血压信号处理中一种模式识别方法的应用

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1、血压信号处理中一种模式识别方法的应用0引言血压是人体重要的生理参数之一，对其进行精确测量，有利于早期发现和鉴别高血压类型，提出合理的治疗建议。在各种各样的血压无创检测方法之中，可分为人工和自动两类，由人工听诊柯氏音法来判断人体的收缩压和舒张压是被公认的准确[1,2]，但由于柯氏音水银柱血压计的操作比较困难，且医生在一天内不可能很多次准确操作此方法，因此，目前几乎所有医院都使用操作相对简单的示波法电子血压仪。然而，2004年8月，中国生物医学工程学会副理事长、工程院院士俞梦孙提出，目前在医院普遍使用的示波法电子血压仪，设计原理不过关，几乎全部测量都不准

2、确，而它之所以能替代柯氏音水银柱血压计，是因为两者在经过大规模地实验测量之后，平均值较为接近。但对个体来说，血压值测量的差别是相当大的[3]。2005年6月，他进一步提出，目前的幅度系数法不够准确，必须寻找新的血压测量方法[4]。因此，从血压测量的各个环节的设计原理上加以改进，具有十分重要的现实意义。本文对一种基于血压形成原理的模式识别方法进行了研究，指出了该方法存在的问题，并利用这种方法，对血压测量中的某些环节进行了改进。实践证明，采用这种方法进行血压测量，能够缩短测量的时间，提高测量的精确度。1测量原理通常所说的血压测量指的是动脉血压。它的形成有

3、赖于心射血和外周阻力两种因素的相互作用。心脏每收缩一次，即有一定量的血液由心室射入大动脉，同时也有一定量的血液由大动脉流至外周。但是，由于存在外周阻力，在心缩期内，只有大约1/3的血液流至外周，其余2/3被贮存在大动脉内，结果大动脉内的血液对血管壁的侧压力加大，从而形成较高的动脉血压，即收缩压。心室舒张时，射血停止，动脉血压下降，被扩张的大动脉管壁发生弹性回缩，将在心缩期内贮存的弹性势能释放出来，转换为动能，推动血液继续流向外周，并使动脉血压在心舒期内仍能维持一定高度，这个动脉血压，即舒张压。文献[5]中给出了这种基于血压形成原理来判断收缩压和舒张压

4、的方法。血压的初始信号如图1所示，在用阶梯放气的方法测量上肢动脉血压的时候，通常将袖带压力增加到收缩压以上20—30mmHg，大于收缩压，这样，上肢动脉血管被阻断，将没有血液流向手臂。由于测量系统的密闭性不完全，在一个台阶内，测得的压力会略有减小，得到的台阶将向下倾斜。而当袖带压力略小于收缩压得时候，上肢动脉血管将在心缩期开放，血液可以流向手臂，但由于其远大于四周静脉血压（一般在15—20mmHg），血液无法回流，这样，在一个台阶内，外周组织内的血液将会越来越多，测得的压力会略有增大，得到的台阶将向上倾斜。因此，我们可以据此判断出收缩压所在的范围。5

5、图1原始血压信号Fig.1theoriginalsignalofbloodpressure当袖带压力略大于舒张压的时候，上肢动脉血管只在心缩期开放，脉搏波只在心缩期有波动，因此它的下降沿将比较陡峭，而当袖带压力略小于舒张压的时候，上肢动脉血管将在整个心动周期内开放，这样，脉搏波将在整个心动周期内存在波动，由于心缩期明显小于心舒期，因而它的下降沿将平缓许多。因此，我们可以根据这样一个变化判断出舒张压所在的范围。以上的判断完全建立在血压形成原理的基础之上，没有采用经验规律的方法，也无需进行曲线拟合，因而它具有很强的个体适应性和抗干扰能力，而且由于它的结果

6、只和一部分脉搏波有关，在得到结果后可以立刻结束测量，因此可以节省测量的时间。2测量中的问题及解决方法应用这种测量方法时，仍然存在许多问题。2.1气泵的“回抽”效应。比如设定充气到150mmHg，当传感器检测系统内压力大于150mmHg而停止充气后，气泵由于惯性的作用，会继续充气一段时间而后再停止充气，这样，当气泵停止工作时，它将对检测系统形成一定的负压，并从检测系统中“回抽”一部分气体，使得系统内压力在随后的一段时间内出现明显的下降，如图2所示。5图2气泵的回抽效应Fig.2thebackdrawingeffectoftheairpump因此，在采用

7、这种方法进行判断时，得到的台阶总是下降的趋势，如果被测对象的收缩压大于150mmHg，就会造成误判。解决的方法是跳过对第一个台阶的判断，并适当延长第一个台阶的长度，尽量减少气泵“回抽”效应对测量系统的影响。2.2气阀的“关闭”效应。产生这种问题的原因是袖带内的压力与传感器所测压力的不同步。在相邻台阶的交界处，气阀要暂时打开，这时袖带内的气体将向气阀处不停地流动。而当传感器检测到系统内压力下降到一个合理的数值时，气阀将突然关闭，这时，袖带内气体将继续向气阀处流动，气体分子将与气阀发生碰撞而产生热量，这样，系统内压力在随后一段时间将明显上升并在一定时间内

8、存在波动，如图3所示。因此，如果台阶不是足够长，就会认为收缩压比该台阶的压力值大，造成误判。解决的方法是丢弃