摘 要：一種基于單片集成系統(tǒng)（SoC）的高精度電子血壓檢測儀。該系統(tǒng)采用基于Σ-Δ型A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換器的ADμC848" title="ADμC848">ADμC848作為核心處理器,，并應(yīng)用形態(tài)濾波等信號處理算法，簡化了電路的設(shè)計和實現(xiàn),，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,。
關(guān)鍵詞：SoC? 血壓檢測? Σ-Δ型單片機? 形態(tài)濾波
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??? 血壓是人體重要的生理參數(shù)之一，對其進行精確測量,，有利于早期發(fā)現(xiàn)和鑒別高血壓類型,，提出合理的治療建議。目前,，臨床上對普通病人主要采用無創(chuàng)檢測的方法,，它大致分為人工柯氏音法和示波法" title="示波法">示波法兩類。人工柯氏音法雖然比較準確,，但操作困難,，受主觀因素影響較大；傳統(tǒng)的示波法雖然操作簡單,，但穩(wěn)定性和個體適應(yīng)性較差,，不利于在臨床應(yīng)用上的普及和推廣,。本文在示波法的基礎(chǔ)上，從硬件實現(xiàn)和軟件設(shè)計兩個方面改進了原來的測量方法,，并進行了比對測試,。
1 硬件設(shè)計
??? 示波法進行血壓檢測的主要過程是獲取袖帶內(nèi)變化的壓力信號，分析從中分離出的脈搏信號" title="脈搏信號">脈搏信號,，找到收縮壓和舒張壓對應(yīng)的位置,，從而得到數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的示波法測量是將來自傳感器的信號放大,，對放大后的信號進行低通濾波,，得到壓力信號，并由一組A/D轉(zhuǎn)換器將其送入單片機,，然后再對該壓力信號進行帶通濾波,，得到脈搏信號，由另一組A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機,。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
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??? 采用了Σ-Δ型單片機ADμC848之后，簡化了電路,。
??? 由于集成了高精度的16位Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器，且其A/D參考電壓可以編程調(diào)整（最小可達到10mV）,。因此,，它可以在保證精度和動態(tài)范圍要求的情況下，直接進行A/D轉(zhuǎn)換,，而不必經(jīng)過放大,。這樣，可以消除由于放大器的存在而帶來的動態(tài)范圍改變,、噪聲以及電壓失調(diào)等一系列問題,，并且減少了器件的使用，降低了實現(xiàn)成本,。
??? 由于該Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，理論上其共模抑制比可以達到無窮大,。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(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程要通過一個低通濾波器濾波,，因此,，在進行A/D轉(zhuǎn)換之前，不必進行濾波處理,，可以直接將傳感器與A/D連接,，然后再進行數(shù)字濾波,。
??? 由于ADμC848中集成了一個標準的恒流源，恒流數(shù)值可以通過軟件編程調(diào)節(jié),。因此,，可以根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用的不同環(huán)境，將一個標準的壓力輸出進行采樣,，然后進行A/D轉(zhuǎn)換,，再根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果及時調(diào)整恒流源，直到輸出期望的轉(zhuǎn)換數(shù)值,，以實現(xiàn)產(chǎn)品的自動校準,。
??? 改進后的電子血壓計硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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2 軟件設(shè)計
??? 經(jīng)過以上硬件處理后得到袖帶內(nèi)壓力的變化曲線,，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,，擬合包絡(luò)曲線,，找到對應(yīng)的平均壓；最后根據(jù)系數(shù)計算出收縮壓和平均壓,。
??? 在分離脈搏信號的過程中引入了形態(tài)濾波算法,。由于袖帶內(nèi)壓力信號與脈搏信號頻帶接近，直接采用帶通濾波會減小信號幅度,，降低信噪比,，給后面的處理帶來困難。而應(yīng)用形態(tài)濾波處理算法,，是從形態(tài)學角度分離信號,，可以很好地提取脈搏信號。為了能夠?qū)崟r完成信號分離,，將采用開運算進行處理,，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,。
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????為了有效抑制干擾,，修復(fù)缺損的脈搏波" title="脈搏波">脈搏波，將根據(jù)每個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,，決定每個脈搏波的可信程度,。由于脈搏波幅值不是單調(diào)變化的，因此,，這樣的判斷還需要考慮幅值因素,。其具體方法見文獻[1],。
??? 利用上面得到的每個脈搏波的權(quán)值信息進行包絡(luò)擬合。由于所得包絡(luò)線明顯不對稱（即二階擬合不能滿足要求）,，將采用帶權(quán)值的三階最小二乘擬合方式,。擬合完成后，曲線上極大值所在位置對應(yīng)的壓力值,，就是平均壓的數(shù)值,。
??? 最后，參照文獻[2]中的方法,，根據(jù)平均壓的大小決定采用何種幅度系數(shù),，并利用幅度系數(shù)計算出相應(yīng)的收縮壓、舒張壓對應(yīng)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(jié)果與人工聽診的柯氏音法進行比對。
??? 首先,，用人工聽診的柯氏音法測量血壓數(shù)值a1,，相隔15分鐘后，再用改進后的電子血壓計進行測量,，得測量數(shù)值b,；再等待15分鐘，用人工聽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作為人工聽診柯氏音法所得的測量數(shù)值,。所得測量數(shù)據(jù)如表1和表2所示,。
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??? 從以上幾組典型的測量結(jié)果可以看出，應(yīng)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以內(nèi),，基本滿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現(xiàn)方法,。該方法的硬件集成度高,，設(shè)計實現(xiàn)簡便；軟件設(shè)計集合了形態(tài)濾波等多種先進算法,，精確度高,，抗干擾性強。實驗證明,，這種血壓檢測儀具有很好的精度,，能夠滿足血壓測量的一般要求,。
參考文獻
[1] LIN C T，LIU Sh H,，WANG J J et al.Reduction of interference in oscillometric arterial blood pressure measurement?using fuzzy logic[J].IEEE Trans. On Biomedical Engineering,， 2003，50(4).
[2] MORAES J,，CERILLI M.A Strategy for determination of?systolic,，mean and diastolic blood pressures from oscillometric pulse profiles[J].IEEE Computers in Cardiology，2000,，27：211-214.