基于脉搏波速法连续测量血压的实验研究

1、基于脉搏波速法连续测量血压的实验研究Experimental study for continuous blood pressure measurement based on pulse wave velocity LI Tong xin1 HU Zhi gang1, 2 HE Lin2ZHANG Xiao lan2(1.Henan University of Science and Technology of Mechartonics Engineering 4710032.Henan University of Science and Technology of Medical Techn

2、ology and Engineering 471003 Abstract : Objective Study on whether human blood pressure is associate with pulse wave velocity. Methods Gathering human pulse wave velocity and corresponding blood pressure under different p hysiological states,using the principle of least squares to get fitting curve

3、and the fitting parameters. Results From the fitted curve and the fitting parameters can found the pulse wave velocity is asso ciated with blood pressure,and the fitting parameters vary from person to person. Conclusion By us ing the pulse wave velocity can speculate human blood pressure to achieve

4、continuous blood press ure measurement.Key words:pulse wave velocity;continuous blood prssure measurement;fitting;paramenters0 引言血压测量是医学上最常见的检查方法, 目前 临床上多采用柯氏音等间歇血压测量法。 这些方 法只能测得被测者某一特定时刻的血压值, 同时 单次血压测量易受环境、 情绪等因素的影响, 因 此无法得到连续的血压值。 连续式测量法能在某 一时段内连续不停地测量血压, 从而为临床诊断 与治疗提供了更加充分的依据。 目前对连续血压 的测量有容积补偿法、

5、动脉张力测定法、 脉搏波 特征参数测定法等。采用容积补偿法可以不失真地测出血压波 形。 该方法的优点在于可以提供连续跟踪血压动 脉变化, 可检测动脉压的细微变化, 但其对测量 精度要求很高, 同时由于气囊的作用也影响被测 者的舒适度 1; 动脉张力法可以连续测量动脉血 压, 但是这一方法对传感器定位要求高, 安装时 须将动脉压在骨骼上, 长时间测量时, 保持传感 器测量位置较为困难 2-3。脉搏波参数测量法是 通过提取人体波形的一些特定参数以此来推测 人体血压的方法, 此方法计算量大, 而且计算方 法繁琐, 因而在提取特征参数和计算方法等方面 需要改进 4-7。脉搏波速血压测量法原理简单,易于

6、实现, 通过计算人体体表两个不同位置传导的脉搏波 传导速度, 建立回归方程, 继而可以推测人体血 压。 使用该方法拟合得到的血压值与实际用水银本课题由国家国际科技合作计划 (2011DFA10440 资助 作者简介:李同心:硕士研究生在读胡志刚:教授,硕士生导师 血压计测得的血压值相比,误差在 5%左右 8-10, 因此本论文将对脉搏波速血压测量法进行进 一 步研究。1 实验研究1.1 实验原理脉搏波速血压测量法是根据脉搏波沿动脉 传播速率与动脉血压之间具有相关性的特点 11提出的, 通过在人体两个不同部位放置传感器采 集脉搏波形, 根据脉搏波形得到两个脉搏波形的 传导时间 T 11-13,在

7、测量出等效血管长度 S 的前 提下,由公式:PWV=S/T 公式(1 可计算出不同血压状态下的脉搏波速, 通过脉搏 波速推测血压, 继而可以达到连续测量血压的目 的。1.2 数据采集系统的构件组成采集系统所采用的脉搏传感器为透射式光 电传感器 14,透射式光电传感器由一个发光二 级管和一个光敏三极管构成, 入射光经过组织吸 收后可被对面的光敏三极管接收 , 这种方式适 合于手指、 脚趾、 耳垂等两面距离比较短的组织 的测量。采集数据的主要设备为 RM6240生理信号采 集处理系统, 该系统功能强大、 灵活、 集生物信 号采集、放大、显示、记录与分析为一体,是传 统医学实验系统 (由放大器、 记

8、录仪、 刺激器和 示波器组成的换代产品。数据采集系统的构成如下图所示: 图 1 数据采集系统的硬件构成图1.3 数据采集过程实验对象为河南科技大学的青年学生及洛 阳市中心医院的部分老年高血压患者, 青年学生 身体健康情况良好且无患病史, 老年高血压患者 无其他疾病。数据采集部分采用脉搏波和对应血压同时 采集的方法进行 15,首先将两个脉搏波传感器 分别佩戴于受试者左臂桡动脉和中指桡动脉处, 接着调整传感器的位置直至 RM6240采集软件上 显示出平稳的脉搏波形, 用记号笔在受试者手上 标注传感器佩戴位置, 同时利用电子血压计测得 此刻的血压, 并量得体表传感器两处等效血管的 长度 S 。利用

9、RM6240多道生理信号采集处理系 统一通道采集受试者的桡动脉脉搏波形, 二通道 采集指动脉脉搏波形,采集时间为 20s 左右。 人体的血压每时每刻都在发生变化, 对于任 一实验对象, 需采集多个状态下的脉搏及脉搏数 据,进而可以与血压值来拟合其血压准线性曲 线, 并根据得到的准线性曲线来估算其他不同状 态下的血压值。 对于青年受试者, 采用运动的方 式改变其血压, 应先在运动前采集一次血压和对 应的脉搏数据, 然后受试者运动 5分钟, 运动方 式为跑步或者跳绳等, 接着按标记的位置重新佩 戴传感器, 之后每隔一分钟采集一次血压和对应 的脉搏数据, 直到血压恢复到运动前水平。 对于 老年受试者

10、,采用服用降压药的方式改变血压, 受试者自备降压药, 先在服用降压药前测量一次 血压和对应的脉搏数据,然后试验者口服降压 药, 降压药为复方降压片、 沙坦分散片、 尼莫地 平片等,之后每隔 10分钟采集一次血压和对应 的脉搏数据,直到血压恢复正常水平为止。 最后用于分析的数据, 其对应的每组血压差 值应超过 5mm/hg。对于血压相同的数据,应提 取波形较平稳的数据,以方便分析计算。 1.4 数据分析脉搏波传导时间的计算是通过在人体体表 桡动脉腕与手指血管部位放置光电传感器, 将人 体的脉搏波信号波形反映到分析软件上, 通过计 算上下两通道脉搏波形峰峰值所对应的时间差, 即是桡动脉与指动脉血管

11、的脉搏波传导时间 T 。 采集设备一通道为桡动脉脉搏波形, 二通道为指 动脉脉搏波形,如图 3所示: 图 2 脉搏波传导时间 T 的计算示意图对任一实验者的每一个血压值, 均有两路长 约 20s 的脉搏波数据与其对应。 从这两路中找出 7-10个脉搏波形的峰峰值,计算出平均脉搏波 传导时间,同时根据公式 (1,可得到这一血压 值所对应的脉搏波速 PWV 。将得到的 PWV 数 值与其对应的血压值用最小二乘法进行线性拟 合 16-17,便可以得到拟合参数和拟合曲线。1.5 数据结果数据采集过程中通过运动方式或者服用降 压药的方式改变血压难免会对人体生理功能有 影响, 为了得到准确的拟合结果, 现

12、将拟合的曲 线分为四种:、 青年组运动前和运动后数据同 时用来拟合的曲线; 、 青年组只用运动后数据 拟合的曲线; 、 老年组服药前服药后数据同时 用来拟合的曲线; 、 老年组只用服药后数据拟 合的曲线。对比图如下所示: (a 运动前和运动后数据同时用来拟合的曲线(b 只用运动后数据拟合的曲线(c 服药前和服药后数据同时用来拟合的曲线(d 只用服药后数据拟合的曲线图 3 四种拟合曲线的对比图以上八幅图是从青年组和老年组中分别随 机挑出一个受试者拟合的曲线, 图中横轴为脉搏 波速(PWV ,纵轴为人体实测血压,圆点为实 际采集的原始数据, 直线为根据原始数据拟合的 线性曲线。2 结束语1. 本次

13、的实验对象青年组受试者为 20人, 老年组受试者为 10人。 通过分析青年组数据, 发 现对于同一个受试者, 当测得的运动前血压和运 动后血压相同时, 脉搏波速明显不同, 用运动前 和运动后数据同时拟合的曲线与原始数据的均 方差很大, 而运动后的脉搏波速和血压成明显准 线性规律, 因而其相关性较高; 然而对于老年受 试者, 将服药前的数据带入服药后拟合的准线性 关系中, 误差较小。 通过这些情况说明对于每个 受试者, 在某一特定时间段, 当其不进行剧烈运 动时, 其血压和脉搏波速成准线性关系, 因而对 于研制无创连续血压测量的装置, 此准线性关系 成立。2. 通过线性分析发现线性拟合参数的数值

14、 因人而异, 即 PWV 与血压的准线性关系具有个 体特异性。一般情况下,对于任何年龄段的人, PWV 与收缩压的相关性高于舒张压,拟合误差 在 3%-7%左右,因而其对应的拟合误差也就小 于舒张压。参考文献1 Penaz J.photoelectric measurement of blood pressur e,volume and flow in the fingerC.Digest of the 10the International Conference on Medical Engineering.Dresde n,Germany,1973:103104.2 Pressman GL

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