第五章血压测量

1、第五章第五章 血压测量血压测量 血压生理学概述血压生理学概述 直接测量原理与方法直接测量原理与方法 间接测量原理与方法间接测量原理与方法 血压自动测量电路血压自动测量电路血压生理学概述血压生理学概述 血压是血液对血管单位面积的垂直压力 由心脏收缩产生，左心室和右心房之间的压差使血液流动，循环系统的参数 收缩压、舒张压、平均压相对大气的压力表示,mmg汞柱,Pa 血压是空间、时间的函数,频率2-3Hz压力测量应用压力测量应用 血压血压 眼压眼压 眼中房水对眼球的压力眼中房水对眼球的压力 颅内压颅内压 颅腔内脑脊液的压力，颅腔内脑脊液的压力，10-15毫米汞柱。毫米汞柱。 日常生活、工业上广泛应用

2、日常生活、工业上广泛应用 重量，气压，液体压力等重量，气压，液体压力等血压与哪些因素有关血压与哪些因素有关 心脏,心率,心输出量 动脉弹性,外周阻力 血液粘度，血流速度 与位置有关降低血压方法 减小心输出量 降低阻力，扩张血管 增加血管弹性血液循环血液循环肱动脉血压的波形肱动脉血压的波形收缩期：收缩期： 0-10-1，1-21-2舒展期：舒展期： 2-32-3，3-43-4，4-54-50-10-1：心室快速射血，主动脉被扩张，血压上升，心室快速射血，主动脉被扩张，血压上升，心室注血前期；心室注血前期；心室慢注血期，心室射血后期，速度减慢，心室慢注血期，心室射血后期，速度减慢，进入主动脉的血量

3、少于其流向外周的血量，进入主动脉的血量少于其流向外周的血量，动脉回缩，血压缓慢下降。动脉回缩，血压缓慢下降。1-21-2：2-3：心室不再向主动脉供血，半月瓣未来得及全闭上心室不再向主动脉供血，半月瓣未来得及全闭上主动脉的血有些回流（随着心室舒张），形成动主动脉的血有些回流（随着心室舒张），形成动脉处血压很快的下降，脉处血压很快的下降，3 3点已到波谷。点已到波谷。半月瓣关闭，主动脉血返流，二者发生撞击血半月瓣关闭，主动脉血返流，二者发生撞击血又向外冲去，呈现动脉血压上升，又向外冲去，呈现动脉血压上升，4 4点降中峰。点降中峰。主动脉弹性收缩，将血液压向外周，主动脉弹性收缩，将血液压向外周，血

4、压按指数衰减。血压按指数衰减。3-4：4-5：血压参数及其意义血压参数及其意义在一周期之中，血压的平均值。在一周期之中，血压的平均值。经验公式：经验公式：MP=DP+(SP-DP)/3MP=DP+(SP-DP)/31. .收缩压收缩压(SP)(SP)：Systole PressureSystole Pressure，110-120mmHg110-120mmHg。心脏收缩，每搏输出量大，收缩压高心脏收缩，每搏输出量大，收缩压高2.2.舒张压舒张压(DP)(DP)：Diastole PressureDiastole Pressure，60-80mmHg60-80mmHg。心脏舒张心脏舒张( (大动

5、脉收缩大动脉收缩) )，外周阻力小则低，反之高，外周阻力小则低，反之高3.3.脉压脉压= =收缩压收缩压- -舒张压舒张压反映了动脉硬化的程度反映了动脉硬化的程度主动脉和大动脉的弹性贮容作用，可以缓冲动脉血压之变主动脉和大动脉的弹性贮容作用，可以缓冲动脉血压之变化幅度，使脉压变小。老年人，动脉弹性差，脉压增高。化幅度，使脉压变小。老年人，动脉弹性差，脉压增高。4.4.平均压平均压(MP):(MP): 血管压力保持相对稳定？ 血管的弹性使得血压保持稳定，保持血流的连续mitral:二尖瓣 相对或绝对压力，大气压力在人体分布是均匀的，当测量人相对或绝对压力，大气压力在人体分布是均匀的，当测量人体相

6、对压力量时，大气压力变化不会影响测量结果；当测量体相对压力量时，大气压力变化不会影响测量结果；当测量绝对压力时，大气压的变化就必须考虑，即在测量过程中应绝对压力时，大气压的变化就必须考虑，即在测量过程中应随时标测当时的大气压。随时标测当时的大气压。 重力效应，血液两点之间的压差等于重力位势之差，大约为重力效应，血液两点之间的压差等于重力位势之差，大约为gh（其中（其中为两点间血液的密度，为两点间血液的密度，h为两点的高度差，为两点的高度差，g为重为重力加速度）。显然每点的压力会因体位的变化而变化。力加速度）。显然每点的压力会因体位的变化而变化。 速度效应，血流速度越快，压力越大速度效应，血流速

7、度越快，压力越大 生理压力测量生理压力测量考虑考虑 人体不同姿势的血压变化人体不同姿势的血压变化身高为1.8m的人为例，肢大约在心脏下1.2m处计算站立时脚和头的血压血液密度1.05,水银13.6同样道理，由于脑血管位置比心脏高出约0.6m，故脑动脉血压会大约降低40mmHg。 2211hhh2=90mmHg站立：动脉压上低下高，静脉压升高平躺：上高下低，血压基本一致航天员身体血压及外在表现如何改变？航天员身体血压及外在表现如何改变？ 微重力微重力，脑部血压相对增大，脑部血压相对增大 长期，脸浮肿长期，脸浮肿 在心血液系统中，右心房压最稳定，几乎不受人体在心血液系统中，右心房压最稳定，几乎不受

8、人体姿态变化的影响，这一重要特征，对于使人体在运姿态变化的影响，这一重要特征，对于使人体在运动中保持循环系统的稳定，起了很重要的作用动中保持循环系统的稳定，起了很重要的作用 上臂与右心房在同一水平线上上臂与右心房在同一水平线上,右心房作为血压测量右心房作为血压测量的参考点的参考点. 该参考点大致位于胸纵轴的中央处，具体位于胸腔该参考点大致位于胸纵轴的中央处，具体位于胸腔左右第四肋之间的空间左右第四肋之间的空间 测量为相对于大气压 消除运动的影响 法国医生普赛利（法国医生普赛利（1797-1869)，采用内装水的玻璃管来测量血压，采用内装水的玻璃管来测量血压直接测量血压方式的特点直接测量血压方式

9、的特点 连续、动态连续、动态 测量范围广，低血压，任何部位测量范围广，低血压，任何部位 有创有创有创血压在危重病人如休克病人、一些心脏手术和其他重大手术时，对血压进行实时变化的监测具有很重要的临床价值，这就需要采用有创血压监测技术来实现。 有创血压（IBP）一般可监测：动脉血压（ABP）、中心静脉压（CVP）、肺动脉压（PAP）、左房压（LAP）、颅内压（ICP）。 有创血压从上腔静脉进入分别监测右心房右心室肺动脉肺动脉楔压 首先将导管通过穿刺，置于被测部位的血管内，导管的外端直接与压力传感器相连接，由于流体具有压力传递作用，血管内的压力将通过导管内的液体传递到外部的压力传感器上，从而可获得血

10、管内实时压力变化的动态波形，通过特定的计算方法，可获得被测部位血管的收缩压、舒张压和平均动脉压。 直接式血压测量原理直接式血压测量原理 问题问题 方法方法 液体导管耦合？液体导管耦合？ 压力传感器原理压力传感器原理? ? 电压放大器，滤波器电压放大器，滤波器? ? 压力显示压力显示 压力校准压力校准 液体导管耦合液体导管耦合：生理盐水隔离血液，防止感染：生理盐水隔离血液，防止感染 压力传感器：压力传感器：弹性膜片压阻，压电传感器弹性膜片压阻，压电传感器 压力压力位移位移电阻变化电阻变化电压变化电压变化 电压放大器：电压放大器：mvmv几十几十mv,mv,放大放大100-1000100-1000

11、倍倍 具体根据传感器特性决定具体根据传感器特性决定 滤波器：滤波器：直流直流+ +基波基波1-2hz,51-2hz,5次谐波次谐波10hz,10hz,低通低通 压力显示：压力显示：数字式数字式 压力标定或校准压力标定或校准：将电压变为压力：将电压变为压力 有创血压插管压力计含盐的肝素酶隔离和清洗防血凝固 直接式血压测量模型直接式血压测量模型 传感器电学模型传感器电学模型 液体耦合法主要是电阻应变式压力传感器液体耦合法主要是电阻应变式压力传感器电阻应变片由金属丝构成传感器电阻应变片由金属丝构成传感器 )244133(RRRRRREV)()()()(22tptkVdttdVcdttVdmM M液体

12、的质量，液体的质量，c c液体粘性阻尼，液体粘性阻尼，k k，弹性系数，弹性系数m mp pS Sk k V: V: 体积的变化体积的变化液体耦合导管液体耦合导管传感器系统，测量心内压传感器系统，测量心内压导管耦合液体导管耦合液体弹性膜片传感器弹性膜片传感器直接式血压测量物理模型直接式血压测量物理模型 压力位移电压 上式表明压力P与位移V的关系 二者非线性关系，二级微分方程 外部信号P经过一个滤波系统，输出为V。类似力学二阶低通系统输出特性与阻尼系数有关，阻尼系数应适当时域特性频域特性影响有创测量的因素影响有创测量的因素 导管长度和半径 血液流动方向 气泡影响 安全问题，耦合液体隔离 导管长度

13、和半径适宜，不能过长，过短 端口与血液流平行 气泡影响，导致弹性系数大，频率低，阻力大长度过长阻力大，测量值低，过短质量小，不稳定半径大质量大灵敏度低，半径小阻力大，测量不准 血管中血液压力导管测量法血管中血液压力导管测量法 根据贝努利定理（根据贝努利定理（Bernoullis Theorem）对大血管）对大血管中血流动力学分析，流体中某点的压力中血流动力学分析，流体中某点的压力E 式中式中U是流速，是流速，P是静压力，是静压力，是密度，是密度，g是重力加是重力加速度，速度，h是高度，式中第一项代表静压力第二项是高度，式中第一项代表静压力第二项为重力位能，第三项为动能。为重力位能，第三项为动能

14、。 动能效应在血管簇系中各部位是有差异的。动能效应在血管簇系中各部位是有差异的。 在主动脉中动能对压力的贡献约为在主动脉中动能对压力的贡献约为4mmHg，流速，流速大约为大约为100cm/s 在肺动脉中在肺动脉中,动能对压力贡献动能对压力贡献3 mmHg, 肺动脉压为肺动脉压为2.7 20mmHg，总贡献为，总贡献为15%1010压力放大器压力放大器 血压信号：0-300mmg,2Hz 直流放大器 脉冲激励放大 交流载波式放大1111111111111111111112222(1)OTTOOTTTTTTOTTUUUUURRRUUUUUUUUUURRRRRRRRRRRUUUR A1,A2提供传感

15、器电源A3,跟随器,提供放大器偏置电压A4:同向放大A5，隔离电路，与电源隔离A6:反向放大消掉 Uo1RT偏置电阻显示部分显示部分 ICL7106+LCD 3位半数字万用表芯片(A/D) 三位半显示是指最高只能显示1999，半位的含义就是第一位数字只能在0和1之间变化 含A/D, 可直接驱动LED数码管显示，驱动 9伏电池间接测量间接测量 柯氏音法 超声法 测振法传感器不直接与血液接触传感器不直接与血液接触压力传感器通过外部测量的方式间接测量血压压力传感器通过外部测量的方式间接测量血压 Korotkoff methodNikolai Sergeievich Korotkov (Februar

16、y 26, 1874 March 14, 1920) was a Russian surgeon, a pioneer of 20th century vascular surgery and the inventor of auscultatory technique for blood pressure measurement.柯氏音法柯氏音法 原原 理理打气过程放气过程. .测量过程：测量过程：气囊快速加压气囊快速加压，当气囊中压力高于收缩压，当气囊中压力高于收缩压缓缓放气缓缓放气，刚，刚开始听到血管音时，水银压力计显示出的压力值就是开始听到血管音时，水银压力计显示出的压力值就是收收缩压

17、缩压气袖中的压力继续缓缓下降，血管音消失时水银压力计气袖中的压力继续缓缓下降，血管音消失时水银压力计显示出的压力值就是显示出的压力值就是舒张压舒张压（1 1）当气袖压力明显超过收缩压时，）当气袖压力明显超过收缩压时， 动脉血管被压扁，血管中无血流动脉血管被压扁，血管中无血流 必然听不到声音。必然听不到声音。现象解释：现象解释：. .强调：强调： 测量时，一边耳朵听（血管音），一边看压力指示测量时，一边耳朵听（血管音），一边看压力指示(2)(2)当气袖压力低于收缩压而高于舒张压时，当气袖压力低于收缩压而高于舒张压时， 有脉动血流流动，有脉动血流流动，血流涡流或湍流使血流涡流或湍流使，可听到血管音

18、可听到血管音(3(3）当气袖压力低于舒张压时，气袖下血流能）当气袖压力低于舒张压时，气袖下血流能 连续通过，血管音由弱而消失，此点为舒张压连续通过，血管音由弱而消失，此点为舒张压测量特点测量特点人工方式人工方式简单简单水银污染水银污染如何自动检测如何自动检测 自动检测压力自动检测压力 自动声音检测，声音传感器（麦克风）自动声音检测，声音传感器（麦克风） 放大放大 扬声器发声扬声器发声超声法超声法 利用多谱勒频移效应，血管和血液的移动产生频移，有声音变化，表示血压变化点 气体压力大于血压无声，反之有声 袖袋压力增加，开闭声音缩短 当二者重合为收缩压，整个周期只有一点声音 袖袋压力减少，闭开声音时

19、间变长 声音恰好连续，闭合与开放时间重合，舒张压 声音利用混频电路实现差频 监听扬声器声音原原 理理 优优 点点 与直接用声音传感器检测，由于超声为高与直接用声音传感器检测，由于超声为高 频信号，适合噪声大的场合频信号，适合噪声大的场合 利用利用R波与压力关系，绘制动脉波与压力关系，绘制动脉 波波 示波法示波法( (测振法原理测振法原理) )通过脉搏波和压力波的同时记录来测量血压通过脉搏波和压力波的同时记录来测量血压 血管振动使袖袋内产生振荡波血管振动使袖袋内产生振荡波 测量袖袋内压力振荡波测量袖袋内压力振荡波原理原理: :如何用一个传感器同时测量压力和脉搏如何用一个传感器同时测量压力和脉搏?

20、 ?与柯氏音法联系与区别与柯氏音法联系与区别 都是打气法都是打气法 检测方法不同检测方法不同 柯氏音，两个传感器：压力、柯氏音柯氏音，两个传感器：压力、柯氏音 振荡法只需要一个传感器振荡法只需要一个传感器 血压计结构血压计结构 及设计及设计硬件电路硬件电路 压力传感器、放大、滤波 多路A/D CPU，EPROM，RAM 显示屏 控制，气路:自动打气气体泵，阀门，放气自动打气气体泵，阀门，放气 电路:看门狗电路 监测过压，放气监测过压，放气传感器选择根据需要选择型号传感器技术文档MPX2050系列datasheet+ =压力信号的调理1.信号放大2.提取压力波 放大倍数？ 检测(025mV dc

21、) MPX20. 信号小需要放大 ADCs 输入范围小于 5V, 增益200倍信号放大 三运放差分放大器有现成的芯片，其内部集成了3个运放和电阻等元件。比如仪表放大器INA128、AD620等。INA128的内部结构如图所示。+-RwRRR1R1R2R2+-+-A2A1A3Vi1Vi2VoVi1 Vi2 Vo 电阻选择 利用仪表放大器AD620实现增益为200的放大任务。RG : 240 ohms. 信号放大+信号放大+ =提取压力波 有了这个电路，袖带中的血压信号将以电平的形式表示出来。 接下来，要对压力波进行提取。近似DC信号 几Hz 如何检测脉搏波？提取压力波 问题转换成：将放大之后的信

22、号，1去掉DC成分相当于高通滤波2只保留频率较低的信号相当于低通滤波于是，构建带通滤波器来实现压力波的提取。提取压力波 f dB f dB fdB带通Low-pass Filters212cfR C21vRAR 112cfRC21vRAR High-pass Filters提取压力波：216.631Hz2120k200nFcf110.338Hz210k47Fcf提取压力波：频率确定216.631Hz2120k200nFcf110.338Hz210k47Fcf低频取0.3hz,脉搏取6hz其他单元 A/D 单片机 显示屏 键盘 气泵控制提取压力波 气路部分气路部分 气体通路由电磁阀门控制电磁阀门

23、为放气阀门,两个阀门保证安全放气 阀门用ULN2803达林顿功放管驱动 微气泵电机用PWM控制 日历和时钟电路PCF8563 存储测量数据EEPROM24C256 集成语音芯片ISD2560 系统软件设计系统软件设计1 1：过多压力更正：过多压力更正2 2：某一压力时间长：某一压力时间长3 3：脉搏过大或运动：脉搏过大或运动4 4：无脉搏：无脉搏5 5：收缩压过限：收缩压过限6 6：脉搏过小：脉搏过小7 7：其他错误：其他错误Y1，Ymax，Y2，对应收缩、平均压、舒张压随着气体减小,对血管压力小,弹性波也小了寻找关键点：55%，80%最大幅度的前后点（经过大量测量后的统计经验值）8 . 0,

24、55. 0dsmsOOOO单片机(MCU微控制器) AT89C51,基础型,开发环境keil,uvision AVR，MEGA系列，精简指令集，开发环境GCC MSP430，低功耗,开发环境CCS 学习板，开发板，用户目标板ARM核(微处理器) 32位 更多的外部接口，如USB,以太网络接口 精简指令集 带操作系统，如linixDSP 信号处理功能强 实时性好 心电监护分析过压保护过压保护压力传感器形式，压阻式传感器压力传感器形式，压阻式传感器电源形式，同向放大电源形式，同向放大同相并联放大、比较器，末级比较器产生复位保护信号同相并联放大、比较器，末级比较器产生复位保护信号气体压力高时输出高电

25、位气体压力高时输出高电位,输出高电平输出高电平,电路复位，放气电路复位，放气.2.5v2.5v提供偏置电压提供偏置电压 袖袋压力放大器同向并联,差动放大，消除共模信号交直流放大，两路输出：静态、动态血压ADC：测量压力，另一路至脉搏电路2.5v对V+提供直流基准电压，保证电压为正，便于A/D转化A/D，0-5V 脉波二级压力放大器脉波二级压力放大器 电源为同向放大，提高电压，减小输出电阻 2.5，1.25v为提高直流分量，消除负值，为A/D变换 比较器成人和小孩，极限控制电平不同 当输出压力，V+V-复位反转校准校准三通：标准压力校准三通：标准压力校准 漏气测试，过压测试漏气测试，过压测试测量中还可测量哪些信息测量中还可测量哪些信息 脉率 动脉弹性情况 脉搏上升快，弹性差；脉搏上升慢，弹性好 血压ABI指数(踝臂指数) ABI如果ABI太低? 脚踝离心脏远，血压低 脚踝如果太低，表明血流堵塞 与上肢血压正常比值0.9-1.0 ABI 大于1,表明下肢硬化严重其他方法其他方法 动脉张力测量法 动脉容积钳制法 脉搏时间测量法 眼压的