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1、第五章 血压测量,血压生理学概述直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,血压眼压 眼中房水对眼球的压力颅内压 颅腔内脑脊液的压力，10-15毫米汞柱。日常生活、工业上广泛应用 重量，气压，液体压力等,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,
2、肱动脉血压的波形,收缩期：0-1，1-2,舒展期：2-3，3-4，4-5,0-1：,心室快速射血，主动脉被扩张，血压上升，心室注血前期；,心室慢注血期，心室射血后期，速度减慢，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。,1-2：,2-3：,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），形成动脉处血压很快的下降，3点已到波谷。,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，4点降中峰。,主动脉弹性收缩，将血液压向外周，血压按指数衰减。,3-4：,4-5：,血压参数及其意义,在一周期之中，血压的平均值。经验公式：MP=DP
3、+(SP-DP)/3,1.收缩压(SP)：Systole Pressure，110-120mmHg。,心脏收缩，每搏输出量大，收缩压高,2.舒张压(DP)：Diastole Pressure，60-80mmHg。,心脏舒张(大动脉收缩)，外周阻力小则低，反之高,3.脉压=收缩压-舒张压,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化幅度，使脉压变小。老年人，动脉弹性差，脉压增高。,4.平均压(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，当测量人体相对压力量时，大气压力变
4、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gh（其中为两点间血液的密度，h为两点的高度差，g为重力加速度）。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,生理压力测量考虑,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。,h2=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
5、天员身体血压及外在表现如何改变？,微重力，脑部血压相对增大,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 上臂与右心房在同一水平线上,右心房作为血压测量的参考点.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（1797-1869)，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,连续、动态测量范围广，低血压，任何部位有创,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
6、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问题方法,液体导管耦合？压力传感器原理?电压放大器，滤波器?压力显示 压力校准,液
7、体导管耦合：生理盐水隔离血液，防止感染 压力传感器：弹性膜片压阻，压电传感器 压力位移电阻变化电压变化 电压放大器：mv几十mv,放大100-1000倍 具体根据传感器特性决定 滤波器：直流+基波1-2hz,5次谐波10hz,低通 压力显示：数字式 压力标定或校准：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,传感器电学模型,M液体的质量，c液体粘性阻尼，k，弹性系数,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
8、尼系数应适当,时域特性,频域特性,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根据贝努利定理（Bernoullis Theorem）对大血管中血流动力学分析，流体中某点的压力E 式中U是流速，P是静压力，是密度，g是重力加速度，h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。,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
9、4mmHg，流速大约为100cm/s在肺动脉中,动能对压力贡献3 mmHg,肺动脉压为2.7 20mmHg，总贡献为15%,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,A1,A2提供传感器电源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 Uo1,RT偏置电阻,显示部分,ICL7106+LCD3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,柯氏音法超声法测振法,传感器不直接与血液接触压力
10、传感器通过外部测量的方式间接测量血压,Korotkoff method,Nikolai Sergeievich Korotkov(February 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,原 理,打气过程,放气过程,.测量过程：,气囊快速加压，当气囊中压力高于收缩压缓缓放气，刚开始听到血管音时，水银压力计
11、显示出的压力值就是收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显示出的压力值就是舒张压,（1）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 必然听不到声音。,现象解释：,.强调：测量时，一边耳朵听（血管音），一边看压力指示,(2)当气袖压力低于收缩压而高于舒张压时，有脉动血流流动，血流涡流或湍流使，可听到血管音,(3）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,测量特点,人工方式简单水银污染,如何自动检测,自动检测压力自动声音检测，声音传感器（麦克风）放大扬声器发声,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
12、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 理,优 点,与直接用声音传感器检测，由于超声为高 频信号，适合噪声大的场合利用R波与压力关系，绘制动脉 波,示波法(测振法原理),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 测量袖袋内压力振荡波,原理:如何用一个传感器同时测量压力和脉搏?,与柯氏音法联系与区别,都是打气法检测方法不同柯氏音，两个传感器：压力、柯氏音振荡法只需要一个传感器,血压计结构 及设
13、计,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 电路:看门狗电路 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)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。,电阻选择,信号放大,+,信号放大,+=,提取压力波,有了
14、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,带通,Low-pass Filters,High-pass Filters,提取压力波：,提取压力波：频率确定,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,气体通路由电磁阀门控制电磁阀门为放气阀门,两个阀门保证安全放气,阀门用ULN2803达林顿功放管驱动微
15、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,1：过多压力更正2：某一压力时间长3：脉搏过大或运动4：无脉搏5：收缩压过限6：脉搏过小7：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）,单片机(MCU微控制器),AT89C51,基础型,开发环境keil,uvisionAVR，MEGA系列，精简指令集，开发环境GCCMSP430，低功耗,开发环境CCS学习板，开发板，用户目标板,ARM核(微处
16、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linix,DSP,信号处理功能强实时性好心电监护分析,过压保护,压力传感器形式，压阻式传感器电源形式，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气体压力高时输出高电位,输出高电平,电路复位，放气.2.5v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,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
17、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,三通：标准压力校准 漏气测试，过压测试,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,动脉张力测量法动脉容积钳制法脉搏时间测量法,眼压的测量,青光眼的显著特点是眼压升高。1.眼压生理信号的形成(1)眼压：(2)房水：,晶体前房和后房中的房水对眼壁的压力 一般不超过20毫米汞柱。,充盈于眼的前、后房中
18、的液体起到折光和营养的作用。,采用压电传感器,中心为感压面，外有一同平面的环形平面,(a)图对应A点：角膜与感压面无接触，不受力。(b)图对应B点：角膜与感压面有接触，有受力。(c)图对应C点：角膜被压，平坦区面积略大于感压面面积 最大的原因：传感器受力:眼压和角膜弯曲处的张力,(d)图对应D点：角膜与平面的接触面积增大，角膜的弯曲张力由共平 面的圆环承受，传感器受力减少，最低处为眼压(e)E点：D点后，把眼房挤得更小了，压力增加特点：可以快速测量缺点：需要角膜接触刚体，易交叉感染,通过气流喷射系统可输出，随时间而上升的气流压力，气流作用于角膜上之力的大小与时间呈线性关系，并可知压力与时间的曲线,非接触式眼压计结构,小节,血压生理学特点血压直接测量原理,方法,电路间接测量血压原理,方法,电路眼压测量原理,方法,电路作业:4-8,4-9,调研血压计技术现状说明存在的问题提出或设计一种的新的解决方案要有一定的创新性,课堂练习,多生理参数监护仪特点如何测量阻抗工业控制板,
