等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計的提出

解良勤 劉彥剛

目前，無創(chuàng)自動測量血壓計主要有聽診法(又稱柯氏音法)和示波法(又稱振蕩法)[1]，但其測量準(zhǔn)確度均不理想。通過仔細(xì)觀察傳統(tǒng)聽診器法水銀血壓計測量血壓的過程，發(fā)現(xiàn)伴隨著柯氏音響的同時，水銀柱會抖動。根據(jù)水銀柱第一次抖動和最后一次抖動確定收縮壓和舒張壓的現(xiàn)象，認(rèn)真分析提出等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計，它能使測量準(zhǔn)確度大幅度提高，并指出在現(xiàn)有示波法無創(chuàng)自動測量血壓計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計，不僅可行，而且非常簡易[2-3]。

1 聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計

聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計采用拾音傳感器技術(shù)，模擬真人去聽柯氏音實現(xiàn)自動測量血壓。測量血壓時，將裝有拾音傳感器的袖帶纏在被測者的上臂，由電子線路自動控制氣泵給袖帶升壓，氣壓升至聽不到柯氏音后，此時袖帶壓力高于收縮壓。電子線路又自動控制氣泵停止升壓并控制排氣閥開始排氣，使袖帶壓力慢慢下降。在此過程中由拾音傳感器檢測柯氏音，并確定收縮壓和舒張壓。從測量原理上講，該法為復(fù)現(xiàn)傳統(tǒng)聽診器法，但外界的干擾問題尚未解決好。由于拾音傳感器技術(shù)不如真人的分辨能力，不能準(zhǔn)確地分辨真正的柯氏音與外界干攏音，其測量準(zhǔn)確度一直無法提高。

2 示波法無創(chuàng)自動測量血壓計

示波法無創(chuàng)自動測量血壓計，與聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計類似，也是由氣泵和排氣閥自動使袖帶升壓和慢慢降壓，只是由靈敏壓力傳感器取代了拾音傳感器。利用靈敏壓力傳感器檢測袖帶內(nèi)氣體壓力，并提取隨脈搏波動的微弱的壓力波動信號?，F(xiàn)有示波法理論認(rèn)為：當(dāng)袖帶壓力P遠(yuǎn)高于收縮壓時，壓力波動信號消失，隨著袖帶壓力下降，壓力波動信號開始出現(xiàn)。當(dāng)袖帶壓力從高于收縮壓降到收縮壓Ps以下時，壓力波動信號波會突然增大，在平均壓Pm時幅值達(dá)到最大值，然后壓力波動信號又隨袖帶壓力下降而衰減(如圖1所示)。示波法無創(chuàng)自動測量血壓計就是根據(jù)該壓力波動信號幅度與袖帶壓力之間的關(guān)系來估計血壓的。壓力波動信號最大值對應(yīng)的是平均壓Pm，收縮壓Ps和舒張壓Pd分別由對應(yīng)壓力波動信號最大幅值的比例來確定。測量血壓時，隨著袖帶壓力的下降,血管由阻斷變導(dǎo)通，這一過程會在袖帶中產(chǎn)生一系列的小脈沖。將小脈沖拾取出來，將其峰值連成曲線，得出包絡(luò)線(如圖2所示)。

圖1 示波法中脈搏波波幅與袖帶壓力的對應(yīng)關(guān)系

圖2 袖帶內(nèi)產(chǎn)生的小脈沖圖

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(shù)法。波形特征法基本原理是利用壓力波動信號包絡(luò)線的拐點測量血壓，上升時拐點對應(yīng)的袖帶壓力為收縮壓，下降時拐點對應(yīng)的袖帶壓力為舒張壓。這種方法測量的個體適應(yīng)性較差，測量精度不穩(wěn)定，已逐漸被幅度系數(shù)法所替代。

幅度系數(shù)法又稱“歸一法”。它是將某時刻壓力波動信號的幅值與壓力波動信號的最大幅值相比較進(jìn)行歸一化處理，通過確定收縮壓和舒張壓的歸一化系數(shù)來識別收縮壓與舒張壓(如圖3所示)。其中，As為收縮壓對應(yīng)的壓力波動信號幅度，Am為平均壓所對應(yīng)的壓力波動信號的幅度，Ad為舒張壓對應(yīng)的壓力波動信號幅度，As／Am為收縮壓Pd的歸一化值，Ad／Am為舒張壓Ps的歸一化值，Pc為袖帶壓力，橫坐標(biāo)的正方向代表排氣過程中袖帶內(nèi)壓力的不斷減小。As／Am=Cs，Ad／Am=Cd，分別對應(yīng)收縮壓和舒張壓的位置。根據(jù)測得的壓力波動信號幅值和對應(yīng)的靜壓力，就可以得出收縮壓Ps、舒張壓Pd和平均壓Pm。

圖3 歸一化值曲線

產(chǎn)品幅度系數(shù)的確定，一般是在做型式試驗時，依據(jù)ISO81060－2：2009《無創(chuàng)血壓計—第2部分：自動測量型血壓計臨床驗證試驗》，用待定型的無創(chuàng)自動測量血壓計測量志愿者真人的血壓的同時，由兩位有臨床經(jīng)驗的醫(yī)師用傳統(tǒng)聽診器法測量同一真人的血壓，按兩位醫(yī)師測得的平均值確定對應(yīng)的幅度系數(shù)。不同人群對應(yīng)的系數(shù)不一定相同；甚至同一人在不同時期幅度系數(shù)也不完全相同。使得采用幅度系數(shù)的示波法無創(chuàng)自動測量血壓計，其準(zhǔn)確度也不理想。而且各示波法無創(chuàng)自動測量血壓計生產(chǎn)廠家，設(shè)定的幅度系數(shù)分散性較大。以至于JJG692—2010《無創(chuàng)自動測量血壓計》[4]，無法向JJG270—2008《血壓計和血壓表》[5]那樣檢定示值誤差，而只能是檢定血壓示值重復(fù)性。如果被檢無創(chuàng)自動測量血壓計重復(fù)地給出錯誤的示值也會誤認(rèn)為是合格的，顯然不合理[6-7]。

3 等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計

通過分析、觀察傳統(tǒng)聽診器法水銀血壓計測量血壓的過程：測量血壓時，測量者將袖帶纏在被測者的上臂，聽診器放在肱動脈處，測量者戴好聽診器,關(guān)閉排氣閥并用氣球使袖帶升壓，氣壓升至聽不到“咚”的聲音為止，此時袖帶的壓力高于收縮壓。再打開排氣閥使袖帶慢慢降壓，并注意水銀柱壓力計示值，直到聽到第一聲“咚”的聲音，此時水銀柱壓力計示值為收縮壓。

換言之，當(dāng)袖帶壓力與肱動脈內(nèi)血壓相同時，會發(fā)出“咚”的聲音，因為袖帶的壓力是從高于收縮壓開始慢慢下降，第一次與周而復(fù)始變化的肱動脈內(nèi)血壓相等的點，當(dāng)然最有可能是脈動血壓的最高值即收縮壓。壓力繼續(xù)慢慢下降，在降到舒張壓之前，袖帶的壓力一直與周而復(fù)始變化的肱動脈內(nèi)血壓有相等的點，所以期間一直能聽到一聲聲“咚”的聲音。當(dāng)袖帶壓力降到低于收縮壓后，因為袖帶壓力沒有與肱動脈內(nèi)血壓相等的點，所以“咚”的聲音消聲。

醫(yī)學(xué)臨床實踐表明，消聲前最后一聲“咚”的聲音，水銀柱壓力計的示值為舒張壓。由于袖帶壓力是慢慢降低的，脈動內(nèi)的血壓最后一次與袖帶壓力相等的點，有可能是脈動血壓的最低值即舒張壓。這樣測得的收縮壓和舒張壓仍有一定分散性。因為袖帶壓力開始下降的時刻相對于血壓的脈動的隨機性，且壓力下降的速度不是特定的。使得袖帶壓力與脈動血壓相等時，不可能正好是收縮壓和舒張壓。通常測得的收縮壓較實際的收縮壓略低，而測得的舒張壓又較實際舒張壓略高。

在用傳統(tǒng)聽診器法水銀血壓計測量血壓時，伴隨著聽診器聽到“咚”的聲響時，水銀柱會抖動。即袖帶壓力與脈動的血壓相等時，不僅聽診器中能聽到“咚”的聲音，還會導(dǎo)致袖帶壓力的一個波動。通過反應(yīng)驗證，在用水銀血壓計測量血壓時，根據(jù)觀察到的第一次水銀柱抖動和最后一次水銀柱抖動，來確定收縮壓和舒張壓，與用聽診器法測量血壓相差無幾。由于水銀柱慣性較大，且水銀與玻璃管壁之間畢竟存在阻滯，所以觀察水銀柱抖動的靈敏度和準(zhǔn)確度不如使用聽診器聽“咚”的聲音高，特別是在舒張壓處水銀柱的抖動更不易察覺。如果用敏感的壓力傳感器檢測袖帶壓力和壓力波動，并采用電子技術(shù)來給出第一次和最后一次壓力波動時的袖帶壓力，即收縮壓和舒張壓，既保留了傳統(tǒng)聽診器法血壓計準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，又回避了聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計抗外部干擾能力差之不足，該法為等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計(如圖4所示)。

圖4 等效聽診法無創(chuàng)自動血壓計袖帶內(nèi)壓力波動信號與袖帶內(nèi)壓力對應(yīng)關(guān)系

在袖帶慢慢降壓的過程中，第一次出現(xiàn)壓力波動時，對應(yīng)的袖帶壓力為收縮壓Ps；最后一次出現(xiàn)壓力波動時，對應(yīng)的袖帶壓力為舒張壓Pd。在示波法無創(chuàng)自動測量血壓計的基礎(chǔ)上，要實現(xiàn)等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計很容易。硬件無需作任何改變，仍然是由氣泵和排氣閥自動使袖帶升壓和慢慢降壓，利用靈敏壓力傳感器檢測袖帶內(nèi)氣體壓力，并提取隨脈搏波動的微弱的壓力波動信號。只要對軟件編程稍作修改[8-10]，即收縮壓Ps和舒張壓Pd的判定，改原來的幅度系數(shù)法為：在袖帶慢慢降壓的過程中，當(dāng)靈敏壓力傳感器檢測第一次壓力波動時，對應(yīng)的袖帶壓力為收縮壓Ps；當(dāng)檢測到最后一次壓力波動時，對應(yīng)的袖帶壓力為舒張壓Pd即可。

之所以稱之為等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計，是因為柯氏音與壓力波動(或者說振動)不是相互孤立的。聲音的定義是能引起聽覺的聲振。即：聲音是由物體振動產(chǎn)生，正在發(fā)聲的物體叫聲源。沒有振動，柯氏音無從而來，因此血壓的波動與柯氏音只是同一物理現(xiàn)象的兩種表象。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)聽診器柯式音法血壓計，由于其很長的臨床實際應(yīng)用歷史，已經(jīng)成為人們公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn),即使不利于制造自動測量血壓計，但已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，長期的臨床經(jīng)驗都是基于此，要改良它的確很難(之所以說是改良，因為現(xiàn)提出的等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計只是不用其音作為判據(jù)，而用產(chǎn)生該聲音的振動作為判據(jù))！現(xiàn)在的聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計和示波法無創(chuàng)自動測量血壓計準(zhǔn)確度都不理想，應(yīng)該尋找新的無創(chuàng)自動測量血壓方法，在此拋磚引玉先提出等效聽診法無創(chuàng)自動測量血壓計。

[1]姚翔.基于示波法的無創(chuàng)血壓測量[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2007,4(7):24－26.

[2]劉堅強,王永才.基于示波法的電子血壓計系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2010(4):62－65.

[3]彭國意,張鄭波.基于示波法和柯氏音法的雙綜電子血壓計測量系統(tǒng)[J].醫(yī)療裝備,2008(11):1－4.

[4]朱俊杰,高楊,屠立猛,等.JJG692—2010無創(chuàng)自動測量血壓計[M].北京:中國計量出版社,2010.

[5]屠立猛,胡安倫,龔麗影,等.JJG270—2008血壓計和血壓表[M].北京:中國計量出版社,2008.

[6]朱俊杰,劉麗.加強血壓測量儀器強制管理需要技術(shù)法規(guī)的保證[J].中國計量,2001(6):19.

[7]張政波,吳太虎.無創(chuàng)血壓測量技術(shù)與進(jìn)展[J].中國醫(yī)療器械雜志,2003,27(3):196－199.

[8]劉敬華,于紅玉,鄧軍民.基于示波法原理的無創(chuàng)血壓測量模塊的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2008,23(9):35－36.

[9]錢峰,劉晰.基于示波法的電子血壓計的實現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報,2006,27(6):1534－1535.

[10]黃建新,劉懷.基于示波法的無創(chuàng)血壓監(jiān)護儀的設(shè)計[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版),2005,5(1):25－27.