基于脈搏波傳播時(shí)間的無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、近二十年來(lái)，診所外測(cè)壓的出現(xiàn)，標(biāo)志著血壓的測(cè)量已經(jīng)進(jìn)入了新時(shí)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(dòng)性的研究也因此受到了格外的重視。目前，血壓測(cè)量正朝著自動(dòng)化、遙測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)量法有動(dòng)脈內(nèi)插管直接測(cè)壓法，無(wú)創(chuàng)性間接測(cè)壓法等。
　　直

2、接測(cè)量為測(cè)量系統(tǒng)直接與血液接觸的測(cè)量，因其損傷皮膚和血管又被稱為損傷性測(cè)量。一般來(lái)講，直接測(cè)量不僅比較準(zhǔn)確，還能對(duì)血壓進(jìn)行連續(xù)性記錄和觀察，了解瞬間的壓力變化，實(shí)現(xiàn)真實(shí)平均壓的測(cè)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(shí)了解患者的血流動(dòng)力學(xué)改變以便做出及時(shí)處理是危重病人得到成功搶救的關(guān)鍵之一。現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)血壓的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，必須通過(guò)有創(chuàng)插管的直接測(cè)量方法獲得瞬時(shí)和持續(xù)性血壓動(dòng)態(tài)變化，便于及時(shí)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(jià)格昂貴，可能會(huì)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(cè)量的應(yīng)用不如間接測(cè)量更為普遍。與直接測(cè)量法對(duì)應(yīng)的間接測(cè)量法，也稱非損傷性測(cè)量，已經(jīng)歷了100多年的歷史，所測(cè)血壓基本接近主動(dòng)脈內(nèi)壓力。是臨床診斷過(guò)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(wú)創(chuàng)間接測(cè)壓技術(shù)無(wú)論是手動(dòng)還是自動(dòng)的，都只能進(jìn)行間斷測(cè)壓，無(wú)法跟蹤測(cè)量動(dòng)態(tài)血壓變化，所以無(wú)法獲得連續(xù)血壓。是否有一種血壓測(cè)

4、量方法能夠結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，即既能不對(duì)患者造成損傷，又可以連續(xù)測(cè)量血壓成為學(xué)界的研究熱點(diǎn)，這也是無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓測(cè)量的研究意義。目前已有的技術(shù)有容積補(bǔ)償法，張力測(cè)量法，脈搏波波速或脈搏波傳播時(shí)間測(cè)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(jià)格昂貴，T-LINE系列傳感器定位困難，只要病人稍有變動(dòng)就得重新定位測(cè)量，用起來(lái)極不方便，所以本文選用脈搏波傳播時(shí)間測(cè)量方法進(jìn)行研究，目的在于克服其他方法的缺點(diǎn)

5、，實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓的測(cè)量。
　　脈搏波波速測(cè)定法是根據(jù)脈搏波沿動(dòng)脈傳播速率與動(dòng)脈血壓之間具有正相關(guān)性的特點(diǎn)提出的，通過(guò)測(cè)量脈搏波速，從而間接推算出動(dòng)脈血壓值。因?yàn)槊}搏波速要通過(guò)脈搏波在動(dòng)脈中兩點(diǎn)間的傳遞時(shí)間計(jì)算出，所以可采用相同原理利用脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間(Pulse Wave Transit Time，PWTT)間接推算動(dòng)脈血壓值。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，血壓與脈搏波速具有準(zhǔn)線性關(guān)系，即在生理?xiàng)l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(gè)體而異，需要用實(shí)驗(yàn)方法確定。但在日常生活狀態(tài)下測(cè)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(diǎn)之間的時(shí)間差也即脈搏波傳

7、播時(shí)間來(lái)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(gè)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文采用的硬件平臺(tái)為深圳愛(ài)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(jì)算二者之間的時(shí)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(hào)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(cè)量（Heart Rate，HR）的功能，可以為本文實(shí)驗(yàn)提供血壓參考值及預(yù)測(cè)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(guò)編程向模塊發(fā)送命令使其由原來(lái)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(shí)驗(yàn)帶來(lái)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(shí)驗(yàn)帶來(lái)方

9、便，降低操作復(fù)雜性。此外，本文采用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)生理數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸以及相關(guān)控制命令的接收。設(shè)計(jì)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(tái)采用Matlab2010，因其具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，所以用它來(lái)實(shí)現(xiàn)PWTT的計(jì)算及后續(xù)數(shù)據(jù)處理及評(píng)估是一種不二的選擇。通過(guò)Matlab2010編寫的圖形用戶界面(Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱GUI，又稱圖形用戶接口)與藍(lán)牙傳輸模塊

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

11、。
　　為驗(yàn)證本文搭建的血壓無(wú)創(chuàng)測(cè)量與連續(xù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)了5組實(shí)驗(yàn)，選取歐姆龍HEM-7051型血壓計(jì)作為對(duì)照組測(cè)量?jī)x器，嚴(yán)格按照血壓測(cè)量原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)一，選取38名受試者作為實(shí)驗(yàn)組，將所有受試者的數(shù)據(jù)聯(lián)立得出一個(gè)擬合式，另選取8名受試者作為驗(yàn)證組，通過(guò)對(duì)比這8名受試者的預(yù)測(cè)血壓與實(shí)測(cè)血壓來(lái)檢測(cè)此擬合式是否對(duì)不同人群血壓監(jiān)測(cè)均有效。結(jié)果表明預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大，由于存在個(gè)體差異性，一個(gè)關(guān)系式很難對(duì)不同人群作出準(zhǔn)

12、確預(yù)測(cè);
　　實(shí)驗(yàn)二，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，考慮個(gè)體差異性及心率對(duì)舒張壓的影響，利用Matlab分析數(shù)據(jù)后得出每個(gè)個(gè)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(xiàng)式，反比例及線性等擬合關(guān)系式，挑選出擬合度較好且簡(jiǎn)潔的擬合式，再次以實(shí)驗(yàn)組受試者個(gè)體為單位進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)及準(zhǔn)確度評(píng)估，結(jié)果表明，本次實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確度相比實(shí)驗(yàn)一有所提高;
　　實(shí)驗(yàn)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(diǎn)之間的時(shí)間間隔、從心電R波波峰到脈搏波波峰的時(shí)間間隔）分別與其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，觀察比較所得擬合式對(duì)血壓的預(yù)測(cè)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(cè)效果較好;
　　實(shí)驗(yàn)四，為了實(shí)現(xiàn)血壓的連續(xù)測(cè)量，需對(duì)血壓預(yù)測(cè)結(jié)果長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，以決定是否需要在適當(dāng)時(shí)間點(diǎn)校正。通過(guò)多時(shí)間段多次預(yù)測(cè)評(píng)估，觀察其是否能實(shí)現(xiàn)血壓的連續(xù)測(cè)量，即確定每個(gè)個(gè)體的最初預(yù)測(cè)式是否能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定預(yù)測(cè)血壓。結(jié)果顯示，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，血

14、壓預(yù)測(cè)較為穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到某時(shí)間點(diǎn)時(shí)，預(yù)測(cè)誤差明顯增大，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，誤差持續(xù)增大。所以，擬合式需要在一定時(shí)間范圍內(nèi)校正;
　　實(shí)驗(yàn)五，對(duì)實(shí)驗(yàn)四得出擬合式進(jìn)行校正，并評(píng)估結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)四的結(jié)果，找出血壓最大變化時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)行校正。采用一點(diǎn)校正法，即在開始預(yù)測(cè)后至少1小時(shí)內(nèi)再次測(cè)量3組袖帶壓、HR與PWTT，通過(guò)本次測(cè)量得到的SBP、DBP、PWTT和HR與之前測(cè)得的最近的兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立擬合得出一個(gè)新的擬合式，再用此擬合式進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果

15、顯示，校正后，測(cè)壓誤差減小。
　　本文重點(diǎn)圍繞基于脈搏波傳播時(shí)間的無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓的測(cè)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用以采集心電及脈搏波信號(hào)，因其本身具備監(jiān)測(cè)心電，脈搏波波形功能，體積小巧，所以便于實(shí)現(xiàn)脈搏波傳播時(shí)間的提取，也彌補(bǔ)了目前市面上連續(xù)無(wú)創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)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(guò)Matlab編程解包波形信號(hào)并控制通信。其次，尋找波形特征點(diǎn)，計(jì)算PWTT。最后，利用實(shí)驗(yàn)平

16、臺(tái)展開系列實(shí)驗(yàn)，并用Matlab分析，處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)分別為血壓與PWTT相關(guān)性初探實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證血壓是否與PWTT存在線性關(guān)系;個(gè)體血壓與PWTT相關(guān)性實(shí)驗(yàn)，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(shí)間的擬合關(guān)系式，使血壓預(yù)測(cè)更為精準(zhǔn);兩種PWTT預(yù)測(cè)血壓對(duì)比試驗(yàn)，在基于PWTT的無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓測(cè)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(shí)間段;另一種是從心電R波波

17、峰到脈搏波上升最快點(diǎn)之間的時(shí)間段，而之前學(xué)者只是單獨(dú)拿一種PWTT做研究，從未將這兩種PWTT對(duì)血壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度做出對(duì)比，為此，本文將其做了研究與對(duì)比，并找出使預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確的PWTT;針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)的連續(xù)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)以及校正實(shí)驗(yàn)，目的是為了從真正意義上實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量的連續(xù)性，結(jié)果收到了較好的反饋。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，本文提出的基于脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間的無(wú)創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)方法能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)個(gè)體血壓，無(wú)論是收縮壓還是舒張壓，本文實(shí)驗(yàn)結(jié)