人体柯氏音测量方法的研究

　　医生在用水银柱血压计测量人体血压的过程中,通过听诊器听到的一系列有规则的咯嗒、咯嗒声音,称为柯氏音。利用柯氏音传感器可代替听诊器制造柯氏音电子血压计,测量血压。

　　1　柯氏音传感器

　　柯氏音本质上是人体手臂肱动脉随心脏搏动而产生的一系列振动信号。人体的心电图波形如图1所示。它是人体心脏搏动的一个周期的波形。其中QRS波群的时间在0.06-0.1s左右,幅值在0.5-1.5mV左右,是右心室的电激动过程。由于QRS波群尖脉冲的作用,使腕带内产生一个瞬时的冲击力,因此,可以用压电陶瓷作为传感器(柯氏音传感器)来检测这一冲击力产生的信号。

　　为了能够正确地测量到柯氏音信号,柯氏音传感器的外形应该与医用听诊器相仿,设计成一个扁的圆柱体。我们研制的柯氏音传感器是在一个园形的黄铜簿片上面涂一层压电陶瓷材料烧结而成,然后粘贴在不锈钢的外壳内,结构见图2所示。

　　柯氏音传感器外壳使用0.3mm厚的不锈钢冲压而成,直径为Φ31mm,高度为6mm,质量约30克。不锈钢外壳冲压好后,经过高温、低温储存,再放置在常温下储存一段时间,让不锈钢外壳充分变形以后使用,否则,不锈钢外壳的形变产生的应力会破坏压电陶瓷,影响压电陶瓷的灵敏度。使用时,使有标记的一面与手臂接触。

　　由于柯氏音传感器尚无国家技术标准,一般是按照生产厂的企业标准进行制造的。在柯氏音传感器组装好以后,送医院做医学临床测试。然后,将这些柯氏音传感器放到如图3所示的测试台进行性能测试。

　　在图3中,把通过医学临床验证样机上的柯氏音传感器,作为标准传感器放到测试台上,启动振动信号发生器,在示波器上记录下柯氏音传感器产生的信号。由于柯氏音传感器存在一定的离散性,测试多个标准的柯氏音传感器,以其平均值作为柯氏音传感器的标准电压信号Vb。在同样的测试环境和条件下,测量并记录待测柯氏音传感器的输出信号Va,当:|Vb-Va|≤0.2Vb时,为合格产品。通过这种方式实施定量化检测,保证了传感器的灵敏度、稳定性和一致性。

　　2　柯氏音信号的测量

　　柯氏音传感器检测到人体脉搏跳动而产生一个柯氏音信号。该信号经过放大以后,耦合到由运算放大器组成的带通滤波器进行滤波。滤波后的信号,经比较器比较后取出特征值,再经分频器延时,成为一个控制信号,去控制受控振荡电路。振荡电路产生的振荡信号经过晶体管的放大,点亮发光二极管和驱动蜂鸣器鸣叫,从而达到自动测量人体收缩压(高压)、舒张压(低压)的功能。

　　在测量血压的过程中,各种干扰将影响测量结果。不过,舒张压和收缩压柯氏音信号的频率主要在20-200Hz的范围,故可以用电子滤波电路把干扰过滤掉。我们设计了一个有源带通滤波电路,如图5所示。图中,Vi为柯氏音传感器的输入信号,Vf为后级电路的反馈信号。图5与一般带通滤波电路不同的是,在电路中增加了C2、R6、R7,为延时积分电路,用于消除柯氏音传感器在测量过程中产生的快速振动信号。在Vi端输入各种频率的正弦波信号,幅值为12mV,Vout输出电压接到示波器上,读出其峰值,该有源带通滤波电路的滤波效果见表1.