血压与血管硬度测量仪的研制

　　血压是反映人体循环系统机能的重要生理参数。心脏的泵血功能、心率、周围血管的阻力、主动脉和大动脉的弹性以及血液的物理状态等都反映在血压的指标中。因此,血压的监测在临床上具有十分重要的意义。血压的测量方法可以分为直接法和间接法。直接法测量血压测量值准确,并能跟踪动脉血压的瞬时变化,但测量时必须经皮将导管放入血管内,是一种创伤性的方法。间接法与直接法相比,测量精度较低,但简单无创,在临床上普遍采用。血压间接测量方法很多,包括柯氏音法、示波法、超声波法、双袖带法、恒定袖带压力法等[1]。本设计在采用无创血压测量方法示波法的基础上,对示波法原理以及影响血压测量精度的各种因素进行分析,同时根据直管臂动脉与T管主动脉的模型理论[2],设计出一种准确高效的血压与血管硬度测量仪器,该仪器不仅能够测量出受试者的血压与心率,而且还能够计算出受试者的动脉弹性指数,为医生判断患者的动脉硬化程度提供一定的参考。

　　1　仪器的硬件设计

　　该仪器硬件电路以AT89C52单片机为基础进行设计,包括传感器、信号处理电路、自动充放气电路、电源管理、串行通信、键盘和单片机核心等几大部分。系统的硬件原理框图如图1所示。

　　首先简单介绍一下整个测量过程。将袖带套在人体上臂,靠肘关节一侧,由单片机控制气泵向袖带充气,同时通过压力传感器采集压力信号并设定充气的最大值,当袖带压达到预定值时停止充气,此时,肱动脉血管受压迫停止脉动,然后通过单片机控制放气阀进行缓慢放气,使袖带压力逐步减小,当袖带压下降到肱动脉收缩压以下时,肱动脉开始搏动,并随着袖带压的下降不断加强[3]。袖带压力和肱动脉上的脉动信号经压力传感器转换为电信号,对此电信号进行放大与两路滤波处理,可以得到一路袖带压信号和一路脉搏波信号,经过A/D采样,通过单片机与上位机的通信,在上位机获得脉搏波与袖带压变化的数据,对其进行计算分析并绘制出相应的波形。

　　传感器负责将相应的压力信号转换为电信号。本仪器采用MOTOROLA公司生产的MPX5050GP压力传感器,该传感器具有精度好,灵敏度高,抗干扰能力强等优点,这就保证了提取的脉搏信号失真小。

　　从传感器输出的电压信号是由袖带压信号和脉搏波信号叠加而成,因此,需采用两路滤波电路来分别提取。袖带压信号是一种低频信号,采用截止频率为0.5 Hz的低通滤波器来得到。脉搏波信号可通过带通滤波器滤除低频直流分量和高频干扰来提取,在大量实验的基础上,采用滤波性能和稳定性都较好的二阶butter-worth滤波器,截止频率选定为0.5Hz和6Hz。脉搏波信号的振动随人而异,一般它从小于0.133 kPa到0.4kPa变化,根据MPX5050GP压力传感器的转换函数,这将转换为12 mV到36 mV的电压输出,另外考虑到滤波器会产生一定的衰减,选择滤波器的放大倍数为150倍,可使输出信号在放大器输出限制范围内。滤波器的品质与测量的精度有很大的关系,滤波器参数的选择将直接影响测量结果的准确性,因此,设计与选择一种最优滤波器具有非常重要的意义。