专利名称：无箍带无侵入地测量腕部血压的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对人体动脉周围产生的脉搏波的利用。更具体地说，本发明 涉及一种使用压力传感器、红外传感器和电极来获取脉搏波信号和心电图(ECG)信号、并将所分析的结果提供为手臂动脉的血压值的方法和装置。
技术背景已有显示表明，随着体育活动的减少并由于某些饮食习惯，与高血压相 关的诸如心脏病和中风的疾病的发生增加。另一方面，防止与高血压相关的 疾病的重要性的原因之一是发生与高血压相关的疾病的群体随年龄增加而迅 速增加。诊断和防止发生与高血压相关的疾病的方法之一是定期测量血压。 通过血液流动、血管弹性、收缩阻力等来确定动脉血压，并且动脉血压是指 示器官中与高血压相关的异常症状的重要标志。高血压可能会损害身体中所 有主要的器官。存在测量血压的两种基本方法，即侵入性(invasive)方法和无侵入性 (non-invasive)方法。当在手术室(OR)或重症监护病房(ICU )中对高危 病人进行治疗时，使用侵入性方法，该方法可以连续监视动脉血压并为分析 动脉血液的气体的需要而提取动脉血液样本。然而，侵入性方法在准备和治 疗中是非常麻烦的，可能由于感染或血管堵塞而导致诸如对组织造成损害的 并发症。此外，由于侵入性方法大多应用于危重病人并且在这样情况中患者 管理需要大量的护理消费，所以存在对与使用侵入性方法相关的并发症的担 忧。因而，在通常情况下，主要采用使用箍带(cuff)来测量血压的无侵入性 方法。然而，无侵入性方法具有以下缺点不能连续地监视血压，并且由于 进行测量的人的主观性而可能产生差别等。而且，在血压降低到小于预定值 的情况下很难测量血压。例如，已报道说，4艮难对儿童和危重病人应用无侵 入性方法，并且对于具有70mmHg舒张血压的病人来说，无侵入性方法的精 确度显著降低。此外，另一个缺点是如果在使用箍带进行血压测量时不将箍带所缠绕的臂围计算在内，则不能获得正确的血压测量。然而，目前，不能利用箍带 并将臂围计算在内来测量血压。此外，由于当使用箍带时必需有施加大约200mmHg的压力的过程，所以该压力可能损害血管或组织。为了补偿这些由 于箍带而导致的缺点，已存在对通过不使用箍带的无侵入性方法来连续测量 血压的失败尝试。然而，还未实现在这样情况下的可靠的血压监视。在题目为"Cuffless Continuous Blood Pressure Monitor，，的美国专利公开 No.6,413,223和题目为 "Continuous Non-invasive Sphygmomanometer，，的美国 专利公开No.6，669,648中公开了提供用于连续无侵入和无箍带式测量血压的 装置的尝试。然而，这样的测量位置限于手指，或在腕部周围的位置测量血 压，而腕部周围是难以固定的。此外，由于诸如上述专利中公开的装置需要 用于驱动光源来连续测量血压的额外装置，所以这样的装置不能解决下面的 问题即为了进行精确测量而向人体应用这样的装置是不方便并且困难的。由于血压的测量提供了重要的诊断信息，并且在对许多疾病的病人的治 疗中是重要因素，所以开发一种无需箍带的在腕部简单并连续地测量血压的 技术是本领域长期需要的。存在许多必须克服的障碍，诸如对固定到人体的 传感器的部署、建立使用脉搏波的波形来计算血压值的正确算法、这样装置 的容易固定和分离、以及便携性等。发明内容做出本发明来部分地解决至少某些上述问题和/或上述缺点，并提供至少 下面所述的优点。因此，本发明的一方面是提供一种装置，用于提供并存储 无侵入性的连续的血压值，以便通过建立用于获取在人体的特定动脉区域产 生的脉搏波的波形的算法来提供连续的血压测量。在示范性实施例中的本发 明可以包括来自红外传感器的输出、心电图信号以及对使用压力传感器、红 外传感器和电极检测的脉搏波进行处理。此外，本发明的上述示范性方面包括脉搏波传感系统的应用，用于显著 改进与不使用箍带的传统血压测量装置相关的错误测量。此外，在本发明中， 通过采用考虑了其使用环境的各种条件的精确波形检测方法，可以增加可靠 性。具体地，本发明通过采用用于计算正确血压值的算法而可以提供增加的 可靠性。此外，本发明通过将脉搏波传感系统方便地放在腕部上而允许在任 何时间进行自我健康管理，并且可以在医院中无需打扰病人即可执行连续的血压监视。根据本发明的示范性实施例，根据本发明的无箍带无侵入的连续血压测 量装置(其改进了上述问题)包括信号检测器、脉搏波信号分析器、脉搏波 信号显示单元、接口单元以及电源单元。所述信号检测器包括传感器单元， 用于将从腕部动脉区域检测的红外传感器输出信号、脉搏波信号以及心电图 (ECG)信号中的多于一个的信号转换成模拟信号，并输出该模拟信号。所 述脉搏波信号分析器将脉搏波信号(该脉搏波信号是被信号检测器处理过的 模拟信号)转换成数字信号，而所述脉搏波信号显示单元根据数字化的脉搏 波信号来显示手臂动脉的连续血压值。所述接口单元负责与外部设备的数据 通信，而电源单元向测量装置提供电力。根据本发明的另 一示范性方面，提供了 一种与通信设备结合在人的腕部处无箍带无侵入地测量血压的方法，该方法包括检测在从用户腕部检测到 的多于一个的脉搏波之间的幅度差；检测从用户检测到的心电图(ECG)和 脉搏波信号的特征点；使用所检测的特征点提取用于计算最高血压和最低血 压所需的变量；以及通过使用所提取的变量导出散点图来计算最高血压和最 低血压。根据本发明的另一示范性方面，提供了一种用于与通信设备结合在人的 腕部处无箍带无侵入地测量血压的装置，该装置包括传感器单元，用于从 用户测量必要的心电图(ECG)和脉搏波信号；控制器，用于控制所测量的 信号；以及显示单元，用于向用户显示所控制的信号。
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它示范性目的、 特征及优点将变得更加明显，其中测量血压的装置的透视图；图2A和图2B分别是根据本发明的示范性实施例的在图1中所示的装置 的传感器单元的前视图和侧视图；图2C和图2D分别是根据本发明的另一示范性实施例的在图1中所示的 装置的包括光学传感器的传感器单元的前视图和侧视图；图2E是根据本发明的示范性实施例的在图1中所示的装置的带在用户腕部上的传感器单元的侧视图；测量血压的装置的侧视图；图4是根据本发明的示范性实施例的血压测量装置的概念图；图5A、图5B和图5C分别是根据本发明的示范性实施例的、用于处理来自压力传感器、红外传感器和心电图(ECG)传感器的信号的模拟信号处理单元的电路图；图6是根据本发明的示范性实施例的包括输入单元、状态显示单元和显示单元的控制器的电路图；图7是根据本发明的示范性实施例的血压测量方法的流程图；图8A是根据本发明的示范性实施例的血压测量方法的流程图；图8B是根据本发明的示范性实施例的、使用检测径向动脉血压值的设备通过临床实例而获得的ECG信号和四个脉搏波形的图；以及图9A、图9B和图9C是根据本发明的示范性实施例的、使用计算算法和从临床实例获得的实际值计算的最低血压值、最高血压值和脉搏压力值的散点图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选示范性实施例。本领域技术人员应当 明白，提供下面所描述的诸如关于某些特定组件的细节的特定因素仅用于帮 助本领域普通技术人员大致理解本发明，而本发明不限于这里所示出和描述 的示例。在不背离本发明的精神和所附权利要求书的范围的情况下，可以对 其做出各种形式和细节上的改变。下面，将参考附图详细描述根据本发明的 示范性实施例的无侵入连续血压测量装置和由该装置执行的无侵入连续血压 测量方法的配置和操作。应当理解，术语"腕部血压"是指在腕部区域进行的测量。还应当理解， 前臂也被认为是在这样的区域内。图1是根据本发明的示范性实施例的用于无箍带无侵入地(cufflessly and noninvasively)测量腕部血压的装置的透视图。参考图1，参考数字100表 示根据本发明的示范性实施例的便携式连续血压测量装置300的全部配置。 该无侵入连续血压测量装置300适于放置在用户的腕部区域，并且通常经由测量按钮101来驱动该装置300。由状态显示发光二极管(LED) 107来显 示正常或异常4喿作状态。通过装置300的显示单元109来显示使用装置300 测量的连续血压。使用装置300测量的信号是脉搏波信号、通过其入射和反 射来测量光强的红外信号以及ECG信号，并且为了测量ECG， ECG测量单 元201经由放置在其上的手指来测量用户的ECG。此外，为了检测脉搏波，使用装置300的腕套113来调整压力和位置。可以经由通信端150向蜂窝电话或其它通信设备发送使用该装置300测量的连续血压。为了使用便携式连续血压测量装置300测量连续的血压，通过按下测量 按钮101将装置300切换成测量模式，在该示例中，将所述测量按钮101布 置在装置300的右上侧。通常将传感器单元(图2中所示的200)放置在腕 部350w的径向动脉区域(图3中所示的350a)附近，并且适合于使用装置 300的腕套113将装置300布置在用户的腕部350w的区域周围或该区域中。 通过固定的装置300的状态显示LED 107来确定是否正在稳定地检测脉搏波 信号，并且为了测量稳定的脉搏波信号，通过调整施加到传感器单元(图2 中所示的200)的压力来测量稳定的脉搏波。通过将另一只手(无装置300 的手)的手指与装置300的ECG传感器201接触来测量ECG信号。将所测 量的脉搏波和ECG信号存储在包括在装置300的控制器(图4的450)中的 随机存取存储器(RAM)(图4的455 )中。在所存储的数据被随后要描述的 图7中所示的处理进行了计算处理之后，在显示单元109上显示连续的血压 值。图2示出了根据本发明的示范性实施例的连续血压测量装置的传感器单 元200的两种示范类型。图2A和图2B分别示出了根据本发明的示范性实施 例的在图1中所示的装置300的传感器单元200的前视图和侧视图，其中该 传感器单元包括压力传感器和ECG传感器，而图2C和图2D分别示出了根 据本发明的另一示范性实施例的在图1中所示的装置的、包括光学传感器的 传感器单元200的前视图和侧视图，其中所述传感器单元包括压力传感器、 ECG传感器和光学传感器。现在参考图2A和图2B，传感器单元200通常包括多于一个的压力传感 器203、放置压力传感器203的印刷电路板(PCB) 210、通常环绕在传感器 203和PCB 210周围的凝胶型环氧树脂处理单元220以及用凝胶填充的部分 230。本发明中所使用的每个压力传感器203将压力信号转换成电信号，并且通过将其放在径向动脉上而测量流过血管的血液的压力，该血压影响血管。将多于一个的压力传感器203布置在PCB 210上，并且为了防止被传感器单 元200的管道中的压力传感器203施加压力的部分的凝胶漏出并改变传感器 单元200的管道中的凝胶230的整体密度，通过环氧树脂处理单元220来处 理传感器单元200与用户的腕部350w接触的部分的凝胶230。由于凝胶230 被用作用于发送脉搏波信号的发送器，所以发送到每个压力传感器203的脉 搏波信号根据凝胶230的密度和结构而变化。发送到每个压力传感器203的脉搏波信号根据在用户的径向动脉区域 (图3的350a)和传感器单元200之间获得的角度和压力而变化，并且从多 于一个的压力传感器203中输出的每个脉搏波信号的幅度根据施加到腕部 350w上的压力的量而变化。从该多于一个的压力传感器中输出的该变化用于 将所检测的脉搏波的幅度校正为绝对压力，通过计算算法来处理该绝对压力， 并且将所计算的信号用于连续血压分析。这样，根据本发明的示范性方面，优选的是，用于选择动脉的正确位置 及提取清晰的脉搏波信号的传感器单元200通常包括至少一个压力传感器 203，并且这样的压力传感器203输出由安装在腕套中的电极检测到的ECG 信号，并且可以将脉搏波信号用于准确且高重复性的连续血压分析。现在参考与本发明的另一示范性实施例相对应的图2C和图2D，传感器 单元200包括ECG传感器201、多个红外传感器202、多个压力传感器203、 用于固定压力传感器203的PCB 210、环绕在红外传感器202周围的凝胶型 环氧树脂处理单元220。仍然参考图2C和图2D，根据本发明的传感器单元200的该示范性实施 例，ECG传感器201检测指示心脏的电活性的ECG信号，并且向模数处理 单元(图4中所示的411 )发送该ECG信号。在图2A和图2B的示范性实施 例的情况下，由于通常使用包括位于装置300的外部的电极(图1的201 ) 的三个ECG传感器，所以在带状(strap)区域中通常使用两个额外的电极。 在图2C和图2D的示范性实施例的情况下，使用传感器单元200中的两个电 极和位于装置300的外部的电极(图1的201 )来获取ECG信号。红外传感器202通常包括光电二极管和LED，由LED发射的光通过用户 腕部350w周围的皮肤、皮下脂肪、肌肉和径向动脉被多倍(multiply )扩散， 并被光电二极管接收，因而生成模拟输出信号。根据本发明的示范性实施例 的传感器单元200的红外传感器202通常位于压力传感器203组的周围，并且通过控制器(图4中所示的450)的计算程序来处理每个红外传感器202 的输出信号，从而形成矢量分量。图2E是根据本发明的示范性实施例的、在图1中所示的装置300的传感 器单元被放置在用户腕部上的侧视图。图3是根据本发明的示范性实施例的用于无箍带无侵入地测量腕部血压 的装置的侧视图。图3示出了连续血压测量装置的示范性配置，并且包括图 1中所示的配置。现在将描述该装置的配置。将无侵入连续血压测量装置300 环绕用户的腕部区域350w周围放置，并使用测量按钮IOI来操作它，通过 状态显示LED 107来显示正常或异常操作状态。通过装置300的显示单元109 来显示使用装置300而测量的连续血压。使用装置300测量的信号是脉搏波 信号、通过其入射和反射来测量光强的红外信号以及ECG信号，并且为了测 量ECG，用户350通常将手指放在ECG传感器单元201上。此外，为了检测正常的脉搏波，使用腕套113来调整施加到经过用户的 腕部350w的桡骨305b的动脉区域350a上的传感器单元200的压力和位置。 为了与外部设备(图4中所示的470)通信，可以经由通信设备的端子150 来发送使用装置300测量的连续血压。图4是4艮据本发明的示范性实施例的血压测量装置的概念图。参考图4，使用ECG传感器、用于测量正确的脉搏波信号的至少一个红 外传感器202以及至少一个压力传感器203从与用户对应的操作对象350测 量脉搏波信号。由与SC1 411对应的模拟信号处理单元对使用ECG传感器201 测量的ECG信号进行滤波和放大。然后将经模拟信号处理的ECG信号输入 到控制器450的模/数(A/D)转换器451的模拟输入端中，将其转换成数字 信号，并存储在RAM 455中。由与SC2 413对应的模拟信号处理单元对使用至少一个红外传感器202 测量的每个红外传感器信号进行滤波和放大。然后将该经模拟信号处理的红 外传感器信号输入到控制器450的A/D转换器451的模拟输入端中，将其转 换成数字信号，通过数字信号处理器(DSP) 453使用存储在只读存储器 (ROM) 457中的位置和深度分析程序对其进行数字信号处理，并显示在显 示单元109上。使用该红外传感器信号来补偿根据用户变化的各个条件，诸如所测量的 位置和动脉深度。由与SC3 415对应的模拟信号处理单元对使用多个压力传 感器203测量的脉搏波信号进行滤波和放大，将该信号输入到A/D转换器451的模拟输入端中，显示在显示单元109上，并将其存储在RAM 455中。存储 在RAM 455中的ECG信号和脉搏波信号是由DSP 453使用存储在ROM 457 中的连续血压分析程序处理过的数字信号，并且将分析结果显示在显示单元 109上，并存储在闪存459中。可以通过使用诸如外部通信端的接口端150 来向诸如个人计算机(PC )或个人数字助理(PDA )或服务器的外部设备470 发送所存储的连续血压结果值。使用外部输入103和105来控制控制器450。图5A、图5B和图5C分别是根据本发明的示范性实施例的用于处理由 在连续血压测量装置300中使用的压力传感器203、红外传感器202和ECG 传感器201测量的模拟信号的电路图。图5A是根据本发明的示范性实施例的用于处理来自压力传感器的模拟 信号的单元的电路图，示出了负责对由连续血压和动脉弹性测量装置300的压力传感器203测量的脉搏波信号进行模拟信号处理的电路。现在参考图5A,将压力传感器(图4的203 )从用户的腕部350w测量 的具有两个极性的脉搏波信号输入到模拟信号处理单元(图4的415)的输 入端。当将所输入的+信号和-信号输入到差分放大器21时，与相同相位对应 的噪声分量被抵消，而仅放大两个信号之间的差，通过输入电阻器R6或R9 (R6=R9)与反馈电阻器R4或R14 (R4=R14)的比率来调节该差分放大器 21的放大率。使用高通滤波器(HPF ) 23和4阶低通滤波器(LPF ) 25从最 初放大的信号中除去对分析连续血压和动脉弹性不必要的信号，所述高通滤 波器的截止频率是O.lHz，用于截止低于O.lHz的低频噪声，所述4阶低通滤 波器的截止频率是10Hz,用于截止高于10Hz的高频噪声。反向放大电路27 将去除噪声的信号二次放大为不高于所提供的电压，并将其输入到控制器(图 4的450 )的A/D转换器(图4的451 )的模拟输入端，以转换成数字信号。 图5B是根据本发明的示范性实施例的用于处理来自红外传感器的模拟 信号的单元的电路图，示出了负责对连续血压测量装置300的红外传感器(图 4的202)测量的红外传感器信号进行模拟信号处理的电路。参考图5B,使用HPF 33和4阶LPF 35将对分析动脉位置信息不必要的 信号从由红外传感器(图4的202 )从用户的腕部350w测量的红外传感器信 号(即光电晶体管的射极输出信号)中除去，所述HPF33的截止频率是0.1Hz， 用于截止低于O.lHz的低频噪声，所述4阶LPF 35的截止频率是lOHz，用 于截止高于10Hz的高频噪声。反向放大电路37将去除噪声的信号二次放大 为不高于所提供的电压，并将其输入到控制器(图4的450 )的A/D转换器(图4的451 )的模拟输入端，以转换成数字信号。图5C是根据本发明的另一示范性实施例的用于处理来自ECG传感器的 模拟信号的单元的电路图，示出了负责对连续血压测量装置300的ECG传感 器(图4的201 )测量的ECG信号进行模拟信号处理的电路。参考图5C， ECG信号是通过将三个电极(即ECG传感器)(图4的201) 测量的心脏活性电势转换成电压而示出的信号，并且如果共模抑制比 (CMRR)(其指示通过人体输入的共模噪声的比率)增加，则使用差分放大 器41来去除共模噪声，而只放大+电极和-电极之间的电势差。使用HPF43、 4阶LPF 45和陷波滤波器47从最初放大的信号中去除对分析连续血压不必 要的信号，所述HPF 43的截止频率是lHz，用于截止低于1Hz的低频噪声， 所述4阶LPF45的截止频率是30Hz，用于截止高于30Hz的高频噪声，所述 陷波滤波器47用于去除由于通过电极输入的通用频率(50/60Hz)导致的噪 声。反向放大电路49将去除噪声的信号二次放大为不高于所提供的电压，并 将其输入到控制器(图4的450)的A/D转换器(图4的451 )的模拟输入 端，以转换成数字信号。图6是根据本发明的另一示范性实施例的连续血压测量装置300中的、 包括输入单元、状态显示单元107和显示单元111的控制器450的电路图。参考图6，根据本发明的当前示范性实施例的连续血压测量装置300中 的控制器450 (图4中所示)包括装置300的显示单元109;用于进行装置 300中的测量的测量按钮101;用于外部输入的测量按钮103和105;显示装 置300的操作状态的状态显示LED 107;以及用于与诸如PC或PDA的外部 设备470接口的通信端150。将经模拟信号处理的脉搏波信号、红外传感器信号以及ECG信号输入到 A/D转换器(图4中所示的451 )的模拟输入端，并将它们转换成数字信号。 通过对所转换的数字信号执行信号处理，在显示单元109上显示该脉搏波信 号，并将其存储在控制器450 (图4中所示)的RAM 455中。使用存储在控 制器450的ROM (图4中的457)中的连续血压分析程序从所存储的数字信 号中导出出连续血压值，并在显示单元109上显示该连续血压值。将所计算的结果数据存储在控制器450的闪存459中，并且可以经由通 信端150向诸如蜂窝电话的外部设备470发送该所计算的结果数据。控制器 450以8位为基础计算数据，其具有16信道模拟输入端，使用多路器(MUX) 71选择存在输入的信号，并且经由输出电路输出所选择的信号。所配置的A/D转换器451具有10位分辨率，并且由于控制器450包括外部通信端150 (图1中所示)，所以控制器450无需额外的通信接口即可以与诸如PC或PDA 的外部设备470接口 。控制器450也可以使用ROM (图4的457 )来存储该 计算程序。此外，尽管控制器450本身可以处理输入数据，但是为了扩展数据存储 存储器并连接显示液晶显示器(LCD)，存储器映射是必要的。为了执行存储 器映射，优选地使用地址和数据总线。然而，由于AVR使用地址(16位)/ 数据(8位)方法并且使用相同引脚作为较低位地址数据，所以使用锁存器 73来划分数据和地址。数据存储存储器和LCD是彼此映射的存储器，并且 为了生成芯片选择信号，使用解码器75将数字信号转换成模拟信号。控制器450通过使用存储在ROM 457中的计算程序混合多于一个的红外 传感器信号而形成矢量分量，使用所形成的矢量分量来搜索动脉的正确位置 和深度信息，并且可以通过比较和分析所测量的脉搏波信号和ECG信号来显 示连续血压分析结果。图7是示出根据本发明的示范性实施例的在连续血压测量装置300中的 血压测量方法的示范性步骤的流程图。参考图7,当在步骤F1中开始该使用连续血压测量装置300来测量用户 腕部350w的脉搏波信号时，在步骤F3向控制器(图4中所示的450 )的外 部输入(图4中所示的103和105 )输入由于测量按4丑(图1的101 )产生的 信号。通过在步骤F5中使用至少一个红外传感器(图4中所示的202)获取 动脉的位置和深度信息、使用压力传感器(图4中所示的203 )测量脉搏波 信号以及使用ECG传感器(图4中所示的201 )测量ECG信号，在步骤F7 中，模拟信号处理器对ECG信号、红外传感器信号和脉搏波信号执行处理。 在步骤F9中，向控制器(图4中所示的450 )的A/D转换器(图4中所示的 451)的模拟输入端输入经模拟信号处理的ECG信号、红外传感器信号和脉 搏波信号中的每一个，并且将它们转换成数字信号。仍然参考图7,向被转 换成数字信号的径向脉搏波信号应用数字LPF，并且在步骤Fll中去除其走 向(trend)之后，在步骤F12中显示该径向脉搏波信号。在步骤F13中，通 过使用来自红外传感器信号的位置和深度信息以及随后要描述的ECG信号 的R峰值时间，根据经信号处理的径向脉搏波信号来计算不失真的径向动脉 压力值，^^而补偿由于压力差导致的变化，在步骤F15中，从所补偿的径向 脉搏波信号中检测特征点，并且在步骤F17中基于该特征点应用用于计算手臂血压值的算法。在步骤F16中根据脉搏波的特征点的检测计算每分钟的脉搏速率，在步骤F19中显示所计算的脉搏速率，并且在步骤F21中显示基于 所述算法计算的收缩血压值和舒张血压值。将参考图8A来描述算法计算过 程。图8A是根据本发明的示范性实施例的连续血压测量算法的计算过程的 流程图。参考图8A，当在步骤D1检测到每个特征点时，使用ECG信号根据表示 心脏的电活性的一个周期的P-QRS-T波形来检测R峰值。该R峰值表示心脏 的左心室的去极化(de-polarization)时间。根据各个脉搏波信号检测开始点、 最高点和陷波点。使用红外的脉搏波信号用于补偿最高点的检测。仍然参考图8A，在步骤D3中，使用利用特征点计算的变量来计算与通 过在实际侵入性方法中使用导管的临床实例检测的实际血压值关联的线性回 归表达式，在步骤D7和D9中，根据线性回归表达式来计算最高血压值和最 低血压值。当最终计算出最高血压值和最低血压值时，结束该使用算法的计 算过程，然后在步骤Dll中显示该最高血压值和最低血压值。图8B是根据本发明的示范性实施例的通过临床实例使用用于检测径向 动脉血压值的设备获取的ECG信号El和四个脉搏波形E2至E5的图。在图 8B中所示的图中，示出了通过使用图7中所描述的血压计算算法检测的特征 点。参考图8B，根据来自ECG信号E1的指示心脏的电活性的一个周期的 P-QRS-T波形来检测R峰值。R峰值Gl表示心脏的左心室的去极化时间。 根据各个脉搏波信号E2至E5检测开始点G2、最高点G4和陷波点G3 。当向这些特征点应用图8中所描述的算法时，通过计算从R峰值Gl到 脉搏波开始点G2的时间、从R峰值G1到脉搏波最高点G4的时间、从脉搏 波最高点G4到脉搏波陷波点G3的时间、从脉搏波开始点G2到脉搏波陷波 点G3的面积，并且通过将与实际血压值的关系表现为线性回归表达式来计 算最高血压值和最低血压值。图9A、图9B和图9C是根据本发明的示范性实施例的、使用计算算法 和从临床实例获取的实际值计算的最低血压值、最高血压值和脉搏压力值的 散点图。通过向使用导管的侵入性检测得到的最高血压值和最低血压值以及 为了临床验证由连续血压测量装置检测的ECG信号El和脉搏波形E2至E5 应用根据本发明的示范性实施例的算法，从而导出所示出的代表性变量的散点图。图9A示出了从R峰值G1 (其是示出与所提取的变量中的最高血压值的 高度相关性的变量)到脉搏波最高点G4的时间值的散点图和线性回归线， 图9B示出了从脉搏波最高点G4 (其是示出与所提取的变量中的最低血压值 的高度相关性的变量)到脉搏波陷波点G3的时间值的散点图和线性回归线， 图9C示出了所补偿的脉搏压力值(其用于通过使用脉搏波信号E2至E5中 的至少一个之间的幅度差设置施加到腕部区域的压力标准来补偿绝对压力 值)的绝对值与从脉搏波开始点G2到脉搏波陷波点G3的面积值的散点图和 线性回归线。具体而言，当归纳上述算法时，ECG信号的R峰值和脉搏波的最高点之 间的时间差与最高血压高度地相关，而从脉搏波的最高点到陷波点的时间与 最低血压高度地相关。由于通过时间来表达这些值，所以这些值不涉及所测 量的压力。此外，连接脉搏波的开始点与陷波点的直线以及在脉搏波的波形 和连接脉搏波的开始点与陷波点的直线之间的面积与脉搏压力高度地相关， 所述脉搏压力表示最高血压和最低血压之间的差。根据临床实例推导出三个 相关性表达式，并且可以从该三个相关性表达式中的两个或它们的任意组合 中获得最高血压、最低血压和平均血压。如上所述，根据本发明，使用利用特征点计算的变量(图8A的步骤D3 ) 和使用绝对血压补偿的脉搏压力(图8A的步骤D5)得到了与通过临床实例 检测的实际血压值关联的线性回归表达式，并最终计算出了的最高血压(图 8A的步骤D7 )和最低血压(图8A的步骤D9 ),然后结東使用该算法的计算 过程，并且显示最高血压值和最低血压值(图8A的步骤Dll )。此外，可以 定期地或当值超过预定阈值时向诸如护士站、网络、健康监视系统等的外部 设备发送最高和最低血压值。所述阈值可以高于或低于预设范围。如上所述，根据本发明，可以将无侵入连续血压测量装置(其可以容易 地用于人体并且具有便携性)及其方法应用于系统的开发，其用于显著改进 不使用箍带的传统血压测量装置的准确度，并且其考虑了各种测量条件而显 示准确血压的定量值。因此，对于与疾病相关的心脏/血液早期诊断，可以毫 无问题地使用该装置和方法。此外，当用户到医院时，通过将在日常生活中定期存储的血压值交付给 医生，可以有助于诊断和开取药方，并且，通过基于一天中的血压变化趋势提出有计划的健康保健指导，可以降低药物的过渡滥用。因此，在康乐社会 中，该装置可能是必不可少的健康护理设备。尽管已参考本发明的某些优选 示范性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当明白，在不背 离本发明的精神和所附权利要求书的范围的情况下，可以对其做出各种形式 上和细节上的改变。
权利要求
1.一种与通信设备结合来无箍带无侵入地测量腕部血压的方法，该方法包括(a)使用心电图ECG传感器和压力传感器从用户的腕部区域检测ECG和脉搏波信号；(b)根据从用户检测的所述ECG和脉搏波信号来检测特征点；(c)通过将在步骤(b)中检测的特征点应用于血压计算算法而提取用于计算最高血压和最低血压的变量；以及(d)通过使用所提取的变量导出散点图来计算该用户的最高血压和最低血压。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)中的所述检测ECG和 脉搏波信号包括(i) 使用所测量的多于一个的脉搏波信号的幅度差来设置向腕部施加的 压力的标准；以及(ii) 补偿用户环境以及根据传感器施加的压力差的标准值改变，所述用 户环境包括使用红外传感器测量的位置和动脉的深度中的至少一个。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)中的所述根据从用户 检测的ECG和脉搏波信号检测特征点包括(i) 从所测量的ECG信号中检测指示心脏的电活性的一个周期的 P-QRS-T波形中的R峰值；以及(ii) 检测开始点、最高点和陷波点。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于计算最高血压和最低血 压的变量包括从所检测的ECG信号的R峰值到脉搏波开始点的时间值、从 R峰值到脉搏波最高点的时间值、从脉搏波开始点到脉搏波最高点的时间值、 从脉搏波最高点到脉搏波陷波点的时间值和从脉搏波开始点到脉搏波陷波点 的面积值，并且
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算最高血压和最低血压包括通过使用所提取的变量作为独立变量来导出线性回归表达式；以及根据所导出的线性回归表达式计算该用户的所述最高血压和最低血压。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，将所述ECG传感器和压力传感 器集成在传感器单元中，用于不用箍带地测量腕部区域的血压。
7. 根据权利要求1所述的方法，还包括(e)向外部设备发送所计算的 最高和最低血压值。
8. 根据权利要求5所述的方法，还包括(e)向外部设备发送所计算的 最高和最^氐血压值。
9. 根据权利要求5所述的方法，还包括(e)将来自步骤(d)的最高 和最低血压值存储在存储器中。
10. 根据权利要求5所述的方法，还包括(e)显示在步骤(d)计算的 最高和最4氐血压值。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中，当所述最高和最低血压值超过 预定阈值时，发送所述最高和最低血压值。
12. —种用于与通信设备结合而无箍带无侵入地测量腕部血压的装置， 该装置包括传感器单元，用于从用户测量心电图ECG信号和脉搏波信号，其中所述 传感器单元不包括箍带；控制器，用于控制由所述传感器单元测量的ECG和脉搏波信号；以及 显示单元，用于显示所控制的信号。
13. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述传感器单元包括 ECG传感器，用于测量ECG信号；压力传感器，用于测量脉搏波信号；以及红外传感器，用于测量红外信号，该红外信号提供在用户腕部区域的位 置和动脉的深度的至少一个，并且
14. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器包括模数A/D转换器，用于将每个传感器测量的模拟信号转换成各自的数字 信号；随机存取存储器RAM,用于存储来自数字信号中的ECG信号；只读存储器ROM,用于存储红外信号和脉搏波信号；数字信号处理器，用于通过将连续血压分析程序连续测量的信号添加到一起而执行数字信号处理；以及闪存，用于存储由所述数字信号处理器处理的信号。
15. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述显示单元包括 外部输入，用于向控制器提供命令；外部设备，用于使用接口端与一个或多个通信设备通信；以及 状态显示发光二极管LED,用于显示所测量的值。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中，所述接口设备包括外部通信端， 并且当所述传感器单元感应预定范围外的值时所述控制器与该外部设备通
全文摘要
一种依赖于正在测量的信息、与通信设备结合而无箍带无侵入地测量病人的腕部区域的血压的方法。该方法包括以下步骤检测在从用户腕部检测的多个脉搏波信号之间的幅度差；根据从用户检测的心电图ECG和脉搏波信号检测特征点；使用所检测的特征点提取用于计算最高血压和最低血压必需的变量；以及通过使用所提取的变量导出散点图来计算用户的最高血压和最低血压。
文档编号A61B5/021GK101264011SQ20081008377
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者任在重, 赵在桀, 郑善太 申请人:三星电子株式会社