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,,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,。
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,。
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,。
為了有效抑制干擾,修復缺損的脈搏波,,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。
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,。