第6章 血壓測量儀器設(shè)計 《醫(yī)學電子儀器設(shè)計》電子課件

第六章 血壓測量儀器設(shè)計6.1 血壓的監(jiān)測意義6.2 血壓的直接測量方法6.3 血壓的間接測量方法6.4 電子血壓計的電路設(shè)計6.5 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計6.6 動態(tài)血壓監(jiān)測6.7 動態(tài)血壓監(jiān)測影響因素6.1 血壓的監(jiān)測意義n 血壓（ Blood Pressure, BP）是一個重要的生命參數(shù)，是指血液對血管壁的壓強，通常用相對壓強表示。n 血管分為容量血管和阻力血管n 平均壓的計算公式n 經(jīng)驗公式：平均壓 =舒張壓 +（收縮壓 -舒張壓） /3。6.2 血壓的直接測量方法n 基本原理：連通器原理n 血壓的直接測量是通過將測壓導管插入被測體的血管內(nèi)來進行的，測壓導管經(jīng)皮由動脈穿刺后留置固定，由測壓導管上的壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，并在監(jiān)視器上顯示動脈壓力波形。直接測壓裝置n 液體耦合法n 血管內(nèi)壓力傳感器直接血壓測量問題1 測量裝置的校正問題，包括零位校正（調(diào)零）和傳感器靈敏度校正直接血壓測量問題2 靜水壓的影響在測量中心靜脈壓時，一般要求把傳感器安放在與心房同一水平的高度。直接血壓測量問題3 波形的畸變4 凝血6.3 血壓的間接測量方法n 間接測壓法是一種非創(chuàng)傷性血壓測量技術(shù)，常稱為無創(chuàng)壓（ Non-Invasive Blood Pressure， NIBP），它可以測得收縮壓、舒張壓和平均壓。n 將袖帶綁定在上臂，對袖帶充氣，對上臂加壓，這個壓力可通過機體組織傳遞到動脈上。當 充氣壓大于動脈壓 時，血管被壓扁而關(guān)閉，當 充氣壓小于動脈壓時，血管開通。根據(jù)這個原理，可以通過測量血管恰好開通或關(guān)閉時的袖帶內(nèi)壓，來測量收縮壓和舒張壓。測量的方法有聽診法、搏動法、超聲多普勒法等。6.3 血壓的間接測量方法6.3.1 柯氏音法柯氏音法（ Auscultatory）也稱為聽診法， 1905年蘇聯(lián)醫(yī)生 Korotkoff發(fā)現(xiàn)了柯氏音，奠定了柯氏音聽診法血壓測量的基礎(chǔ)，柯氏音原理n 給氣袖加壓直到使動脈壁閉合，然后再逐步降低氣袖壓力，當氣袖壓剛好等于收縮壓時，血管被沖開，聽診器能聽到柯氏音，此時的氣袖壓就是收縮壓。氣袖壓繼續(xù)下降，直到剛好低于舒張壓時柯氏音消失，這樣也就測得了舒張壓。如用程序控制氣泵給袖帶充氣和控制氣閥逐步放氣，用傳感器測壓，并顯示血壓數(shù)值就構(gòu)成了自動測壓系統(tǒng)。6.3 血壓的間接測量方法2 測振法測振法的測量過程與柯氏音法相同，亦需要采用充氣袖套來阻斷動脈流，但在放氣過程中不是檢測柯氏音，而是檢測氣袖內(nèi)氣體的振蕩波（測振法由此得名），振蕩波起源于血管壁的搏動。測振現(xiàn)象1當氣袖內(nèi)壓（靜壓）高于收縮壓時，動脈被壓閉，此時因近端脈搏的沖擊而呈現(xiàn)細小的振蕩波；2 當氣袖內(nèi)壓小于收縮壓時，則波幅增大；3 氣袖壓等于平均壓時，動脈管壁處于去負荷（Unloading）狀態(tài)，波幅達到最大值 ；4 當氣袖壓力小于舒張壓以后，動脈管腔在舒張期已充分擴展，管壁剛性增加，因而波幅維持在較小的水平。袖帶內(nèi)壓、搏動波和柯氏音的時相關(guān)系典型電子血壓計的結(jié)構(gòu)框圖6.4 電子血壓計的電路設(shè)計6.4.1血壓信號提取過程n 1、由恒流源電路提供壓力傳感器穩(wěn)定的電流，以提高測量準確度；n 2、由壓力傳感器產(chǎn)生差動電壓信號；n 3、由集成運放 LM324及可變電阻組成前置差動放大線路；n 4、此信號在經(jīng)過 0.8Hz一階高通濾波后，去除 DC值（靜態(tài)壓所對應的電壓），避免在血管脈動信號放大時，放大器進入飽和區(qū)；n 5、信號再經(jīng)過放大，成為血壓脈動波形，再經(jīng)過 38Hz二階低通濾波去除電源及皮膚與臂帶摩擦的高頻干擾，而后進入系統(tǒng)；血壓信號提取過程n 6、在 MCU內(nèi)做信號處理及自動控制充氣泵開關(guān)及放氣閥動作；n 7、通過放大器所產(chǎn)生的振蕩血壓，先找出最大振幅值A(chǔ)max，往前找 0.5Amax的值即為收縮壓，往后找0.8Amax的值為舒張壓，將上述兩點與 DC電壓（靜態(tài)壓所對應的電壓）做對照，把 DC電壓值（靜態(tài)壓所對應的電壓）換算為所對應的壓力值，則為收縮壓與舒張壓的值；n 8、在脈動波形出現(xiàn)的時間內(nèi)計算出有多少個波形，然后乘上 60，即為每分鐘的心跳數(shù)；n 9、在所有信號攝取運算完畢后，將收縮壓、舒張壓及脈率顯示在 LCD顯示屏上；電子血壓計系統(tǒng)6.4.2傳感器及模擬信號電路常用傳感器型號n BP01 型壓力傳感器n FGN一 605PGSRn MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器電子血壓計電路模擬電路分解n 傳感器恒流供電電路和傳感器電橋電路n 差分放大電路，得到直流分量，即袖帶內(nèi)的壓力值n 二階高通濾波電路，濾除直流分量n 交流放大電路，得到交流分量，也就是振蕩波的波形n 低通濾波消除高頻噪聲，得到干凈的振蕩波信號6.5 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計6.5.1單片機資源分析測量血壓過程： 按激活鍵，單片機 PWM輸出控制氣泵充氣至 200 mmHg高，慢慢以每秒約下降 5 mmHg的速度階梯放氣。壓力傳感器輸出信號經(jīng)差分放大器后變單端信號一路送入單片機 ADC監(jiān)視直流分量，另一路送入 0.8 Hz二階高通濾波器濾除直流分量 。測量血壓過程n 交流分量經(jīng) 200倍放大后輸入 38 Hz二階低通濾波器去除電源及皮膚與袖帶摩擦的高頻噪聲和工頻干擾并將此信號維持在 0 5V之間，濾波后的交流分量送入單片機 ADC計算幅值，先找出最大振幅值 Amax，再往前找幅值為 0.5Amax的瞬態(tài)位置對應血壓直流分量即為收縮壓，往后找幅值為 0.8Amax的瞬態(tài)位置對應血壓直流分量即為舒張壓，將計算出的收縮壓和舒張壓結(jié)果輸出至液晶驅(qū)動器顯示。電源開關(guān)設(shè)計表 6-1 LCD顯 示內(nèi)容軟開關(guān)工作原理n 當系統(tǒng)開機時，長按下開關(guān) S1時SGM3005的 IN1接高電平，即 COM1與NO1相連， NO1接電源，所以 COM1接電源， COM2也接電源，開始為系統(tǒng)供電。開關(guān)斷開后 COM1接 NC1懸空，但 COM2被單片機輸出信號 KEY_HOLD（連接到模擬開關(guān)的 IN2端）控制，仍接電源繼續(xù)為系統(tǒng)供電。軟開關(guān)工作原理n 系統(tǒng)關(guān)機時，電源鍵長按，單片機內(nèi)部的定時器判斷按鍵按下的時間長度，達到關(guān)機設(shè)定的時間長時，單片機給KEY_HOLD管腳一低電平， COM2與電源斷開，停止為系統(tǒng)供電。顯示段碼數(shù)計算收 縮壓 888 21舒 張壓 888 21脈搏 188 15加 /減 壓 2個點（箭 頭 ） 2mmHg 一個點（箭 頭 ） 1心跳符 一個點 1電 池符號 一個點 1記憶 符號 M 1總計 ： 63個點血壓計電路端口 設(shè)計功能 資 源要求血 壓 脈搏信號的數(shù)字 變換 ， 壓 力 值 的采 樣 ， 電 源 電壓 采 樣 3個 ADC液晶 顯 示功能 12個 I/O端口電 源開關(guān) I/O端口，定 時 器測 量開關(guān) I/O端口控制充氣 泵 充放氣 單 片機 PWM波 輸 出控制 電 磁 閥 打開或關(guān) 閉 I/O端口蜂 鳴 器 I/O端口脈搏波的采 樣 和 壓 力分析 數(shù)據(jù) 處 理能力， 對 主 頻 和存 儲 器有一定要求6.5.