不足做出的。
发明内容
本发明的目的在于简化校准步骤，同时提高校准精度以克服上述现有技术的不足，本发明提出如下的对无袖带式动脉血压测量装置进行校准的方法，包括以下步骤：
(1)测量参考动脉血压值BP0并记录脉搏波相关信号；
(2)根据脉搏波相关信号提取至少一个脉搏波特征量；
(3)改变测量脉搏波相关信号的肢体部位的高度h，记录脉搏波相关信号并根据该信号提取至少一个脉搏波特征量；
(4)确定脉搏波特征量与参考动脉血压值之间的关系。
其中，脉搏波相关信号可以选自容积描记信号、压力波信号、电阻抗信号、压电信号和心电信号中的一种或多种。根据记录的一种或多种脉搏波相关信号可以计算脉搏波特征量。脉搏波特征量与动脉血压之间的关系可通过对分布式模型积分得到，由至少一个系数和一个常数描述。系数和常数可利用肢体部位在不同高度时记录的一个或多个脉搏波特征量来确定。脉搏波特征量可以是通过容积描记信号、压力波信号、电阻抗信号、压电信号和心电信号中的一种或多种确定的脉搏波幅值、面积、高阶矩、特征时间、周期域特征量中的一种或多种。其中的特征时间可为脉搏波传输时间(PTT)。高度h可通过加速度计的读数来计算。参考动脉血压值BP0可利用肢体部位在不同高度时容积描记信号波形幅值最大时对应的高度产生的流体静力学压力来确定。BP0也可利用振荡法或听诊法测量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方案进行详细说明。通过这些说明，本发明的上述目的、优点及特征将变得更加清楚。在以下的附图中：
图1是实现本发明方法校准过程的流程图；
图2是说明高度改变时各参量的示意图；
图3是说明容积描记信号幅值随经皮压力变化的示意图；
图4是说明利用肢体高度变化测量BP0的流程图。
具体实施方案
校准，即找到脉搏波特征量与动脉血压之间的关系。优选地，在本具体实施例中，脉搏波特征量选用脉搏波传输时间。
实施例1
本实施例中进行血压测量的校准过程可参见图1的流程图。首先要在步骤101中测量参考血压值BP0。若采用采用袖带式方法，振荡法或听诊法，使用者需将袖带缠绕在身体的某个部位，如上臂，该部位与心脏在同一水平高度。若采用无袖戴式，则具体步骤将在后文描述。脉搏波相关信号的记录步骤103可以与血压值的测量同步进行。要记录的脉搏波相关信号为光电容积描记信号，也可以记录心电信号。袖带式血压测量与脉搏波相关信号的记录优选地在同一侧手臂上同步进行。由于袖带压力会影响脉搏波相关信号，所以在步骤104中可利用袖带充气初始阶段，即袖带压力低于舒张压时的一段脉搏波相关信号来计算脉搏波传输时间PTT0。或者，脉搏波相关信号的记录可与参考血压值的测量顺序进行。测量完成后，在步骤102中得到当次测量的参考血压值。在步骤105中，改变记录脉搏波相关信号肢体部位相对于心脏的高度h再一次记录脉搏波相关信号，然后在步骤106中计算在新的高度上的测量到的脉搏波传输时间PTT1。根据需要，该步骤可重复多次，得到在不同高度的多个PTT。根据上述信息即可在步骤107中确定脉搏波传输时间与动脉血压之间的关系式。确定该关系式的具体步骤将在下面详细说明。最后，在步骤108中将其存储在存储单元中，并结束校准。
大量研究表明，脉搏波传输速度与血压之间具有近似线性的关系。该关系可表示为：
PWV＝a×Pt+b   (1)
其中，a和b为待定参数。
Pt＝Pin+Ph-Pe  (2)
Pt为经皮压力，Pin为血管内压力，也就是常说的心脏水平位置的动脉血压，Ph是由于高度改变所引起的流体静力学压力，而Pe是外界作用的压力。由于外界压力通常为零，所以脉搏波传输速度就只与血管内压力和离开心脏的高度h变化引起的流体静力学压力有关。
Pt＝Pin+ρgh＝Pin+ghlsinθ     (3)
肢体部位位于心脏上方时，h为负值；反之，则为正值。l是指肢体高度变化段沿着动脉上两点之间的距离，为可测量量，θ为肢体抬高或降低时与心脏水平面之间的角度，如图2所示。进一步，
PWV＝a×(Pin+ρgh)+b            (4)
其中ρ为血液密度，肢体部位高于心脏水平位置时血压值会下降，而低于心脏水平位置时血压值会上升。上式可进一步改写为，
PWV＝(a*Pin+b)+aρgh＝v0+aρgh  (5)
其中v0＝a*Pin+b为肢体部位和心脏在同一水平位置时的脉搏波传输速度。在血管内压Pin沁不改变的情况下，脉搏波传输速度与肢体离开心脏水平位置的高度h有关。
脉搏波传输速度可通过直接可测量量——脉搏波传输时间来反映。严格来讲，脉搏波传输时间是指脉搏波在动脉上两点之间的传输时间。由于脉搏波传输速度在动脉树上的每一点均不相同，因此，脉搏波传输时间可以通过对脉搏波传输速度沿动脉树积分得到，
PTT = ∫ 0 l dx PWV x = ∫ 0 l dx v 0 + aρ gx sin θ - - - ( 6 ) ]]>
其中，起点肢体部位与心脏位于同一水平面。对上式进行积分并进行泰勒展开近似，得到
PTT = l v 0 + 1 2 aρg v 0 2 l 2 sin θ = l v 0 + 1 2 aρg v 0 2 lh - - - ( 7 ) ]]>
在上式中，PTT，l是可测量量，h可通过加速度计的读数来计算，所以通过上式可确定出其中的未知量v0和a。当h＝0时，即动脉上两点均处于心脏水平位置时， v 0 = l PTT 0 . ]]>当动脉上两点中的终点部位高于或低于心脏水平位置时，可确定出 a = 2 l ρgh ( PTT 1 - PTT 0 PTT 0 2 ) . ]]>将v0和a的数值代入公式(5)中，即可确定出b，从而得到脉搏波传输时间与动脉血压(此处的动脉血压值以平均压带入较为合适)之间的关系：
P in = l a * PTT - ( ρgh + b a ) - - - ( 8 ) ]]>
为测量方便，测量脉搏波传输时间的起始点通常选为心电信号的R型波的顶点。若考虑此种情况，实际测到的脉搏波传输时间为从心脏到测量位置的整个传播时间，整个传输路径可分为固定段和活动段。固定段是指测量时高度没有变化的肢体段(即从心脏到肢体抬高/降低段之前的一段路径)，这一段的PWV与高度变化无关，仅仅与血管内压力Pin有关；而活动段是指肢体抬高/降低段的起点到测量脉搏波相关信号的肢体部位的一段路径。因此上述公式(7)可改写成：
PTT total = l 0 v 0 + l v 0 + 1 2 aρg v 0 2 lh = l 0 + l v 0 + 1 2 aρg v 0 2 lh - - - ( 9 ) ]]>
其中，l0为固定段的等效长度，它等于从心脏到固定段末端(活动段起始端)的脉搏波传输时间(可测)和固定段脉搏波传输速度的乘积(可计算)。固定段的脉搏波传输速度近似地等于活动段在心脏同一水平位置时的脉搏波传输速度，它可由活动段的长度除以脉搏波在活动段的传输时间来确定。因此，可得到脉搏波传输速度与动脉血压之间的关系：
P in = l + l 0 a * PTT total - ( ρgh + b a ) - - - ( 10 ) ]]>
其中，PTTtotal为可测量量。
实施例2
脉搏波传输时间与血压之间的关系也可以通过脉搏波传输速度与经皮压力之间的关系(11)和经皮压力与血容积的关系(12)得到。
PWV = V ρ dP t dV - - - ( 11 ) ]]>
V = a 1 + exp ( - bp t ) - - - ( 12 ) ]]>
其中，V为血容积，而a和b为待定参数。进一步结合公式(3)，将公式(12)和它的积分形式带入公式(11)并对活动段长度l积分即可得到，
PTT = l ρb 1 + exp ( bp in ) ; h = 0 2 l ρb gh ln | exp [ b ( P in - ρgh ) ] + exp ( - bρgh ) - exp ( - bρgh ) exp [ b ( P in - ρgh ) ] + 1 - 1 | ; h ≠ 0 - - - ( 13 ) ]]>
其中PTT和l是可测量量。
所以心脏水平位置的血压与脉搏波传输时间的关系可以表示为：
P in = 1 b ln ( l 2 ρb PTT 2 - 1 ) - - - ( 14 ) ]]>
为避免单次测量可能导致的计算b的误差，可以通过多组在不同高度测得的PTT得到的多个b值然后通过最小二乘法确定b。
在实际测量中，若脉搏波传输时间是以心电信号的R型波的顶点为起始点，上述方程亦需要修正。
在上述两个实施例中，高度的测量可通过加速度计完成。加速度计可放置在动脉上两个测量点的远端点。如果加速度计的读数为al，则高度可按照下式计算：
h = l g a l - - - ( 15 ) ]]>
参考血压值BP0除可以通过可以通过振荡法或听诊法测量外，也可以通过肢体高度和固定的压力传感器计算获得。其主要原理是当经皮压力为零(Pt＝Pin+Ph-Pe＝0，也就是血管内压和外压相等)时，脉搏波相关信号，如容积描记信号的幅度将达到最大值，如图4所示。具体方法是，步骤401中，在肢体末端施加一定的袖带压力，袖带下方的压力传感器将读出袖带压力(即血管的外压Pe)，然后，在步骤402中缓慢改变肢体的高度(肢体末端高度随之改变)，同时记录置于袖带下方的容积描记信号的波形。在步骤403中，找到记录下来的波形幅度达到最大时对应的肢体高度hm(可通过加速度计自动测得)。最后，在步骤404中由下列方程计算得到参考血压值BP0＝Pin＝Pe-ρghm。
本领域的技术人员应该明白，脉搏波特征量的选取和计算及回归方程中系数和常数的确定在不偏离本发明精神的情况下，可以有不同的实施方法。本发明的保护范围是由所附的权利要求而不是具体实施方案来界定的。