指套式血压测量.doc

指套式血压测量方法
J. Y. Lee, E. Y. Choi, H. J. Jeong, K. H. Kim, and J. C. Park
摘要
许多医学研究组织都研究过通过手指动脉来测量人体血压,因为这一方法很方便。但是由于这一测量方法的测量精度比较低,使得很多高血压病人都不能使用指套式血压测量仪。本文提出了通过手指动脉来测量心脏的收缩压和舒张压新的算法,形成了一套标准来减小因为手指环境而带来的血压测量误差。将这一方法应用到90个正常健康人体（年龄为20~49，55位男性，35位女性），通过AAMISP10标准来测试这一方法的可行性,实验得到这一血压测量系统测得的收缩压误差为4.7mmHg,舒张压的误差为4.2mmHg。证明这一方法测量方法的可行性在临床上是可以接受的（在5mmHg的误差范围内）。
1绪论
血压是人体最重要的生命信号参数之一，而且通常在家中就可以完成测量。一般所说的血压是在人体上臂测得的，因为这一部位与人的心脏高度一致。但是对于一个病人来说通过测量人的手指动脉来测量血压要更加方便，因为这样就不需要病人脱掉衣服，并且不用压迫到病人的手臂。
尽管指套式血压测量有上述优点，此方法最大的缺点在于其精确低。为了克服这一问题，本文提出了新的检测收缩压和舒张压方法。同时，文章中也形成了一套标准方法来减小因为每个人手指所处的环境不同而引起的测量误差。最后，根据本文的研究成果发明了基于这一方法的指套式血压测量仪，并且通过临床测试来评价这一新的测量系统。
2方法
2.1收缩压
大多数血压自动测量仪都采用示波法来测量人体血压。这种方法首先检测指套袖带内压力( 如图1压力曲线)上升至超过收缩压时振荡波的最大值（如图1 Amax）,并把此峰值作为动脉平均压。然后通过这一峰值应用特征系数法检测收缩压所对应的时间点，此特征系数是将振荡波的幅度除以峰值归一化计算出来的（如图1中的Asys ，Amax）。

图1 振荡波与袖带压力
特征系数对于不同的个体从10%~20%变化不等。它受到很多生态参数的影响，例如人体测量部位的厚度、血压计设计方法、气袖的弹性以及气袖压力的传送特性等。
本文提出的收缩压测量方法是基于体积描述图像分析，这些图像是通过测量手指的分枝处和指尖得到的，它可以用来标定特征系数。从0.17至0.71每隔0.17改变特征系数对13个人进行测量计算平均误差，参照数据是用听诊的方法测量得到的，每一刻度都来回测量3次。

表1 收缩压平均误差的比较
比率
0.17
0.35
0.53
0.71
倾向
1
22.0
5.3
3.3
1.7
2.8
2
21.7
3.0
5.0
8.3
4.3
3
7.7
7.0
8.7
10.3
7.7
4
4.6
8.0
9.9
11.8
9.6
5
14.0
8.0
4.0
6.0
3.5
6
12.7
8.3
7.3
10.3
7.0
7
25.7
19.3
15.3
11.7
9.5
8
24.5
17.5
2.0
9.5
4.0
9
13.7
6.3
4.7
9.0
3.0
10
5.3
12.7
12.7
14.0
13.3
11
14.5
7.0
4.5
10.5
4.3
12
6.7
4.0
6.3
7.7
4.2
13
6.0
2.7
1.0
4.7
1.3
平均误差
13.6
8.2
6.7
8.9
5.8
标准偏差
6.6
4.1
3.8
5.3
3.7
平均误差的比较为根据特征比较和建议方法。
根据这一测量结果，与以前的方法比的比较，提出的新的测量方法的平均误差很低。
2.2舒张压
通过手指动脉血管应用示波法来测量人体的舒张压很困难，因为在有些情况下振荡波在低于舒张压之后就不会出现。因此本文提出用回归方程来测量人体的舒张压，回归方程的系数即血液平均压和振荡曲线上升的最大幅值（如图1）。从0.32至0.98每隔0.23改变特征系数对13个人进行测量计算平均误差，参照方法和协议与收缩压的测量方法一致。

表2 舒张压平均误差的比较
方法
0.32
0.54
0.76
0.98
倾向
衰减
1
6.7
7.3
14.7
25.3
11.0
5.5
2
25.0
6.3
5.7
11.7
4.0
5.1
3
9.0
6.0
7.0
5.7
6.2
3.4
4
8.0
4.5
10.5
12.0
7.5
3.4
5
7.5
14.5
21.0
23.5
17.8
7.2
6
11.0
5.3
9.0
24.3
5.5
3.7
7
32.0
10.3
8.7
7.0
9.5
8.1
8
9.5
3.0
3.0
15.0
3.0
3.0
9
18.0
5.3
8.0
11.7
6.7
3.7
10
22.0
7.7
1.3
8.3
3.2
12.0
11
7.5
7.5
4.5
24.0
4.0
3.7
12
7.5
7.5
4.5
24.0
4.0
3.7
13
5.3
6.3
9.3
15.7
7.8
3.5
平均误差
14.0
7.0
8.1
14.6
7.0
5.2
标准偏差
8.6
4.5
3.9
7.0
3.9
2.8
平均误差比较根据特征比率方法和倾向方法及衰减方法。
根据这一测量结果，我们提出的测量方法的平均误差很低。
2.3手指周长问题
当通过手的上臂测量血压时，不同周长的手臂需要用到不同大小的气袖。同样，当我们通过手指动脉来测量血压时，也需要解决这一问题，因为不同的手指的周长是不一样的,若采用不同大小的手指袖套来解决这个问题，对于一种通用系统设备的商业应用来说这是件很麻烦的事。
新的血压测量系统是在当手指袖套气压上升时通过可见光来检测振荡波曲线的，通常人体组织内的光路描述了一个抛物线，手指周长短的光路就不会通过手指中的动脉血管，这这种情况下，振荡曲线将会失真。
为解决这一问题，提出了采用标定的方法来识别失真类型。如果光路没有通过手指动脉血管，振荡波的形状就会成为一个梯形。在图2中，D1表示振荡波的幅度大于最小初始幅度的时间，DH表示振荡波的幅度大于最大初始幅度的时间。如果D1中DH占的比率大于初始决定值，则判定为失真曲线。在这一情况下，用回归方程来计算人体的舒张压。回归方程的系数就是平均压和振荡波上升压力幅度的最大值。

图2 光路问题中的曲线失真
为了证明这一方法的可行性，对28位个体进行了测试，然后对先前的平均误差和应用我们方法的平均误差进行配对T检验。
表3 配对T检验结果

N
平均
标准偏差
SE Mean
测试前
28
6.98
6.27
1.18
测试后
28
5.5
5.24
0.99
误差
28
1.473
4.979
0.941
95%上升沿平均误差：-0.375；T检测平均误差=0（vs<0）；T值=-2.63；P=0.005。
结果表明，采用新的方法比先前那种方法的平均误差低1.47mmHg，配对T检验的P值为0.029，意味着这一方法的改进程度是非常显著的。
基于可行性测试的收缩压和舒张压结果以及对于手指周长误差的标定方法，对90位个体（年龄20~90，男性55，女性35）进行测量，并用AAMI SP0标准进行评估，参考数据由听诊法测得，每一刻度来回测量了3次。
3结果
采用这一系统所测量的收缩压和舒张压与用听诊法的测量结果的平均误差和标准偏差如表4。
表4 听诊法测量结果

收缩压
舒张压
平均误差
5.726
4.21
标准偏差
6.329
5.52
对这些数据，应用了周长误差标定的方法。采用新的方法后，平均误差比原来的系统要低1.01mmHg，配对T检验的P值为0.005，表明新方法在统计结果上来说有显著的进步。
表5 配对T检验

N
平均
标准偏差
SE Mean
测试前
270
4.715
3.597
0.228
测试后
270
5.726
4.575
0.29
误差
270
-1.011
6.073
0.385
95%上升沿平均误差：-0.375；T检测平均误差=0（vs<0）；T值=-2.63；P=0.005。
总之，这一测量系统的收缩压平均误差范围为4.7mmHg，舒张压平均误差范围为4。2mmHg，根据AAMI SP 10标准，自动血压检测仪的平均误差应低于5mmHg，即指套式血压检测仪的平均误差在商业可以接受的范围之内。

图3 SAIT 指套式血压测量仪
4 结论
很多医学研究机构对通过手指动脉血管来测量人体血压进行过研究。因为这种方法比较方便，但是由于测量精度低使得很多高血压病人不能使用这一测量方法。
根据的上述研究，新方法解决了手指血压测量仪精度低的问题，并且能够商品化。我们将继续研究，将这一系统集成到家用健康监测系统中。
研究发现在这一系统中存在与心脏的高度相对应测量高度误差，如果高度差为10cm，该系统的测量结果将会有9mmHg 的变化。为实现该血压测量仪在商业领域的胜利，我们需要解决由于测量高度带来的误差问题。