基于脈搏波傳播時間的無創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測方法研究.pdf

1、近二十年來，診所外測壓的出現(xiàn)，標(biāo)志著血壓的測量已經(jīng)進(jìn)入了新時代。從此，白大衣高血壓、隱蔽性高血壓、血壓晨峰、單純夜間高血壓等高血壓新亞型或現(xiàn)象被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，血壓波動性的研究也因此受到了格外的重視。目前，血壓測量正朝著自動化、遙測、實時監(jiān)測和信息網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。這不僅為臨床高血壓診治提供更方便、全面、準(zhǔn)確的血壓信息，而且將對社區(qū)高血壓管理和防治產(chǎn)生革命性的影響。目前常見的血壓測量法有動脈內(nèi)插管直接測壓法，無創(chuàng)性間接測壓法等。
　　直

2、接測量為測量系統(tǒng)直接與血液接觸的測量，因其損傷皮膚和血管又被稱為損傷性測量。一般來講，直接測量不僅比較準(zhǔn)確，還能對血壓進(jìn)行連續(xù)性記錄和觀察，了解瞬間的壓力變化，實現(xiàn)真實平均壓的測定。在危重病人搶救的治療中，患者的病情千變?nèi)f化，迅速及時了解患者的血流動力學(xué)改變以便做出及時處理是危重病人得到成功搶救的關(guān)鍵之一?，F(xiàn)階段實現(xiàn)血壓的連續(xù)實時監(jiān)測，必須通過有創(chuàng)插管的直接測量方法獲得瞬時和持續(xù)性血壓動態(tài)變化，便于及時調(diào)整有關(guān)藥物及其劑量。但其操作復(fù)雜

3、，難以多次重復(fù)進(jìn)行，且價格昂貴，可能會引起并發(fā)癥，如出血、疼痛、感染、肢體缺血壞死、形成氣栓與血栓等。因此直接測量的應(yīng)用不如間接測量更為普遍。與直接測量法對應(yīng)的間接測量法，也稱非損傷性測量，已經(jīng)歷了100多年的歷史，所測血壓基本接近主動脈內(nèi)壓力。是臨床診斷過程中最常用、最普遍的檢查方法。但因其存在一定的局限性，而目前無創(chuàng)間接測壓技術(shù)無論是手動還是自動的，都只能進(jìn)行間斷測壓，無法跟蹤測量動態(tài)血壓變化，所以無法獲得連續(xù)血壓。是否有一種血壓測

4、量方法能夠結(jié)合兩者的優(yōu)點，即既能不對患者造成損傷，又可以連續(xù)測量血壓成為學(xué)界的研究熱點，這也是無創(chuàng)連續(xù)血壓測量的研究意義。目前已有的技術(shù)有容積補(bǔ)償法，張力測量法，脈搏波波速或脈搏波傳播時間測量法等。前兩種方法已有產(chǎn)品，其代表產(chǎn)品為CNAP和T-LINE系列，但CNAP體積較大、價格昂貴，T-LINE系列傳感器定位困難，只要病人稍有變動就得重新定位測量，用起來極不方便，所以本文選用脈搏波傳播時間測量方法進(jìn)行研究，目的在于克服其他方法的缺點

5、，實現(xiàn)無創(chuàng)連續(xù)血壓的測量。
　　脈搏波波速測定法是根據(jù)脈搏波沿動脈傳播速率與動脈血壓之間具有正相關(guān)性的特點提出的，通過測量脈搏波速，從而間接推算出動脈血壓值。因為脈搏波速要通過脈搏波在動脈中兩點間的傳遞時間計算出，所以可采用相同原理利用脈搏波傳導(dǎo)時間(Pulse Wave Transit Time，PWTT)間接推算動脈血壓值。經(jīng)驗認(rèn)為，血壓與脈搏波速具有準(zhǔn)線性關(guān)系，即在生理條件不變的前提下，收縮壓(Systolic Blood

6、Pressure，SBP)和舒張壓(Diastolic Blood Pressure，DBP)與脈搏波傳播速度(Pulse Wave Velocity，PWV)呈一定的函數(shù)關(guān)系，關(guān)系式中的系數(shù)和常數(shù)因個體而異，需要用實驗方法確定。但在日常生活狀態(tài)下測定脈速有一定的困難且不大準(zhǔn)確，因此用心電圖（ElectroCardioGram，ECG）的R波與指尖脈搏波(PhotoPlenthysmoGraphy，PPG)特征點之間的時間差也即脈搏波傳

7、播時間來代替。雖然其與真正的脈搏波速有很好的相關(guān)性，但不同的個體關(guān)系式也不盡相同。
　　在了解PWTT與血壓關(guān)系之后，本文展開了以下工作:
　　首先搭建實驗平臺。本文采用的硬件平臺為深圳愛德康科技有限公司生產(chǎn)的監(jiān)護(hù)儀參數(shù)板FY0803和HC_05型藍(lán)牙模塊，其中監(jiān)護(hù)模塊可進(jìn)行多參數(shù)監(jiān)護(hù)，包括心電波形，脈搏波形等監(jiān)護(hù)，心電波形采樣頻率為500Hz，而脈搏波波形采樣頻率為125Hz，為了便于計算二者之間的時間差，需要將它們的頻率

8、轉(zhuǎn)化一致，而這兩種參數(shù)采樣頻率恰好成倍數(shù)關(guān)系，為了不使心電信號波形失真，本文將脈搏波波形數(shù)據(jù)插值使其采樣頻率為500Hz。此外，該監(jiān)護(hù)儀參數(shù)板還有血壓及心率測量（Heart Rate，HR）的功能，可以為本文實驗提供血壓參考值及預(yù)測舒張壓的第二參數(shù)HR;而監(jiān)護(hù)模塊的導(dǎo)聯(lián)選擇設(shè)置功能可以通過編程向模塊發(fā)送命令使其由原來默認(rèn)的五導(dǎo)聯(lián)轉(zhuǎn)換為三導(dǎo)聯(lián)，某些情況下，采用胸導(dǎo)聯(lián)可能給實驗帶來不便，而采用三導(dǎo)聯(lián)，只要接左右臂及腿部電極即可，為實驗帶來方

9、便，降低操作復(fù)雜性。此外，本文采用藍(lán)牙技術(shù)實現(xiàn)生理數(shù)據(jù)的無線傳輸以及相關(guān)控制命令的接收。設(shè)計采用HC_05型藍(lán)牙模塊，速率可達(dá)2.1Mbps，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送頻率要求。本文的軟件平臺采用Matlab2010，因其具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，所以用它來實現(xiàn)PWTT的計算及后續(xù)數(shù)據(jù)處理及評估是一種不二的選擇。通過Matlab2010編寫的圖形用戶界面(Graphical User Interface，簡稱GUI，又稱圖形用戶接口)與藍(lán)牙傳輸模塊

10、來共同控制監(jiān)護(hù)模塊，對心電數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，將其顯示于GUI界面上以便觀察波形，計算PWTT。
　　本文用到了兩種脈搏波傳播時間，所以能否準(zhǔn)確的計算出PWTT是后續(xù)實驗過程是否能正常進(jìn)行的關(guān)鍵，而計算PWTT的重點又在于如何準(zhǔn)確的識別特征點。本文需要識別的特征點主要有兩個，一個是心電波形的特征點，即ECG波形R波波峰，另一個是脈搏波特征點，即脈搏波波峰或脈搏波上升最快點。通過加窗閾值法及一次微分法可將這兩點分別計算出來

11、。
　　為驗證本文搭建的血壓無創(chuàng)測量與連續(xù)測量實驗系統(tǒng)，本文設(shè)計了5組實驗，選取歐姆龍HEM-7051型血壓計作為對照組測量儀器，嚴(yán)格按照血壓測量原則進(jìn)行實驗。
　　實驗一，選取38名受試者作為實驗組，將所有受試者的數(shù)據(jù)聯(lián)立得出一個擬合式，另選取8名受試者作為驗證組，通過對比這8名受試者的預(yù)測血壓與實測血壓來檢測此擬合式是否對不同人群血壓監(jiān)測均有效。結(jié)果表明預(yù)測結(jié)果誤差較大，由于存在個體差異性，一個關(guān)系式很難對不同人群作出準(zhǔn)

12、確預(yù)測;
　　實驗二，優(yōu)化實驗方案，考慮個體差異性及心率對舒張壓的影響，利用Matlab分析數(shù)據(jù)后得出每個個體以PWTT，HR為自變量，收縮壓，舒張壓為因變量的不同形式的擬合式，分別有多項式，反比例及線性等擬合關(guān)系式，挑選出擬合度較好且簡潔的擬合式，再次以實驗組受試者個體為單位進(jìn)行結(jié)果預(yù)測及準(zhǔn)確度評估，結(jié)果表明，本次實驗操作的準(zhǔn)確度相比實驗一有所提高;
　　實驗三，在得到較為理想的擬合式后，將兩種定義的PWTT（從心電R波波

13、峰到脈搏波上升最快點之間的時間間隔、從心電R波波峰到脈搏波波峰的時間間隔）分別與其他實驗數(shù)據(jù)擬合，觀察比較所得擬合式對血壓的預(yù)測結(jié)果，得出結(jié)論為:用第一種定義的PWTT得出的擬合式預(yù)測效果較好;
　　實驗四，為了實現(xiàn)血壓的連續(xù)測量，需對血壓預(yù)測結(jié)果長時間監(jiān)測，以決定是否需要在適當(dāng)時間點校正。通過多時間段多次預(yù)測評估，觀察其是否能實現(xiàn)血壓的連續(xù)測量，即確定每個個體的最初預(yù)測式是否能夠長時間穩(wěn)定預(yù)測血壓。結(jié)果顯示，在一定時間范圍內(nèi)，血

14、壓預(yù)測較為穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到某時間點時，預(yù)測誤差明顯增大，并隨著時間的延長，誤差持續(xù)增大。所以，擬合式需要在一定時間范圍內(nèi)校正;
　　實驗五，對實驗四得出擬合式進(jìn)行校正，并評估結(jié)果。根據(jù)實驗四的結(jié)果，找出血壓最大變化時間點，進(jìn)行校正。采用一點校正法，即在開始預(yù)測后至少1小時內(nèi)再次測量3組袖帶壓、HR與PWTT，通過本次測量得到的SBP、DBP、PWTT和HR與之前測得的最近的兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立擬合得出一個新的擬合式，再用此擬合式進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果

15、顯示，校正后，測壓誤差減小。
　　本文重點圍繞基于脈搏波傳播時間的無創(chuàng)連續(xù)血壓的測量展開研究。首先，利用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的監(jiān)護(hù)模塊，搭建了實驗平臺，用以采集心電及脈搏波信號，因其本身具備監(jiān)測心電，脈搏波波形功能，體積小巧，所以便于實現(xiàn)脈搏波傳播時間的提取，也彌補(bǔ)了目前市面上連續(xù)無創(chuàng)血壓監(jiān)測儀笨重龐大的缺陷。以藍(lán)牙模塊作為數(shù)據(jù)傳輸與控制媒介，通過Matlab編程解包波形信號并控制通信。其次，尋找波形特征點，計算PWTT。最后，利用實驗平

16、臺展開系列實驗，并用Matlab分析，處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。實驗分別為血壓與PWTT相關(guān)性初探實驗，驗證血壓是否與PWTT存在線性關(guān)系;個體血壓與PWTT相關(guān)性實驗，充分考慮舒張壓的影響因素，加入“HR”作為第二自變量，提出舒張壓與脈搏波傳播時間的擬合關(guān)系式，使血壓預(yù)測更為精準(zhǔn);兩種PWTT預(yù)測血壓對比試驗，在基于PWTT的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量的研究中，PWTT一般有兩種定義:一種是從心電R波波峰到脈搏波波峰之間的時間段;另一種是從心電R波波

17、峰到脈搏波上升最快點之間的時間段，而之前學(xué)者只是單獨拿一種PWTT做研究，從未將這兩種PWTT對血壓預(yù)測的準(zhǔn)確度做出對比，為此，本文將其做了研究與對比，并找出使預(yù)測結(jié)果更加準(zhǔn)確的PWTT;針對長時間預(yù)測的連續(xù)性驗證實驗以及校正實驗，目的是為了從真正意義上實現(xiàn)無創(chuàng)血壓測量的連續(xù)性，結(jié)果收到了較好的反饋。
　　實驗結(jié)果均表明，本文提出的基于脈搏波傳導(dǎo)時間的無創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測方法能較為準(zhǔn)確地預(yù)測個體血壓，無論是收縮壓還是舒張壓，本文實驗結(jié)