5--第五章 血压测量1

=
压力信号的调理
1.信号放大 2.提取压力波
放大倍数？
• 检测(0~25mV dc) MPX20.
• 信号小需要放大 • ADC’s 输入范围小于 5V, 增益200倍
Vi1 Vi1
+
A2
-
R2
信号放大
Vi2
R
R1 -
Rw R R1 +
A3
Vo
Vo
-
A1
Vi2
+
R2
• 三运放差分放大器有现成的芯片，其内部集成了3 个运放和电阻等元件。比如仪表放大器INA128、 AD620等。INA128的内部结构如图所示。
• 测量为相对于大气压
• 消除运动的影响
法国医生普赛利（1797-1869)，采用内装水的玻璃管来测量血压
直接测量血压方式的特点
• 连续、动态
• 测量范围广，低血压，任何部位 • 有创
有创血压
在危重病人如休克病人、一些心脏手术和其他重大手 术时，对血压进行实时变化的监测具有很重要的临床 价值，这就需要采用有创血压监测技术来实现。
血液循环
肱动脉血压的波形
收缩期： 0-1，1-2 舒展期： 2-3，3-4，4-5
0-1：
心室快速射血，主动脉被扩张，血压上升， 心室注血前期；
1-2：
心室慢注血期，心室射血后期，速度减慢， 进入主动脉的血量少于其流向外周的血量，
动脉回缩，血压缓慢下降。
2-3：
心室不再向主动脉供血，半月瓣未来得及全闭上
柯氏音法
原 理
打气过程
放气过程
.测量过程：
气囊快速加压，当气囊中压力高于收缩压缓缓放气，刚 开始听到血管音时，水银压力计显示出的压力值就是收 缩压
气袖中的压力继续缓缓下降，血管音消失时水银压力计 显示出的压力值就是舒张压
•现象解释：
（1）当气袖压力明显超过收缩压时， 动脉血管被压扁，血管中无血流 必然听不到声音。
• 动能效应在血管簇系中各部位是有差异的。
• 在主动脉中动能对压力的贡献约为4mmHg，流速 大约为100cm/s • 在肺动脉中,动能对压力贡献3 mmHg, 肺动脉压为 2.7 20mmHg，总贡献为15%
0
0 1
1
压力放大器
血压信号：0-300mmg,2Hz
• 直流放大器 • 脉冲激励放大 • 交流载波式放大
• 柯氏音法 • 超声法 • 测振法
• Korotkoff method
Nikolai Sergeievich Korotkov (February 26, 1874 – March 14, 1920) was a Russian surgeon, a pioneer of 20th century vascular surgery and the inventor of auscultatory technique for blood pressure measurement.
R2 Av R1
• 端口与血液流平行 • 气泡影响，导致弹性系数大，频率低，阻力大
• 血管中血液压力导管测量法 • 根据贝努利定理（Bernoullis Theorem）对大血管 中血流动力学分析，流体中某点的压力E
• 式中U是流速，P是静压力，ρ是密度，g是重力加 速度，h是高度，式中第一项代表静压力第二项 为重力位能，第三项为动能。
直接式血压测量原理\问题\方法
液体导管耦合？ 压力传感器原理?
电压放大器，滤波器?
压力显示 压力校准
液体导管耦合：生理盐水隔离血液，防止感染
压力传感器：弹性膜片压阻，压电传感器
压力位移电阻变化电压变化
电压放大器：mv几十mv,放大100-1000倍
具体根据传感器特性决定
滤波器：直流+基波1-2hz,5次谐波10hz,低通 压力显示：数字式
4.平均压(MP):
在一周期之中，血压的平均值。 经验公式：MP=DP+(SP-DP)/3
mitral:二尖瓣
血管压力保持相对稳定？ 血管的弹性使得血压保持稳定，保持血流的连续
生理压力测量考虑
• 相对或绝对压力，大气压力在人体分布是均匀的，当测量人 体相对压力量时，大气压力变化不会影响测量结果；当测量 绝对压力时，大气压的变化就必须考虑，即在测量过程中应 随时标测当时的大气压。 • 重力效应，血液两点之间的压差等于重力位势之差，大约为 ρgh（其中ρ为两点间血液的密度，h为两点的高度差，g为重 力加速度）。显然每点的压力会因体位的变化而变化。 • 速度效应，血流速度越快，压力越大
电阻选择
• 利用仪表放大器AD620实现增益为200的放大 任务。
RG : 240 ohms.
信号放大
+
信号放大
+
=
+15V
R1 100Ω R11 10kΩ D1 1N5927 12V
+15V U1A OPA4277 1 -15V
至
V
2 3 1
4
R
3
1
4
MPX2050 +Vout -Vout PS1 2 4
p k
S
V: 体积的变化 液体耦合导管—传感器系统，测量心内压
d 2V (t ) dV (t ) m c kV (t ) p(t ) 2 dt dt
M液体的质量，c液体粘性阻尼，k，弹性系数
• 压力位移电压
• 上式表明压力P与位移V的关系 • 二者非线性关系，二级微分方程 • 外部信号P经过一个滤波系统，输出为V。
血压计结构 及设计
硬件电路
• • • • • 压力传感器、放大、滤波 多路A/D CPU，EPROM，RAM 显示屏 控制，气路:自动打气气体泵，阀门，放气 电路:看门狗电路
监测过压，放气
传感器选择
根据需要选择型号
进气口 接线端子
传感器技术文档
MPX2050系列
datasheet
+
主动脉的血有些回流（随着心室舒张），形成动 脉处血压很快的下降，3点已到波谷。
3-4：
半月瓣关闭，主动脉血返流，二者发生撞击血 又向外冲去，呈现动脉血压上升，4点降中峰。
4-5：
主动脉弹性收缩，将血液压向外周，
血压按指数衰减。
血压参数及其意义
1.收缩压(SP)：Systole Pressure，110-120mmHg。 心脏收缩，每搏输出量大，收缩压高 2.舒张压(DP)：Diastole Pressure，60-80mmHg。 心脏舒张(大动脉收缩)，外周阻力小则低，反之高 3.脉压=收缩压-舒张压 反映了动脉硬化的程度 主动脉和大动脉的弹性贮容作用，可以缓冲动脉血压之变 化幅度，使脉压变小。老年人，动脉弹性差，脉压增高。
(2)当气袖压力低于收缩压而高于舒张压时， 有脉动血流流动，血流涡流或湍流使，可听到血管音
(3）当气袖压力低于舒张压时，气袖下血流能 连续通过，血管音由弱而消失，此点为舒张压
.强调： 测量时，一边耳朵听（血管音），一边看压力指示
测量特点
人工方式 简单 水银污染
Hale Waihona Puke Baidu
如何自动检测
• 自动检测压力
• 自动声音检测，声音传感器（麦克风） • 放大
航天员身体血压及外在表现如何改变？
微重力，脑部血压相对增大 长期，脸浮肿
• 在心血液系统中，右心房压最稳定，几乎不受人体 姿态变化的影响，这一重要特征，对于使人体在运 动中保持循环系统的稳定，起了很重要的作用 • 上臂与右心房在同一水平线上,右心房作为血压测量 的参考点.
• 该参考点大致位于胸纵轴的中央处，具体位于胸腔 左右第四肋之间的空间
压力测量应用
• 血压 • 眼压
眼中房水对眼球的压力
• 颅内压
颅腔内脑脊液的压力，10-15毫米汞柱。
• 日常生活、工业上广泛应用
重量，气压，液体压力等
血压与哪些因素有关
• 心脏,心率,心输出量 • 动脉弹性,外周阻力 • 血液粘度，血流速度
• 与位置有关
降低血压方法
• 减小心输出量
• 降低阻力，扩张血管 • 增加血管弹性
充气球
如何检测脉搏波？
近似DC信号 几Hz
提取压力波
• 问题转换成：将放大之后的信号， 1 去掉DC成分 →相当于高通滤波
2 只保留频率较低的信号 →相当于低通滤波 于是，构建带通滤波器来实现压力波的提取。
提取压力波
dB dB
f
f
dB
带通
f
•Low-pass Filters
1 fc 2 R2C
• 扬声器发声
超声法
原 理 • 利用多谱勒频移效应，血管和血液的移动产生 频移，有声音变化，表示血压变化点 • 气体压力大于血压无声，反之有声 • 袖袋压力增加，开闭声音缩短 • 当二者重合为收缩压，整个周期只有一点声音 • 袖袋压力减少，闭开声音时间变长 • 声音恰好连续，闭合与开放时间重合，舒张压 • 声音利用混频电路实现差频 • 监听扬声器声音
优点
• 与直接用声音传感器检测，由于超声为高 频信号，适合噪声大的场合 • 利用R波与压力关系，绘制动脉 波
示波法(测振法原理)
通过脉搏波和压力波的同时记录来测量血压
原理:如何用一个传感器同时测量压力和脉搏?
• 血管振动使袖袋内产生振荡波 测量袖袋内压力振荡波
与柯氏音法联系与区别
• • • • 都是打气法 检测方法不同 柯氏音，两个传感器：压力、柯氏音 振荡法只需要一个传感器
RT偏置电阻
消掉 Uo1
显示部分
• ICL7106+LCD • 3位半数字万用表芯片(A/D)
三位半显示是指最高只能显示1999，半位的含义 就是第一位数字只能在0和1之间变化
• 含A/D, 可直接驱动LED数码管显示，驱动 • 9伏电池
间接测量
传感器不直接与血液接触 压力传感器通过外部测量的方式间接测量血压
A1,A2提供传感器电源 A3,跟随器,提供放大器偏置电压 A4:同向放大 A5，隔离电路，与电源隔离 A6:反向放大
U T U1 U1 U1 U O1 R1 RT R1 U O U1 U O1 U1 2U1 U1 U T U1 U1 U T 2 2 R1 RT R1 RT R1 RT R1 RT R1 R1 R1 U O 2(1 )U1 U T RT
类似力学二阶低通系统
时域特性
频域特性
输出特性与阻尼系数有关，阻尼系数应适当
影响有创测量的因素
• 导管长度和半径 • 血液流动方向
• 气泡影响 • 安全问题，耦合液体隔离
• 导管长度和半径适宜，不能过长，过短
长度过长阻力大，测量值低，过短质量小，不稳定 半径大质量大灵敏度低，半径小阻力大，测量不准
压力标定或校准：将电压变为压力
有创血压
含盐的肝素酶
隔离和清洗
防血凝固
压力计
插管
直接式血压测量模型
• 传感器电学模型
液体耦合法主要是电阻应变式压力传感器 电阻应变片由金属丝构成传感器
R3 R4 V E( ) R3 R1 R4 R2
直接式血压测量物理模型
导管耦合液体 m
弹性膜片传感器
有创血压（IBP）一般可监测：动脉血压（ABP）、中 心静脉压（CVP）、肺动脉压（PAP）、左房压 （LAP）、颅内压（ICP）。
有创血压
从上腔静脉进入 分别监测 右心房 右心室 肺动脉 肺动脉楔压
首先将导管通过穿刺，置于被测部位的血管内，导管 的外端直接与压力传感器相连接，由于流体具有压力 传递作用，血管内的压力将通过导管内的液体传递到 外部的压力传感器上，从而可获得血管内实时压力变 化的动态波形，通过特定的计算方法，可获得被测部 位血管的收缩压、舒张压和平均动脉压。
5 3
11
Vs
U2 AD620BN 6 R4 47μF 10kΩ 6 5
C4
GND
-15V
2 8
7
1
R2 2kΩ
+15V R3 240Ω
R5 10kΩ
1
O
传感器电流源
传感器及差分放大
袖带
提取压力波
传感器(带外壳) 三通
• 有了这个电路，袖带中的血压信号将以电 平的形式表示出来。 • 接下来，要对压力波进行提取。
人体不同姿势的血压变化
•身高为1.8m的人为例，肢大约在心脏下1.2m处 •计算站立时脚和头的血压 •血液密度1.05,水银13.6
1h1 2h2
h2=90mmHg
同样道理，由于脑血管位置比心脏高出约0.6m， 故脑动脉血压会大约降低40mmHg。
站立：动脉压上低下高，静脉压升高 平躺：上高下低，血压基本一致
第五章
• 血压生理学概述 • 直接测量原理与方法 • 间接测量原理与方法
血压测量
• 血压自动测量电路
血压生理学概述
• 血压是血液对血管单位面积的垂直压力 • 由心脏收缩产生，左心室和右心房之间 的压差使血液流动，循环系统的参数 • 收缩压、舒张压、平均压相对大气的压 力表示,mmg汞柱,Pa • 血压是空间、时间的函数,频率2-3Hz