沙志炳+谭婧+王小雪
摘 要：电子血压计是一种常见的电子仪器，主要是由气压传感器、信号处理电路、主控MCU组成。由于通道电路与MCU算法的性能直接影响了电子血压计的准确性与重复性，所以文章主要针对信号处理电路与算法做了一定的研究，目的是提高电子血压计的准确性与重复性。
关键词：电子血压计 信号通道电路 算法
中图分类号：TH776 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0089-02
電子血压计是利用现代电子技术与血压间接测量原理进行血压测量的医疗设备。其技术经历了最原始的第一代电子血压计G1-NIBPM（机械式定速排气阀）、第二代电子血压计G2-NIBPM（电子伺服阀）、第三代电子血压计G3-NIBPM（加压同步测量）及第四代G4-NIBPM（集成气路）的发展。血压间接测量法中，分为听诊法（Auscultatory method）和示波法（Oscillometric method）。以听诊法原理制成的电子血压计，虽然实现了自动检测，但仍未彻底解决其固有缺点，即误差大、重复性差、易受噪音干扰。绝大多数血压监护仪和自动电子血压计采用了示波法间接测量血压。示波法测血压通过建立收缩压、舒张压、平均压与袖套压力震荡波的关系来判别血压。因为脉压震荡波与血压有较为稳定的相关性，因此实际家庭自测血压的应用中，利用示波原理测量的血压结果比听诊法较为准确。而且示波法测血压时袖套内无拾音器件，操作简单，抗外界噪声干扰能力强，还可同时测得平均压。基于通道电路与MCU算法的性能直接影响了示波法测血压的电子血压计的准确性与重复性，所以本文主要针对信号处理电路与算法做了一定的研究来提高电子血压计的准确性与重复性。
1 对于信号处理的提出与探讨
对于任何一个电子产品，首先应当考虑的是怎么把需要测量的信号转化为电信号。所以首先需要使用气压传感器把袖带中的压力信号转化为电信号。对于得到的电信号而言，是袖带中的气压信号和人们的脉搏跳动信号所合成的。同时它是一个模拟电信号，对于MCU而言模拟电信号并不能直接进行处理，而是需要将其转换为数字电信号。所以，需要将从气压传感器得到的电信号进行处理，从而分离出所需要的单独的袖带气压信号和脉动跳动的信号，通过模数转换器将模拟电信号转换为数字电信号。所以，就可得到图1信号处理框图。
气压传感器将气压信号转换为电信号。由于气压传感器是电阻桥式传感器。所以从气压传感器得到的信号是一个差分信号，再使用一个仪用放大器对从气压传感器得到的差分信号进行处理。通过仪用放大器处理后，接下来需要将袖带的气压信号与脉搏信号单独分离出来。
首先，看图1中的下半部分，也就是交流通路。由于脉搏信号的频率范围使0.6～6.4Hz，所以要做一个带通滤波器。先放置一个低通滤波器将低于0.6Hz的信号滤除，再放置一个高通滤波器将高于6.4Hz的信号滤除。由于通过带通滤波器后，得到的脉搏信号的强度非常小，因此要将它进行放大处理。在带通滤波器之后加了一个放大器，然后通过stm32内置的12位模数转换器将模拟电信号转换为数字电信号。
其次，再来看看图1中的上部分，它是信号的直流处理部分。放置一个低通滤波器将高于0.6Hz的脉搏信号滤除，使用一个放大器对直流信号进行放大，通过stm32内置的模数转换器将模拟电信号转换为数字电信号。
在进行放大的过程中注意不应该将信号放大得过大，也不应该将信号放大得过小。避免在进行数模转换的信号的大小不应该在模数转换器的最大值和最小值的附近，而应当接近中间范围。因为模数转换器在器最大转换值和最小转换值附近的转换精度并不高，所以要取接近中间范围的测量值进行计算。
2 算法处理的进一步改良
在对信号的处理过后，接下来需要做的就是从中找出高压与低压的压力值。这部分就需要在stm32中进行计算处理。原理是根据医生给病人测血压的过程中，医生所听的一个跳变值就是我们所找到的脉搏信号中表现的压力值。对于收缩压来说，脉搏信号的幅值有一个突然的幅值增大并逐渐增大到幅值的最大值，突然增大的脉搏信号的幅值对应的袖带压力就是收缩压；对于舒张压来说当脉搏的幅值从最大值逐渐减小的过程中，会有一个突然大幅度的减小，然后脉搏信号的幅值再逐渐减小，突然减小的脉搏信号的幅值对应的袖带压力就是舒张压。
我们得到的信号中脉搏信号和袖带压力波形如图2所示。其中Um为在缓慢放弃过程中我们得到的脉搏信号的最大幅值。在传统的经验算法中，收缩压的大小是幅值为Um*Ks对应的袖带压力，舒张压的大小是幅值为Um*Kd对应的袖带压力。一般取Ks=0.54和Kd=0.72来计算。这两个Ks的值和Kd的值是由大数据计算得出的，而每个人又有不同的差异，所以单纯由Kd与Ks得到舒张压与收缩压有的时候出现误差。因此在实际制作的过程中我们对整个算法进行了简单的优化。
在进行算法处理的过程中我们针对这两种方法都单独进行了实验。在单纯使用大数据计算的方法时，由于对每个人来说收缩压和舒张压对应的Ks和Kd并不是完全一样的，对于同一个人来说有时Ks与Kd的值也会有些许变化，所以对于整个系统计算得出的收缩压和舒张压有着一定的误差，在实际测量过程中重复性并不是很好。在单独使用寻找跳变值的方法中我们发现了一个主要的误差问题，在实际的测量中发现在突然增大或突然减小时对于有些人来说，在跳变时，会有两个跳变点，所以就无法分辨出哪个跳变点是真正所需要的跳变点，所以就造成了一定的误差。
实际的算法中我们融合了大数据的方法和跳变值的方法。在寻找跳变值时，我们会把跳变值与由大数据计算得出的脉搏信号幅值进行比较，其目的是找出最接近由大数据方法计算出的脉搏信号幅值的跳变值，从而得到对应的袖带压力值，最后得到收缩压和舒张压。
参考文献
[1]栾桂冬，张金铎，金欢阳.传感器及其应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[2]谭浩强.C语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005.endprint
