SOC的高精度電子血壓檢測儀實(shí)現

血壓是人體重要的生理參數之一，對其進(jìn)行精確測量，有利于早期發(fā)現和鑒別高血壓類(lèi)型，提出合理的治療建議。目前，臨床上對普通病人主要采用無(wú)創(chuàng )檢測的方法，它大致分為人工柯氏音法和示波法兩類(lèi)。人工柯氏音法雖然比較準確，但操作困難，受主觀(guān)因素影響較大；傳統的示波法雖然操作簡(jiǎn)單，但穩定性和個(gè)體適應性較差，不利于在臨床應用上的普及和推廣。本文在示波法的基礎上，從硬件實(shí)現和軟件設計兩個(gè)方面改進(jìn)了原來(lái)的測量方法，并進(jìn)行了比對測試。

1 硬件設計

示波法進(jìn)行血壓檢測的主要過(guò)程是獲取袖帶內變化的壓力信號，分析從中分離出的脈搏信號，找到收縮壓和舒張壓對應的位置，從而得到數據。傳統的示波法測量是將來(lái)自傳感器的信號放大，對放大后的信號進(jìn)行低通濾波，得到壓力信號，并由一組A/D轉換器將其送入單片機，然后再對該壓力信號進(jìn)行帶通濾波，得到脈搏信號，由另一組A/D轉換器送入單片機。其基本結構如圖1所示。

采用了Σ-Δ型單片機ADμC848之后，簡(jiǎn)化了電路。

由于集成了高精度的16位Σ-Δ型A/D轉換器，且其A/D參考電壓可以編程調整（最小可達到10mV）。因此，它可以在保證精度和動(dòng)態(tài)范圍要求的情況下，直接進(jìn)行A/D轉換，而不必經(jīng)過(guò)放大。這樣，可以消除由于放大器的存在而帶來(lái)的動(dòng)態(tài)范圍改變、噪聲以及電壓失調等一系列問(wèn)題，并且減少了器件的使用，降低了實(shí)現成本。

由于該Σ-Δ型A/D轉換器提供了差模輸入方式，可以將傳感器給出的差模信號直接送入A/D轉換器，理論上其共模抑制比可以達到無(wú)窮大。因此，它可以大大降低由于前級放大電路的不匹配而造成的共模干擾。

由于Σ-Δ型A/D轉換器轉換過(guò)程要通過(guò)一個(gè)低通濾波器濾波，因此，在進(jìn)行A/D轉換之前，不必進(jìn)行濾波處理，可以直接將傳感器與A/D連接，然后再進(jìn)行數字濾波。

由于A(yíng)DμC848中集成了一個(gè)標準的恒流源，恒流數值可以通過(guò)軟件編程調節。因此，可以根據產(chǎn)品應用的不同環(huán)境，將一個(gè)標準的壓力輸出進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行A/D轉換，再根據轉換結果及時(shí)調整恒流源，直到輸出期望的轉換數值，以實(shí)現產(chǎn)品的自動(dòng)校準。

改進(jìn)后的電子血壓計硬件結構如圖2所示。

2 軟件設計

經(jīng)過(guò)以上硬件處理后得到袖帶內壓力的變化曲線(xiàn)，在軟件處理中，先要分離出其中的脈搏信號；然后去除干擾點(diǎn)，擬合包絡(luò )曲線(xiàn)，找到對應的平均壓；最后根據系數計算出收縮壓和平均壓。

在分離脈搏信號的過(guò)程中引入了形態(tài)濾波算法。由于袖帶內壓力信號與脈搏信號頻帶接近，直接采用帶通濾波會(huì )減小信號幅度，降低信噪比，給后面的處理帶來(lái)困難。而應用形態(tài)濾波處理算法，是從形態(tài)學(xué)角度分離信號，可以很好地提取脈搏信號。為了能夠實(shí)時(shí)完成信號分離，將采用開(kāi)運算進(jìn)行處理，削平原始信號中所有的波峰，再用原始信號與處理后的信號做差，得到分離出的脈搏信號。圖3為原始信號圖，圖4為分離出的脈搏信號。

為了有效抑制干擾，修復缺損的脈搏波，將根據每個(gè)脈搏波峰值與和它相鄰的脈搏波峰值之間所成角度的關(guān)系，決定每個(gè)脈搏波的可信程度。由于脈搏波幅值不是單調變化的，因此，這樣的判斷還需要考慮幅值因素。其具體方法見(jiàn)文獻[1]。

利用上面得到的每個(gè)脈搏波的權值信息進(jìn)行包絡(luò )擬合。由于所得包絡(luò )線(xiàn)明顯不對稱(chēng)（即二階擬合不能滿(mǎn)足要求），將采用帶權值的三階最小二乘擬合方式。擬合完成后，曲線(xiàn)上極大值所在位置對應的壓力值，就是平均壓的數值。

最后，參照文獻[2]中的方法，根據平均壓的大小決定采用何種幅度系數，并利用幅度系數計算出相應的收縮壓、舒張壓對應的位置，從而得到收縮壓、舒張壓的大小。

為了驗證所得血壓計的準確性，選取了一些典型的樣本，將其測量結果與人工聽(tīng)診的柯氏音法進(jìn)行比對。

首先，用人工聽(tīng)診的柯氏音法測量血壓數值a1，相隔15分鐘后，再用改進(jìn)后的電子血壓計進(jìn)行測量，得測量數值b；再等待15分鐘，用人工聽(tīng)診的柯氏音法重新測量一遍，測得血壓值a2，用a1與a2的平均值a作為人工聽(tīng)診柯氏音法所得的測量數值。所得測量數據如表1和表2所示。

從以上幾組典型的測量結果可以看出，應用本文所述的電子血壓計測量血壓，能夠保證血壓測量的精確度在5mmHg以?xún)?，基本滿(mǎn)足血壓測量的精度要求。

本文提出了一種基于SoC的血壓檢測儀器的實(shí)現方法。該方法的硬件集成度高，設計實(shí)現簡(jiǎn)便；軟件設計集合了形態(tài)濾波等多種先進(jìn)算法，精確度高，抗干擾性強。實(shí)驗證明，這種血壓檢測儀具有很好的精度，能夠滿(mǎn)足血壓測量的一般要求。