摘  要： 脈搏波變化蘊(yùn)藏著豐富的人體生理信息。利用紅外脈搏傳感器提取人體指尖脈搏波，分析脈搏波的特征點(diǎn)及特征參數(shù)，從而建立特征參數(shù)與人體真實(shí)血壓的回歸方程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)血壓的無(wú)創(chuàng)連續(xù)測(cè)量。該過(guò)程主要包括特征點(diǎn)提取、特征參數(shù)分析、回歸方程建立、連續(xù)血壓預(yù)測(cè)四個(gè)部分。通過(guò)此方法計(jì)算所得出的血壓值與壓力式血壓計(jì)所測(cè)量的人體真實(shí)血壓值具有良好的一致性。

　　關(guān)鍵詞： 無(wú)創(chuàng)；連續(xù)；血壓測(cè)量；脈搏特征參數(shù)

0 引言

　　現(xiàn)今社會(huì)，生活壓力劇增，高血壓已經(jīng)成為最常見(jiàn)的心血管系統(tǒng)慢性病。自古以來(lái)血壓的測(cè)量經(jīng)歷了脈診、水銀柱式測(cè)量?jī)x以及電子袖帶式血壓計(jì)等多種方式。傳統(tǒng)的血壓測(cè)量?jī)x多為袖帶式且不可連續(xù)測(cè)量。為了研究全新的血壓測(cè)量方式從而實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)、無(wú)袖帶、長(zhǎng)期、連續(xù)的血壓測(cè)量，很多學(xué)者探究了多種測(cè)量方法[1-2]。醫(yī)院與家庭中所使用的血壓測(cè)量裝置主要是基于柯氏音法或示波法，雖然能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量出血壓值，但袖帶需要充氣放氣，只能測(cè)量出某個(gè)時(shí)刻的血壓值，無(wú)法對(duì)血壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，此外，袖帶還會(huì)對(duì)被測(cè)對(duì)象的手臂或者手腕等測(cè)量位置產(chǎn)生壓力，使被測(cè)者產(chǎn)生不適感。為了克服上述測(cè)量方法的不足，許多學(xué)者提出了基于脈搏波的血壓測(cè)量方法。脈搏波是由心臟的周期性收縮產(chǎn)生的，心室收縮時(shí)將血射入主動(dòng)脈中，使主動(dòng)脈內(nèi)壓力驟升同時(shí)容積增大，動(dòng)脈管壁隨之?dāng)U張；及至減慢射血期，主動(dòng)脈壓開(kāi)始下降，管壁彈性回縮。動(dòng)脈管壁隨著心室的舒縮而出現(xiàn)周期性的回縮和舒張，即形成脈搏[3-4]。脈搏起始于主動(dòng)脈根部，沿動(dòng)脈管壁進(jìn)行波浪式傳播，又稱(chēng)為脈搏波，而脈搏波可以反映出諸多的生理信號(hào)。當(dāng)血液流經(jīng)人體的微血管時(shí)，該部分微血管的血液容積在心臟波動(dòng)下會(huì)呈動(dòng)脈性變化。這里用血液容積的變換來(lái)反映血管的變化，采用紅外光電脈搏傳感器記錄血管光電容積的變化，血液容積隨時(shí)間變化的波形進(jìn)而可以等效為脈搏波[5]。目前，脈搏波分析方法主要有三種：心電波形與光脈搏波結(jié)合方法、兩路脈搏波結(jié)合分析方法、脈搏波特征參數(shù)血壓測(cè)量技術(shù)。每一種測(cè)量方法又各有其優(yōu)缺點(diǎn)[6]。

　?。?）心電波形與光電容積脈搏波結(jié)合法：心電與光電容積脈搏波結(jié)合法是利用同一動(dòng)脈脈搏波從心電R波傳輸至脈搏波特征點(diǎn)之間的時(shí)間間隔來(lái)估測(cè)血壓。經(jīng)推理演算的血壓的估算公式為[7]：

　　其中a為動(dòng)脈壁的厚度，d為內(nèi)部直徑，g為重力加速度，E0為動(dòng)脈壁的彈性系統(tǒng)。K表示脈搏波所經(jīng)過(guò)的距離，T表示傳播時(shí)間。

　　此方法無(wú)法檢測(cè)預(yù)射血期的脈搏波的變化情況，預(yù)射血期的存在又會(huì)導(dǎo)致脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間的變化，同時(shí)，脈搏波流過(guò)的血管長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，更容易受到血管狀況不同的影響，這些因素都會(huì)影響PTT，導(dǎo)致估計(jì)的血壓不夠精確。此外該方法還要設(shè)計(jì)一套心電傳感器，會(huì)給被測(cè)者增加負(fù)擔(dān)，并且使測(cè)量系統(tǒng)變得繁雜，便攜性能受到影響。

　?。?）兩路光電容積脈搏波結(jié)合的方法：這種方法利用人體兩個(gè)不同的部位，例如手指和手腕，根據(jù)測(cè)得的兩路脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)的時(shí)間間隔來(lái)估算血壓[8]。兩路脈搏波相結(jié)合的方法保持了動(dòng)脈血管的一致性，避免了心臟預(yù)射期的影響。但這種方法所得到的脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間只與收縮壓變化量有一定的關(guān)系，舒張壓的變化相關(guān)性很小，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量舒張壓。而且需要測(cè)量?jī)陕访}搏波，也會(huì)給被測(cè)者帶來(lái)很大的不便。

　?。?）脈搏波特征參數(shù)法：該方法的核心在于建立脈搏波特征參數(shù)與血壓之間的關(guān)系[9]。這種方法只需要測(cè)量一路脈搏波，通過(guò)波形的特征參數(shù)與指尖血壓的相關(guān)性來(lái)估算舒張壓與收縮壓。本文將主要研究通過(guò)脈搏波特征參數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)指尖連續(xù)血壓測(cè)量[10]。

1脈搏波特征參數(shù)法測(cè)量血壓原理

　　該方法的主要原理是對(duì)提取到的波形選取特定波形的特征參數(shù)，此方法一般選取13個(gè)特征參數(shù)，即主波高度、降中峽相對(duì)高度H、重搏波相對(duì)高度h/H、主波上升斜率V、脈動(dòng)周期時(shí)間T、收縮期時(shí)間比T1/T、舒張期時(shí)間比T2/T和H（1+T1/T2）、收縮期面積比Sa/S、舒張期面積比Sb/S、脈搏波波形特征量K、收縮期面積特征量K1、舒張期面積特征量K2[11]。每個(gè)特征參數(shù)可以反映獨(dú)特的生理指標(biāo)，例如，K值是一個(gè)以脈搏波波圖面積變化為基礎(chǔ)的脈搏波波形特征量，它可反映血管外周阻力、血管壁彈性和血液黏度等人體心血管系統(tǒng)中最為重要的生理參數(shù)。然后以被測(cè)者的真實(shí)血壓值作為因變量，以脈搏波特征參數(shù)為自變量進(jìn)行回歸分析，建立起血壓與特征參數(shù)的關(guān)系方程。方法原理如圖1所示。

2 實(shí)現(xiàn)

　　采集到脈搏波之后，首先需要確定脈搏波的特征參數(shù)。特征參數(shù)的提取通過(guò)分析脈搏波的特征點(diǎn)來(lái)確定。這里針對(duì)一個(gè)周期的脈搏波使用6個(gè)脈搏波特征點(diǎn)。首先是提取波形的特征點(diǎn)，每個(gè)脈搏周期的分割采用小波模極大值法實(shí)現(xiàn)。然后在每個(gè)周期內(nèi)找到最大、最小值分別為C、B兩點(diǎn)，然后再看特定區(qū)間內(nèi)是否存在極點(diǎn)，若存在則可以確定F和G點(diǎn)，若不存在極值點(diǎn)，則繼續(xù)進(jìn)行微分，找到曲率最大的點(diǎn)即F點(diǎn)和曲率最小的點(diǎn)即G點(diǎn)。特定區(qū)間是通過(guò)大量脈搏波做統(tǒng)計(jì)分析所得。D點(diǎn)為每個(gè)脈搏周期內(nèi)二階差分最大值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。而E點(diǎn)是D和F點(diǎn)之間斜率最小的點(diǎn)。如圖2所示。

　　特征點(diǎn)的變化代表了心血管系統(tǒng)的不同狀態(tài)。在圖2中，B點(diǎn)為主動(dòng)脈瓣開(kāi)放點(diǎn)；C點(diǎn)為收縮期最高壓力點(diǎn)；D點(diǎn)為主動(dòng)脈擴(kuò)張降壓點(diǎn)；E點(diǎn)為左心室舒張期開(kāi)始點(diǎn)；F點(diǎn)為重搏波起點(diǎn)；G點(diǎn)為重搏波壓力最高點(diǎn)。識(shí)別特征點(diǎn)之后，進(jìn)行特征參數(shù)的計(jì)算。通過(guò)特征點(diǎn)的值可以計(jì)算出每個(gè)脈搏周期13個(gè)特征參數(shù)的值。

　　這里為了建立血壓與特征參數(shù)之間的關(guān)系，選擇了11名20~30歲的健康受試者進(jìn)行回歸分析。采用紅外脈搏傳感器采集指尖處的脈搏波波形，從采集到的波形里選取100個(gè)周期的波形，對(duì)每個(gè)波形識(shí)別特征點(diǎn)并提取特征參數(shù)。與此同時(shí)用袖帶式電子血壓計(jì)測(cè)量被測(cè)者的血壓值。對(duì)于每一名受試者分別以收縮壓和舒張壓為因變量，以提取的13個(gè)脈搏波的特征參數(shù)為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，選擇a值為0.1作為選入或剔除自變量的F檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果如表1、2所示。

　　由表1、2中數(shù)據(jù)可以看出，收縮壓與主波上升斜率V相關(guān)性較好，而舒張壓與脈搏波波形特征量K相關(guān)性較好。不同的人，其血壓特征方程是不同的，所以不能采取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方程來(lái)進(jìn)行血壓的測(cè)量。在測(cè)量每個(gè)人的血壓之前，應(yīng)該首先采集一段時(shí)長(zhǎng)的脈搏波，分析得出特征方程以后再應(yīng)用此方程進(jìn)行血壓的連續(xù)測(cè)量。選取其中的一名受試者，逐步分析得到收縮壓（SBP）和舒張壓（DBP）方程為：

　　SBP=112.30-0.001v

　　DBP=52.23-38.13T1/T+57.92T

　　脈搏波特征參數(shù)測(cè)量血壓的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文分析了多種現(xiàn)代血壓測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并主要提出一種基于脈搏波特征參數(shù)的連續(xù)血壓測(cè)量方法。此方法通過(guò)提取脈搏波的特征參數(shù)，進(jìn)而逐步回歸分析建立血壓與脈搏波特征參數(shù)之間的關(guān)系方程，通過(guò)建立的特征方程來(lái)估計(jì)人體每搏的收縮壓與舒張壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓測(cè)量。本文方法測(cè)得的血壓與普通電子袖帶式血壓計(jì)測(cè)得的血壓擁有良好的一致性，收縮壓與舒張壓的平均差值都小于5，標(biāo)準(zhǔn)方差都小于10。所以基于脈搏波特征參數(shù)的血壓測(cè)量方法能夠真實(shí)地反應(yīng)人體的血壓值，也最為適合應(yīng)用于連續(xù)血壓測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。

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