电子血压计的设计与验证

电子血压计的设计与验证

医学院（生物医学工程）

【摘要】

血压是人体重要的生理参数之一，对其的准确监测将对心血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本设计是采用振荡法的无创血压测量技术来实现电子血压计，结合了现代传感技术、计算机与信号处理技术。本文主要从硬件方面介绍了电子血压计的设计，主要包括电源电路、放大滤波电路、LCD显示电路、控制电路和数字处理等电路设计和核心器件选型，系统中采用压力传感器US9111和LMV2264运放对信号进行信号转换、放大、滤波，以STM32F103RBT6单片机为核心，实现泵阀控制和对采集到的压力与脉搏信号进行处理，并上传测量的数据到上位机进行显示，实现系统功能，达到预期的设计目标。

【关键词】血压，硬件系统，显示；

1 前言

1.1 研究背景

1.1.1电子血压计概述

通常所说的血压是指动脉血压，血压是血液在血管内流动时，作用于血管壁的压力，它是推动血液在血管内流动的动力。心室收缩，血液从心室流入动脉，此时血液对动脉的压力最高，即动脉血压的峰值，称为收缩压（systolic blood pressure ，SBP ）[1]。心室舒张，动脉血管弹性回缩，血液仍慢慢继续向前流动，但血压下降，此时的压力称为舒张压（diastolic blood pressure，DBP），即血压的谷值[2]。血压是机体重要的生命特征之一，可以反映出人体心脏和血管的功能状况，是临床上诊断疾病、观察治疗效果、进行诊后判断等的重要依据[3]。

电子血压计是基于采用无创血压测量方法的生命信息监测医疗设备，无创血压测量方法主要有听诊法和示波法，其中示波法又称震荡法，本设计的测量原理是示波法。电子血压计有臂式、腕式之分，腕式电子血压计的优点是小巧便携，但测量结果不够精确；上臂血压计虽然机型较大携带不便，但是精度较高，更具有临床意义，所以本次设计目标也是上臂式电子血压计。血压计的技术经历了最原始的第一代、第二代（半自动血压计）、第三代（智能血压计）的发展。第一代电子血压计是在减压时进行测量，使用的主要元器件包括压力传感器、快速加压气泵和机械快速排气阀。第一代电子血压计由于机械式排气阀的不稳定，测量结果也不稳定，误差较大。第二代电子血压计也是在减压时进行测量，第二代是电子控制排气阀，可以智能加压，减小人为误差，使得测量结果更加稳定。第三代电子血压计是在加压时就进行测量，目前国际上掌握这一技术的公司并不多。第一代和第二代电子血压计都是上臂式的，第三代是腕式电子血压计，由于掌握MWI技术（加压时测量）的公司很少和腕式电子血压计不适合有血流障碍的病人使用，所以现在使用最广泛的是第二代电子血压计[4]。

1.1.2问题的提出

随着人口老龄化，人们生活水平的提高以及保健观念日益增强，人们越来越注重自己和家人的健康。血压是人体重要的生理参数，血压的正常与否能判断一个人身体是否健康。高血压是最常见的心血管疾病，严重影响人们的生活质量和健康。据有关统计资料显示，目前我国的高血压患者已达两亿，并且每年都以300万以上的速度在增加[5]，高血压患者的年龄层也逐渐年轻化，关于高血压的预防和治疗已成为我国一个热门的话题。高血压不仅是影响人们健康的慢性疾病，更是冠心病、心肌梗死、心力衰竭等心血管疾病的祸首，所以血压的测量对预防此类疾病起到至关重要的作用。对于全球特别是我国市场来说，血压计的需求量是十分庞大的。中国是世界最大的电子血压计的生产基地，也是国际最大的电子血压计消费市场，但是市场上销售的电子血压计质量不一，消费者容易购入质量差的产品，而且我国很多医院依然在使用水银血压计。水银血压计的测量必须由专业的医学人士进行，过程比较复杂，测量结果可能会因医生的不同而不同，而且水银压力计的水银具有剧毒性，对人体是有害的，使用过程要十分小心，所以研究出一款便携、廉价、准确的压力计，具有极大的市场潜力。

1.1.3国内外研究现状及发展趋势

电子血压计的前身是水银血压计，但其操作过程复杂，且依赖听诊器和听诊者，所以从严格意义上来说，水银血压计的测量并不十分精确。而电子血压计具有操作简单、使用方便等特点，同时其功能更加完善、测量更加准确。无创伤监护技术是未来医学工程发展的重要方向，从应用角度而言随着无创血压测量装置的测量精度提高和价格下降，医院环保要求的进一步提高，水银血压计被无创血压量设备所取代是必然趋势[6]。现在，电子血压计已经逐渐的从医院走到了家庭，其国际市场十分庞大而稳定，在一些欧美日等发达国家，家庭拥有率超过60%。

目前电子血压计的技术已经非常成熟，绝大部分产品都具有十分成熟的显示数据、语音报告、数据异常报警、数据传输等基础功能，在激烈的电子血压计市场竞争中，很多生产商在拥有基本功能的基础上对电子血压计不断改进测量精度和增加各种功能。欧姆龙（OMRON）新一代电子血压计HEM-7320，该电子血压计是欧姆龙公司2014年的产品，该电子血压计除了具有基本的测量、语音提示等功能外，还可以判断测量者的测量姿势是否正确，当测量者佩戴袖带过于紧实或宽松时，也会作出相应的提示这些功能都可以使得测量结果更加精确。

现国内外测量血压的技术较成熟，能准确实时地测量患者的血压变化情况，大多电子血压计是普通血压计与电子分析控制终端相连，计算机会自动加压并根据情况控制加减幅度。一些国际上知名公司生产的产品除了一般精确测量血压的功能外，另外附加完善了许多例如血压数据记忆、无线传输、语音播放等功能，可以满足不同消费群体的需求。

随着科学技术的进步和移动医疗的发展，互联网、无线传输及云计算等技术使得血压的监测也越来越方便，同时血压监测数据的记录、传输、存储、分析也将成为现实。未来血压计将会和移动科技相结合，智能手机管理血压，无线传输使得可以随时随地掌握家人健康；测量数据实时上传云盘，并深度剖析血压状况，做出专业分析报告。总体上说，微型化、智能化、电子化是电子血压计未来的发展趋势。

1.1.4研究的意义

电子血压计在临床上应用广泛，在诊断治疗冠心病、高血压等心血管疾病有着重要意义，是监测生命信息的重要设备之一。

疾病的预防已成为现代人的健康思维，实时监测血压变化对于预防、诊断高血压等心血管疾病具有重要意义。由于技术和经济的落后，以前我们检查身体只能在医院才可以实现，无法随时进行生命信息监测，身体某些变化不能及时发现。当血压等生命信息发生异常时，不能及时预防脑出血等疾病猝发。现在电子血压计作为家庭医疗保健重要产品，使得随时监测血压的变化成为可能，在家中测量时如发现血压异常便可及时去医院治疗。水银血压计测量精度相对比电子血压计低，而且其测量结果会因人的不同而不同。电子血压计能分辨1mmHg的气压，水银血压计的最小单位为2mmHg。电子血压计通过对人体血压整个变化数值的进行采集和分析、处理，数据处理算法的运动使得测量标准保持一致，而且电子血压计的操作简单、测量精确、显示清晰等优点对于家庭老人血压的测量具有重要意义。