醫療級別血壓計設計方案

方案概述

電子血壓計具有無(wú)創(chuàng )性/操作簡(jiǎn)單/使用方便等特點(diǎn)，得到了廣泛的應用。血壓計，可以快捷的獲得患者的血壓，脈搏等體征參數，方便患者。

血壓計方案的核心芯片是SILICON LABS的SOC芯片C8051F930。

方案設計集成了一個(gè)高速的51內核，8路10 位A/D,3個(gè)8/16定時(shí)器，4K RAM ，64K FLASH?？梢詥喂澔螂p節供電，有SLEEP,IDLE等工作模式，最低電流消耗1uA，?？梢苑浅：玫臐M(mǎn)足醫療產(chǎn)品體積小，功耗低，RAM相對較大，運算快的要求。

系統架構框圖

測量原理：

血壓計方案血壓測量采用顯波法， 示波法又稱(chēng)為壓力振蕩法。

其工作過(guò)程是先將袖帶充氣以阻斷動(dòng)脈血流，然后在放氣過(guò)程中檢測袖帶內的氣體壓力并提取微弱的脈搏波。如下圖所示，當袖帶壓力P遠高于收縮壓時(shí)，脈搏波消失，隨著(zhù)袖帶壓力下降，脈搏開(kāi)始出現。當袖帶壓力從高于收縮壓降到收縮壓Ps以下時(shí)，脈搏波會(huì )突然增大，在平均壓Pm時(shí)幅值達到最大。然后脈搏波又隨袖帶壓力下降而衰減。示波法血壓測量就是根據脈搏波幅度與袖帶壓力之間的關(guān)系來(lái)估計血壓的。脈搏波最大值對應的是平均壓Pm，收縮壓Ps和舒張壓Pd分別由對應脈搏波最大幅值的比例來(lái)確定。

測量血壓時(shí)，隨著(zhù)袖帶壓力的下降血管由阻斷變導通，這一過(guò)程會(huì )在袖帶中產(chǎn)生一系列的小脈沖。將小脈沖拾取出來(lái)，將其峰值連成曲線(xiàn)，得出包絡(luò )線(xiàn)，。利用示波法判定收縮壓和舒張壓的具體方法很多，主要可以歸納為兩種：波形特征法和幅度系數法。波形特征法基本原理是利用脈搏波包絡(luò )線(xiàn)的拐點(diǎn)測量血壓，上升時(shí)拐點(diǎn)對應的靜壓力為收縮壓，下降時(shí)拐點(diǎn)對應的靜壓力為舒張壓。這種方法測量的個(gè)體適應性較差，測量精度不穩定，已逐漸被幅度系數法所替代。

幅度系數法又稱(chēng)“歸一法”。它是將脈搏波振動(dòng)信號的幅值與信號的最大幅值相比進(jìn)行歸一化處理，通過(guò)確定收縮壓和舒張壓的歸一化系數來(lái)識別收縮壓與舒張壓，如圖3所示。其中，As為收縮壓對應的脈搏波幅度，Am為平均壓所對應的脈搏波的幅度，Ad為舒張壓對應的脈搏波幅度，As/Am為收縮壓Ps的歸一化值，Ad/Am為舒張壓Pd的歸一化值，Pc為袖帶壓力，橫坐標代表放氣過(guò)程中袖帶內壓力的不斷減小。As/Am=C1，Ad/Am=C2，分別對應收縮壓和舒張壓的位置。根據測得的脈搏波幅值和對應的靜壓力，就可以得出收縮壓Ps、舒張壓Pd和平均壓Pm。一般收縮壓的幅度系數為0.46～0.64，舒張壓的幅度系數為0.43～0.73。

血壓/脈搏判斷方法：

收縮壓判據的確定：在充氣過(guò)程中脈搏波幅度包絡(luò )線(xiàn)的上升段，當某一個(gè)脈搏波的幅度Ui與最大幅度Um之比Ui/Um=Ks時(shí)，就認為此時(shí)對應的氣袖壓力為收縮壓。即Ps=POUi=Ks·Um。舒張壓判據的確定：在脈搏波幅度包絡(luò )線(xiàn)的下降段，當某一個(gè)脈搏波的幅度Ui與最大幅度Um之比Ui/Um=Kd時(shí)，就認為此時(shí)對應的氣袖壓力為舒張壓。即Pd=POUi=Kd·Um。心率指心臟每分鐘搏動(dòng)的次數。由于心臟與脈搏搏動(dòng)一致，所以在測量血壓的同時(shí)可以測得心率。測定心率的關(guān)鍵是判斷脈搏波的峰值，然后根據一定時(shí)間內有多少個(gè)脈搏波計算出心率。

硬件電路：

氣動(dòng)部分：

氣動(dòng)電路由袖帶、氣泵、壓力傳感器和放氣閥構成。壓力傳感器輸出的兩路信號分別經(jīng)過(guò)濾波，放大后與主控制器兩路A/D相接，完成靜壓信號和脈搏信號的測量;氣泵和放氣閥由主控制器經(jīng)驅動(dòng)芯片直接控制，完成測量時(shí)候的充放氣。

壓力傳感部分：

人體生理信號的特點(diǎn)是低頻小信號，一般是μV～mV級的，頻率范圍是0～300 Hz，信噪比低，因此選擇一個(gè)性能良好的傳感器就非常重要，本方案選擇US9111傳感器配合兩路精心設計的濾波放大電路獲得較高質(zhì)量的信號。

濾波放大部分：

從壓力傳感器出來(lái)的信號是脈搏信號和靜壓信號的混合信號，還夾雜著(zhù)來(lái)自外界的高頻干擾和直流或低頻分量。靜壓信號屬低頻信號，頻率小于或等于0.04 Hz，脈搏信號頻率一般約為1 Hz。將混合信號分為兩部分，一路經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波電路后連接A/D轉換器進(jìn)行模/數轉換，得到靜壓信號數據;另一路通過(guò)另一路濾波放大電路后進(jìn)行模/數轉換，得到放大的脈搏信號數據。具體電路如圖

此電路不僅可以提取出所需的脈搏信號，還對微弱的脈搏信號進(jìn)行了放大。脈搏信號的強度因人而異，但一般范圍為1～3 mmHg。

性能優(yōu)勢

●方案采用低功耗設計, 用2節 AAA 電池供電,供電電壓/DC 3V

●電流消耗：

氣泵充氣狀態(tài)： 32mA

放氣放氣測量狀態(tài)： 21mA

休眠狀態(tài)： 20uA

●使用微電子氣泵控制系統全自動(dòng)加壓/泄壓，自動(dòng)完成血壓/脈博測量，及測量結果的顯示。