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脈象血壓儀的開發和設計

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 脈象血壓儀,壓強傳感器,MPX50GP,摩托羅拉,單片機

      我國以往主要采用機械式水銀血壓計來作為患者血壓測量的醫學儀器,但隨著我國經濟社會的發展,以及醫療衛生水平的進步,使得電子血壓儀得到了大規模的應用,贏得了可觀的市場份額。就傳統的機械式血壓儀和電子血壓儀而言,盡管后者具備人性化的界面,操作簡便,然而在穩定性以及準確性還有待提高,進而為患者的治療提供科學的依據。

      我國中醫文化博大精深,脈診是“望聞問切”中的重要方法,以脈相診斷作為基礎,對病人的病情進行觀察和大致的估計。通過電子儀器來對脈象進行測量。對于國內脈象測量的的研究現狀來說,雖然相關學者進行了較為深入的研究和探討,但是由于提純脈象信號的過程較為復雜,易受到非線性變形以及多種干擾的共同影響,導致信號提取完成后一般都產生了根本性的變化,因此在該方面的研究還有待加強。

      筆者結合自身工作經驗,將脈象、心率和血壓的測量有機的整合到一起,從而利于臨床醫學的開展。筆者在研究國內外相關學術著作的基礎上,采用了更為先進的智能技術和信號處理技術,最大限度的對非線性變形和脈象提取過程內的噪聲干擾進行消除,以提升測量數據的穩定性和準確性。本設計中的脈象血壓儀已開發成功,得到了臨床驗證,脈象提取能夠符合設計要求,取得了較好的效果。

      測量原理簡介

      筆者在本設計中采用摩托羅拉生產的壓強傳感器MPX50GP,當壓強范圍控制在0到40KPa之內時,產生20到60mv的輸出信號。采用摩托羅拉的MC68HC05SR3單片機來作為微控制器。同時,采取大連東方的EDM 12864B來作為圖形點陣列晶。

      基于血壓機械式測量方法,來進行舒張壓和收縮壓確定方法的設計。通過氣泵袖套來環繞患者的手臂。在進行泵氣的過程中,自動跟蹤監測CP袖套壓強信號和BP脈沖信號,袖套壓強信號CP在增大的過程中會使得BP脈沖信號的振幅持續增加,在達到相應的數值時,又會呈現出明顯的減小趨勢,一直到脈沖信號完全消失。當脈沖信號完全消失時,然后增加5KPa的脈沖信號。

      對于排氣過程而言,事先對舒張壓和收縮壓的閥值進行設定,在排氣的過程中,脈沖信號下降到相應幅度時,就會產生脈沖信號BP,該時刻即為被袖套束縛的脈管被脈搏沖開的時刻。跟蹤監測脈沖信號,在袖套壓強信號CP的振幅大于收縮壓閥值的情況下,收縮壓的數值即為袖套壓強信號的數值,持續的對脈沖信號BP進行跟蹤,在脈沖信號振幅達到相應數值后迅速減小,達到事先設定的閥值時,測量獲得的袖套壓強信號即為患者的舒張壓。

      對于排氣過程而言,實現脈沖信號向矩形波的轉換,并將該矩形波來作為中斷的觸發信號。

      完成收縮壓的捕捉定位后,在袖套壓強信號減小2KPa的情況下,獲得了最強的脈沖信號,脈沖信號的采集過程必須作到準確、快速,換言之,在1.5個脈沖信號周期內必須完成128個數據的采樣,進行相關處理后,能夠獲得所需的靜態脈象圖形,使得數據更加直觀。

    脈象血壓儀的開發和設計

      圖1脈象血壓儀系統框圖

      血壓儀袖套內的泵排氣通過微控制予以實現,袖套氣壓的感測轉換通過脈搏傳感器予以完成。電信號通過壓強傳感器產生后,較為微弱,一般在10uf之內,卻擁有多達20uf以上的無效偏壓,另外還含有為數眾多的高頻噪聲。所以,信號需要通過前置放大級來完成差動放大,與此同完成去噪工作,然后開展二級放大和零點調整。

      袖套壓強信號和脈沖信號的分離基于信號分離部分完成,得到的脈沖信號在完成模/數轉化后送入壓力檢測通道進行后續處理。由于袖套壓強信號在完成分離后,相對高頻干擾而言,較為微弱(主要為50HZ的交流電干擾),所以后級放大在完成高頻濾波后還需要實現三級放大。處理后的信號分為以下兩路:一路進行整形處理,將信號轉換為矩形波,進而用作觸發中斷,以利于計時捕捉功能的實現。另外一路在完成模數轉換環節后,送到微控制通道,完成數字處理等多項處理工作。

      要想系統高效、準確的進行工作,軟件系統功能示意圖如下:

    脈象血壓儀的開發和設計

      圖2血壓儀軟件功能結構示意圖

      設計中關鍵因素的考慮

      對于MPX50GP傳感器而言,其輸出信號組成如下:CP信號(頻率小于0.4HZ)和BP信號(頻率為1HZ),所以在分開這兩路信號時需要通過兩級高通濾波器來完成,如果沒有較為理想的抑制CP信號,則無法穩定BP信號基線,進而導致脈沖振蕩的比較基準無法獲得統一。下圖為兩級過濾器電路示意圖。

    脈象血壓儀的開發和設計

      圖3兩級過濾器電路示意圖

      由圖可見,兩個RC網絡構成了過濾器,從而使得截止頻率得到確定,必須確保振蕩信號不至于產生丟失或者失真。另外確定過濾器的增益的因素為R2/R1,通過該增益來對脈沖信號實施放大處理。高頻成分的濾除通過C3完成。

      分離得到的脈沖信號還必須經過放大、濾波和基線校準等處理,以此作為舒張壓和收縮壓的判定標準。

      面向用戶的人性化設計

      本脈象血壓儀的操作交互界面盡可能的實現了較好的易讀性、易操作性和簡潔性。不僅如此,系統還實現了下列的幾點重要突破:

      (1)所有控制功能都只通過3個按鍵就可以實現;

      (2)安全、準確的按鍵操作過程。對于不用的按鍵,通過系統實現了按鍵的暫時關閉,杜絕由于誤操作而使得操作的錯誤;

      (3)簡潔和形象的液晶顯示界面;

      (4)設置了蜂鳴信號提示和指示燈;

      總而言之,本脈象血壓儀在測量數據的穩定性、清晰度、精確度和準確性方面都已經符合了臨床醫學的需求,另外由于其簡單的操作、簡潔友好的操作界面和較低的成本,使得其能夠占據較大的市場份額。

      作者簡介:曹巖(1980-),男,天津市人,本科,主要做醫療器械(血壓類)的研發工作。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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