具有校准功能的医用型电子血压计

具有校准功能的医用型电子血压计
张晓丹;李东升;陈爱军;于航
【摘要】针对传统电子血压计不具备压力检定和校准功能的缺点，研制具有校准功能的电子血压计，通过改进血压计的气路结构实现压力的检定和自校准。

测量实验中，静压的最大示值误差为2.1 mmHg，血压为120/80的收缩压和舒张压重复性分别为3.00 mmHg和1.716 mmHg，血压为110/75的收缩压和舒张压的重复性分别为3.8 mmHg和1.716 mmHg；校准实验中，校准后的静压最大示值误差为0.7 mmHg，收缩压和舒张压的平均差为1 mmHg和－1 mmHg、标准差为2 mmHg和1.47 mmHg。

结果表明：样机满足JJG692—2010《无创自动测量血压计检定规程》的要求，校准后的样机可重新准确测量静压和血压并且准确度得到提高。

%In view of shortcomings of traditional electric blood pressure meter that does not has functions of pressure verification and calibration,develop electric blood pressure meter with calibration function which can complete pressure verification and self-calibration by improving gas path structure of blood pressure meter. In experiment,the maximum error of static pressure is 2. 1 mmHg,repeatability of systolic pressure is 3.
0 mmHg, repeatability of diastolic pressure is 1. 716 mmHg when blood pressure is 120/80;repeatability of systolic pressure is 3. 8 mmHg and repeatability of diastolic pressure is 1. 716 mmHg when the blood pressure is 110/75. In calibration experiment,the maximum error of static pressure after calibration is 0. 7 mmHg,mean difference of systolic pressure and diastolic pressure are 1mmHg and -1 mmHg,standard deviation of systolic pressure and diastolic pressure are 2 mmHg and 1. 47 mmHg. Results
show that the prototype meets the requirements of JJG692—
2010‘verification regulation of non-invasive blood pressure meter ’,the prototype after calibration can accurately measure static pressure and blood pressure,and the accuracy is improved.
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2016(035)006
【总页数】4页(P89-92)
【关键词】血压计校准;静态压力检定;幅度系数法;医用型电子血压计
【作者】张晓丹;李东升;陈爱军;于航
【作者单位】中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018
【正文语种】中文
【中图分类】TH789
2010年发布的JJG692—2010《无创自动测量血压计检定规程》［1］，要求对
电子血压计进行静压准确性和血压重复性的检定。

目前的电子血压计均不具备压力校准及静压显示的功能，不能在血压计测量失准时对其进行修正和实现电子血压计静压检定的要求。

针对上述问题，本文提出一种具有校准功能的医用电子血压计，可在血压计测量失准时对其进行修正，使其能重新准确测量血压，延长血压计的使用寿命。

同时，具有静压显示、静压检定、短信通知、数据通信、历史查询等功能，具有较高的实用价值。

1.1 血压测量原理
采用幅度系数法测量血压：袖带充气阻断动脉血流，因血液动力学作用，袖带压上重叠了与心搏同步的压力波动，即脉搏波，随着袖带压减小，脉搏波幅值呈现由小到大和由大到小的变化趋势，根据脉搏波振幅与袖带压之间的关系可估算血压。

图1为幅度系数法血压测量原理［2，3］。

图1中，Amax是脉搏波信号上的最大值。

脉搏波信号上，在Amax前面，幅值为CN×Amax对应在袖带压上的血压即为收缩压；在Amax后面，幅值为
CD×Amax对应在袖带压上的血压即为舒张压。

CN，CD分别为收缩压和舒张压系数，其具体值由统计规律而得，CN和CD的取值一般为0.46～0.64 和0.43～
0.73。

1.2 校准原理［4］
1.2.1 静态压力校准
使用过一段时间的血压计，其内部传感器的特性曲线会发生漂移，导致其静压测量失准，因此，要对血压计进行静态压力校准［5］。

传感器的特性曲线表示其采集的压力值与该压力值对应的AD值之间的关系，血压计显示的静压值是单片机利用上述关系将单片机采集的AD值重新转换得到的压力值。

特性曲线的漂移导致上述关系发生了变化，若单片机仍利用之前的特性曲线进行转换，就会导致静压测量失准。

静压校准就是重新找出传感器采集到的压力值与该压力值对应的AD值之间的关系。

1.2.2 动态压力校准
由血压测量原理可知，CD，CN的取值直接影响了血压测量的准确性，因此，动态校准就是通过式（1）、式（2）对CD和CN进行修正，即血压的逆运算
式中SBP为已知的收缩压，DBP为已知的舒张压，Amax为已知的脉搏波信号的最大值。

图2为该设计硬件电路［6～8］的整体结构。

压力传感器采集脉搏波信号和袖带压信号，经过放大、滤波、A/D转换之后送入单片机进行处理，最后通过LCD显示屏显示最终血压值。

该电路还可进行数据传输和短信发送，键盘完成血压计菜单界面的切换。

2.1 改进的气路结构
静压校准时，血压计外接稳压源，稳压源直接作用于压力传感器上。

为避免校准时充气泵的残余气体和排气阀漏气对压力传感器的干扰，按图3改进了气路结构。

图3中，新串接一个电磁阀，电磁阀在校准时闭合，保证压力传感器接收的气源完全来自外部的稳定气源，排除干扰提高了校准和测量的准确度。

2.2 信号采集与调理模块
采用ANT—US9116—006—N压力传感器采集信号，信号包括袖带压信号和脉搏波信号，系统设计放大、滤波电路处理信号。

因脉搏波信号只有袖带压信号的千分之几，所以，放大之后的信号可认为是袖带压信号；脉搏波信号属于低频信号［9］，采用带通滤波电路滤去袖带压力这样的高频信号和更低频的噪声信号，即得到单一的脉搏波信号，信号经过放大、分离之后可送入单片机进行处理。

3.1 静态压力校准图4为静压校准的软件流程图，yn是血压计外接的压力源向其输入的稳压值，血压计的静压示值与yn不同，修改静压示值使之与yn相同，确认键保存修改后的静压示值及其对应AD值，改变yn并按上述方法继续校准，直到完成n组校准点即完成静压校准。

校准完成后单片机自动生成新的压力值和AD 值之间的对应关系表。

3.2 动态血压校准
图5为动态校准的软件流程图，血压计外接的血压模拟器可向其输入血压已知的血压信号，单片机采集该血压信号并进行血压测量逆运算，得到收缩压和舒张压系数并保存。

改变血压模拟器的输出血压并按上述操作采集下一组血压样本直到得到
n组血压样本的收缩压和舒张压系数，并计算这n组收缩压和舒张压系数的平均值即完成校准，该平均值即新的收缩压系数CN和舒张压系数CD。

相比传统的CN，CD的确定方法，该方法通过血压的逆运算得到最终的CN，CD，更具确定性，结果也更准确。

4.1 静态压力测量实验
按图6连接实验装置，三通管将待校血压计、标准压力计、金属容器连接起来，
构成畅通气路。

标准压力计输出压力已知的稳定压力，金属容器确保实验过程压力的稳定。

实验时，标准压力计给血压计提供稳定压力，血压计显示采集的稳压值。

在0～300 mmHg范围上做8组静压测量实验，结果如表1所示。

结果表明：该血压计的最大示值误差为2.1 mmHg小于检定规程所规定的±3 mmHg，满足静压的检定要求。

4.2 动态血压测量实验
仍按图6连接实验装置，但将标准压力计换成血压模拟器，袖带扎于金属容器上，此时三通管连接的是：待校血压计、袖带、血压模拟器。

血压模拟器可模拟人体血压输出标准的、血压已知的血压信号。

实验时，血压计采集血压模拟器输出的标准血压值，并显示血压计的实测血压值。

选择血压值120/80和110/75测量血压重复性，分别测量5次，测量结果如表2所示。

根据式（3）计算血压示值重复性
式中SS（D）为收缩压（舒张压）的示值重复性；RS（D）为5次收缩压（舒张压）测量结果中最大值和最小值之差；C为极差系数，测量次数为5时，C=2.33。

由式（3）计算120/80的收缩压和舒张压的示值重复性分别为3.00 mmHg和
1.716 mmHg；110/75的收缩压和舒张压的示值重复性分别为3.8 mmHg和
1.716 mmHg。

结果均满足检定规程中血压示值重复性要小于5 mmHg的要求。

4.3 静态压力校准实验
选择测量失准的血压计按图6连接，该失准血压计在0～300 mmHg上测得的静压最大误差为3.8 mmHg，大于3 mmHg不满足静压检定要求，因此要进行静压校准。

按图4静压校准流程图在0～300 mmHg上连续进行20组校准，得到压力和AD 值的关系如表3所示。

根据上述关系表对失准血压计进行静压测量实验得到静压测量结果如表4所示。

表4显示：校准后，失准血压计的静压示值最大误差为0.7 mmHg，远远小于3 mmHg满足静压检定的要求，说明失准血压计经静压校准可重新准确测量静压。

4.4 动态血压校准实验
利用之前的失准血压计，其收缩压平均差为5.61 mmHg，大于5 mmHg不满足美国国家标准SP10规定的血压计误差要求，因此要进行动态血压校准。

按图6连接血压计，并按图5动态血压校准流程图进行8组校准，得到8组收缩压和舒张压系数并计算该8组收缩压和舒张压系数的平均值即完成校准。

校准得到的动态校准数据如表5所示。

根据表5计算出最终的收缩压系数CN为0.861 3，舒张压系数CD为0.8392。

根据该CN和CD对失准血压计进行血压测量实验，得到的测量结果如表6所示。

根据表6计算失准血压计的收缩压和舒张压的平均差分别为1 mmHg和-1 mmHg，标准差分别为2 mmHg和1.47 mmHg，满足美国国家标准SP10规定的血压计平均差小于5 mmHg，标准差小于8 mmHg的测量要求，说明失准血压计经校准可重新准确的测量血压。

本文提出的具有校准功能的医用电子血压计，不仅可完成电子血压计的静态压力检定，还可在血压测量失准时，完成自校准，使其重新准确测量静压和血压。

该血压
计的短信发送和通信功能更具智能、人性化，符合建立病人健康数据库的发展趋势。

静态和动态的测量实验结果显示：该血压计符合检定规程的检定要求，失准血压计经静态和动态校准之后的静压和血压测量实验结果也显示该血压计可实现动静态校准，并且校准结果非常理想。

该电子血压计测量准确，功能全面，具有较高的实用价值。

张晓丹（1989-），女，河南洛阳人，硕士研究生，主要研究方向为仪器仪表工程。

【相关文献】
［1］国家质量监督检验检疫总局.JJG 692—2010无创自动测量血压计检定规程［S］.北京：中
国计量出版社，2010.
［2］胡锦，彭诗瑶.基于压力传感器的高精度血压计系统设计［J］.传感器与微系统，2014，33（3）：111-113.
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［4］潘雪，高国伟.自校准电子水平仪的设计与实现［J］.传感器与微系统，2008，27（1）：79-81.
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［6］张晓芳.基于示波法的数字血压计的硬件实现［J］.仪器仪表用户，2006，13（4）：41-42.
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［9］周云波，林家瑞.手指血压计的研制［J］.传感器技术，1997，16（3）：34-36
李东升，通讯作者，E—mail：********************.cn。