電子血壓計的設計

在醫療系統中有大量用于臨床的無(wú)創(chuàng )血壓監護儀和多參數監護儀等設備，其共同的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)無(wú)創(chuàng )測量人體血壓(收縮壓和舒張壓)。血壓測量準確與否關(guān)系到廣大人民群眾生命健康安全。國家把血壓計列為國家強制檢定計量器具。目前大部分無(wú)創(chuàng )式的電子血壓計采用示波法測量血壓。計量部門(mén)對這些血壓測量器具只能檢定其靜態(tài)指標，對于其測量血壓(收縮壓舒張壓)準確度的檢定，沒(méi)有確實(shí)可行的方法和手段。因此很有必要對示波法電子血壓計測量血壓準確度的檢定方法進(jìn)行探討。
一.示波法電子血壓計的原理
血壓是指血管內的血液對于單位面積血管壁的側壓力，也即壓強。也就是說(shuō)血管內血液的靜壓就是血壓。
人體的血壓是隨時(shí)間周期變化的，收縮壓是指血壓的最大值，舒張壓是指血壓的最小值，見(jiàn)圖1。

血壓計所要測量的量就是收縮壓和舒張壓。而示波法測量血壓，就是當綁在手臂上的袖帶壓力比血管收縮壓高出約60mmHg時(shí)，血管被阻斷。隨著(zhù)袖帶壓力的下降血管由阻斷變導通，這一過(guò)程就會(huì )在袖帶中產(chǎn)生一系列的小脈沖，見(jiàn)圖2。把小脈沖拾取出來(lái)，將其峰值連成曲線(xiàn)，得出包絡(luò )線(xiàn)，見(jiàn)圖3。根據包絡(luò )線(xiàn)的形狀，找出相應的特征點(diǎn)判別出收縮壓和舒張壓。

包絡(luò )線(xiàn)的形狀主要受收縮壓、舒張壓、血管和手臂力學(xué)特性等參量影響。其中收縮壓和舒張壓是主要影響參量。而示波法血壓測量沒(méi)有完善的理論推導，使得特征點(diǎn)的確定只能依賴(lài)采集樣本的統計歸納，因而可以說(shuō)示波法測量血壓是基于統計的方法，有一定的離散性。

二.檢定方法
示波法電子血壓計的檢定分兩部分：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。
靜態(tài)檢定是指血壓計傳感器測壓準確度的檢定。這是一個(gè)常規檢定，在這里不作討論。
動(dòng)態(tài)檢定是指對血壓計測量收縮壓、舒張壓準確度的檢定。目前國內外都沒(méi)有確實(shí)可行的血壓計動(dòng)態(tài)檢定方法。本文章作重點(diǎn)討論。1．由血壓計的測量可看出，動(dòng)態(tài)檢定最有效的方法是產(chǎn)生一個(gè)標準的收縮壓和舒張壓量，給血壓計測量。血壓計的測量結果與標準值的差值即為血壓計測量收縮壓和舒張壓的基本誤差。
△Pd=Pdj－Pdb；
△Ps=Psj－Psb；
其中：
△Pd：血壓計舒張壓基本誤差；
△Ps：血壓計收縮壓基本誤差；
Pdj：血壓計舒張壓測量值；
Pdb:舒張壓標準值；
Psj:血壓計收縮壓測量值；
Psb:收縮壓標準值；
這個(gè)方法有兩個(gè)主要部分：產(chǎn)生標準的收縮壓、舒張壓；使該標準值能被血壓計測量。
(l)產(chǎn)生標準的收縮壓、舒張壓
從收縮壓和舒張壓的定義可看出，標準收縮壓和舒張壓的產(chǎn)生實(shí)際上就是要產(chǎn)生一個(gè)標準的模擬血壓波，使其峰值和谷值的準確度應滿(mǎn)足檢定要求。從血壓的定義可確定：由于血壓是指靜壓，因此不論模擬血壓波的壓力介質(zhì)是液體還是氣體都不會(huì )對檢定產(chǎn)生附加的不確定度。
(2)使標準的收縮壓、舒張壓能被血壓計測量。
示波法電子血壓計(以下簡(jiǎn)稱(chēng)血壓計)是通過(guò)繞扎在手臂上的袖帶中的壓力由高到底的變化過(guò)程中，手臂肱動(dòng)脈由阻斷到導通，使得袖帶中的壓力疊加上一系列壓力小脈沖。血壓計感應這些信號，經(jīng)過(guò)一定的運算，求出人體肱動(dòng)脈的收縮壓和舒張壓。(手腕式的示波法電子血壓計原理和手臂式的等同，在這里不作探討。)
由此可見(jiàn)血壓計的檢定在產(chǎn)生標準的血壓波信號后，必須有一個(gè)機構負責把血壓波信號傳遞給血壓計。這個(gè)傳遞機構等同于人體的手臂把血壓傳遞給血壓計，稱(chēng)為模擬手臂。模擬手臂的力學(xué)特性等效于人體手臂。
采用這種檢定方法的優(yōu)點(diǎn)是：
①符合量值傳遞的要求。
上述的檢定方法是從血壓的基本定義出發(fā)，從血壓計的測量出發(fā)，產(chǎn)生標準的量值。這些量值能很容易的實(shí)現量值溯源。
②方法可靠。
采用這種方法檢定血壓計的過(guò)程與血壓計測量血壓的工作過(guò)程完全一樣。因此可以說(shuō)這種方法不存在方法上的附加誤差。
②能完全的檢定血壓計。
這種方法把血壓計的袖帶也看成是血壓計的一個(gè)傳感部分進(jìn)行檢定。所以說(shuō)它能完整的檢定血壓計。
要實(shí)現該檢定方法從技術(shù)上說(shuō)是有相當大難度的，標準血壓波的產(chǎn)生和模擬手臂的制作難度都是很大的。國內外都沒(méi)有實(shí)現該檢定方法的手段。由廣東省計量科學(xué)研究所和廣東省醫療器械研究所共同研制的示波法電子血壓計檢定裝置實(shí)現了這個(gè)檢定方法。其標準收縮壓和舒張壓的不確定度為0.3kPa(2mmHg)。使得這個(gè)檢定方法從設想變成現實(shí)。
2.從血壓計的工作原理出發(fā)還可以得出另外一種檢定方法。(嚴格的說(shuō)這種方法不能完成量值傳遞的檢定。)
這種方法的基本思路是還原包絡(luò )線(xiàn)。它首先采集一定量的人群包絡(luò )線(xiàn)，經(jīng)過(guò)統計歸納確定出一條典型的包絡(luò )線(xiàn)。這條包絡(luò )線(xiàn)隱含著(zhù)收縮壓和舒張壓的量值，即它標稱(chēng)著(zhù)收縮壓和舒張壓的值。在檢定的過(guò)程中通過(guò)一個(gè)裝置經(jīng)管路連接把這條典型的包絡(luò )線(xiàn)還原給血壓計。血壓計傳感器感應壓力變化，拾取出該包絡(luò )線(xiàn)，確定血壓值。血壓計測得值與典型包絡(luò )線(xiàn)的血壓標稱(chēng)值之差即為血壓計測量血壓的基本誤差。這個(gè)方法的最大問(wèn)題是包絡(luò )線(xiàn)所標稱(chēng)的收縮壓和舒張壓量值無(wú)法通過(guò)常規的實(shí)驗方法進(jìn)行檢定。也就是說(shuō)它無(wú)法進(jìn)行量值溯源。
目前國外有一些基于這種方法的裝置。這些裝置可用于血壓計的研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的輔助校驗，把它們用于日常的檢定中是不合適的。

三.結束
以上主要介紹了兩種檢定示波法電子血壓計的方法，其中第一種方法應該更符合量值傳遞檢定的要求。但是也存在著(zhù)一些問(wèn)題，主要是示波法的基礎理論支持還很欠缺，使得模擬手臂力學(xué)模型的建立難度相當大，只能依賴(lài)統計歸納的方法進(jìn)行處理。隨著(zhù)示波法的不斷完善，我們相信其檢定方法和手段也會(huì )不斷的完善。