无创血压测量技术的改进与进展

ZHONGGUOYIXUEZHUANGBEI49综述[文章编号]1672-8270(2013)03-0049-04[中图分类号]R318.01[文献标识码]AImprovementanddevelopmentofnon-invasivebloodpressuremeasurementtechniques/ZHENGLi-hua,DOUJian-hong,HEXing-hua,etal//ChinaMedicalEquipment,2013,10(3):49-52.[Abstract]Thispaperreviewstheimprovementanddevelopmentofsomegeneralnon-invasivebloodpressuremeasurement(NBPM)techniques,e.g.korotkoffsoundmethod,oscillometricmethodanddoublecuffmethod.Thenewpracticaltechniquesandmethodsathomeandabroadandperspectiveofnon-invasivecontinuousbloodpressuremeasurement(NCBPM)havealsobeenpresentedsystematicallyinthisarticle,suchasarterialtonometrymethod,arterialvolumnclampmethod,pulse-wavevelocitymethod,ultrasonicmethodandtheapplicationofwaveletanalysisandfuzzyrecognition.Finally,it’spointedoutthatNBPM,especiallyNCBPM,hasahugemarketdemand.Pulse-wavevelocitymethodcanachieverealnon-invasivecontinuousbloodpressuremeasurementandthushasabroadapplication.Researchprogressofmethodsandtheoriesofcontinuousnon-invasivemeasurementofbloodpressurewillbeadesireddirection.[Keywords]Non-invasive;Bloodpressure;Measuringmethod;Makingprogress[First-author’saddress]DepartmentofMedicalEngineering,GuangzhouGeneralHospitalofGuangzhouMilitaryCommand,Guangzhou,510010.[摘要]介绍数种常规的无创血压测量方法-柯氏音法、示波法和双袖带法及其改进。重点对国际上连续无创血压测量的新型实用技术、方法及前景进行较为详细的介绍，如动脉张力测量法、动脉容积钳制法、脉搏波速度测量法、超声测压法以及小波分析和模糊识别技术在血压信号处理中的应用等。指出无创血压测量技术，尤其是无创连续血压测量方法有着巨大的市场需求；脉搏波速度测量法能实现真正意义上的连续无创血压测量，因此具有广泛的应用前景，而采用新理论进行连续的无创血压测量将是该领域的目标和发展方向。[关键词]无创；血压；测量方法；进展作者简介郑理华,男,(1962-),本科学历，高级工程师。广州军区广州总医院医学工程科主任，广东省医学会医学工程分会副主任委员，从事医疗设备管理、维修、计量质控等工作。郑理华①窦建洪②何兴华①屠伟峰②马铭俊②吴昊③*无创血压测量技术的改进与进展**基金项目：全军医学科学技术研究“十二五”发展计划-战场系列急救器材评估、集成与新型器械研制项目(AWS11C010)；中华医学会医学工程学分会青年发展课题重点项目(2011)“无创电子血压测量装置临床循证评价研究”①广州军区广州总医院医学工程科广东广州510010②广州军区广州总医院麻醉科广东广州510010③解放军总医院医学工程科北京100853*通讯作者：[e-mail]动脉血压作为人体的重要生理参数能够及时反映出人体心脏和血管的功能状况，因而成为临床疾病诊断、围术期观察系统循环功能的重要指标。无创动脉血压测量相对于有创动脉血压测量具有安全方便、感染率低等特点，在临床上得到了广泛的应用[1-2]。随着近年来各种新技术和新方法的使用，无创血压测量在精度、连续性测量以及自动化方面均有较大改善，因此仍将是血压测量今后发展的重点[3-4]。1常规无创血压测量技术分析及改进俄国军医柯罗特可夫(Korrotkoff)于1905年创立了听诊法，之后法国生理学家马锐发现，在对手臂施压过程中随着施压变化，脉搏波波动幅度也会随之改变，据此推出“示波法”测量血压[4-5]。20世纪60年代后利用充气袖带和压力传感器的自动测量技术，无创地进行血压测量，它是基于施加外力经臂部组织加载动脉管而实现血压测量。由于全部测量耗时＞1min，因此属于非连续的测量。然而对于危重患者和术中患者的监护则需要连续的血压监测，近年来较为常用的有张力测量法和脉搏波传递时间测量法等，但尚未得到临床的完全认同，处于研究阶段[6-7]。目前，临床常用的无创血压检测方法为：柯式音法、示波法、超声法、容积补偿法及脉搏延时法等，其中最常用的方法为柯式音法和示波法。1.1柯氏音法(Korotkoffsoundmethod)及其改进柯氏音法是通过辨别动脉血流受阻过程中的过流声音及相应的压力点来确定收缩压和舒张压，但其准确度受人为因素影响较大，包括人体主观感觉及协调程度、袖带位置、袖带尺寸等，且无法直接测量出平均动脉压。基于此，采用麦克风取代听诊器进行检测形成柯氏音的动脉振荡，并采用降噪技术(如环境噪声、电回路噪声等)减少干扰，以便更好地识别出柯氏音。在一些更为复杂的自动血压计中，使用ECG信号等参照量以提高柯氏音检出能力，但多数用于家庭自测。袁苑等[8]研发的自动血压测量系统中，采用2阶低通滤波电路和放大电路，通过麦克风口接入Android系统的手机，可有效解决降噪和柯氏音识别的难题，中国医学装备2013年3月第10卷第3期ChinaMedicalEquipment2013MarchVol.10NO.350ZHONGGUOYIXUEZHUANGBEI综述得出精度较高的收缩压和舒张压，且适于远程监控。医院在手术室和ICU监护室中则采用柯氏音-示波复合法进行检测。1.2示波法(Oscillometricmethod)及其改进示波法始于20世纪70年代，目前在自动无创血压测量中广泛采用。其方法是检测袖带内由于血管壁的搏动产生的气体振荡波，直接判断袖带内压力的波动变化规律从而判断人体的血压。由于袖带下动脉的搏动与加压袖带的放气过程相关，搏动可以被传递到记录系统，从而根据记录的振动来计算收缩压和舒张压。理论计算及临床实验均表明，该振荡波与动脉的收缩压、舒张压和平均压之间均存在一定的函数关系。示波法不仅排除了操作者主观因素和环境噪音的影响，同时便于自动处理，还可直接测量出动脉平均压。对于动态血压监测，振荡波也具有重要的意义。常用的示波法包括波形特征法和幅度系数法。目前，广泛使用的示波法判据，是通过大量的人群实验由统计学方法给出的，因此易造成个体测量之间的误差。为了进一步完善现有的示波原理血压判别算法，提高其测量精度，需要对其进一步改进，如采用先进的、严格控制的线性放气过程；通过分析压力波产生的机制，综合频谱分析、小波变换等信号处理的方法来寻找压力波形的典型特征[9]；为电子血压计的计量建立特定的标准；选择相关的血压测量参考和生理参数，如年龄、身高、体重、ECG信号以及压力波波形特征值等相关性来修正特征系数，使其适应个体差异性的能力[10]。王陈海等[11]提出一种基于奇异值矩阵分解(singularvaluedecomposition，SVD)的新型曲线拟合算法(singularcurvefittingalgorithm，SCFA)，通过对腕式示波法测量的波形数据进行SVD，提取出主要特征成分，并应用曲线拟合算法(curvefittingalgorithm，CFA)计算出血压值，极大提高了测量精度。除上述2种常用无创血压测量方法外，还有采用双袖带法测量血压。双袖带法在上臂和前臂手腕处各加一个袖带，对两袖带下压力信号进行同步测量记录和综合分析，由于测量收缩压和舒张压时各需一次加压过程，使得整个测量过程增加了复杂程度[12]。但是，其判定血压是基于每个被测个体的动脉波形，因此测量准确性较另2种常规方法高。2无创血压测量的国内外新进展国内外的专家学者针对常规无创血压测量方法的各种缺点进行了改进，使得测量精度和操作方法上都有了较大的提高。其中最引人注目的是连续无创血压测量技术，其在重症监护、健康监测和医学科研等方面具有重要的研究和应用价值。连续无创血压测量是可在每个心动周期内完成血压的测量，在临床和医学科研中具有更重要的意义，常见的有动脉张力测量法、动脉容积钳制法以及脉搏波速度测量法等。此外，超声法、次声法等间接测量技术也相应有所发展。2.1动脉张力测量法对安置于桡动脉部位特制的压力换能器施以适当的外压力、当外力达到某一定值时，内压力等于外压力，这样通过测量外力便可得到动脉血压，若能检出动脉搏动的最大及最小信号便可获得相应的血压值。张力测定法测量精度较高，无需每次测量时都定标。但当被测患者生理状态发生变化时，有可能因外力不能跟随平均压的变化而变化，从而产生测量误差，因此Bahr等研制了一种改进型的张力计，利用电子反馈跟随平均压的变化，从而提高了测量精度[1-2]。动脉张力法中使用的传感器对位移具有高灵敏度，要保持长时间传感器测量位置相对固定较为困难。2.2动脉容积钳制法动脉容积钳制法是目前市场上较为成熟的连续血压测量方法，是基于容积示波原理而制造，即当动脉处于无负荷状态时，则外压将等于动脉压(跨壁压为0)。该方法由Penaz于1973年提出，它是在手指中部或基部放置气压指套或者液体填充加压袋的测量盒，并同时调节指套压力值，使血管容积保持恒定，以获得最大脉搏波，脉搏波的变化采用红外监测。指套压力值是通过电动振荡器不断调整且由压力传感器而测得，并反馈至气体系统，使指套压力始终等于动脉压。该方法实现了连续监测动脉血压信号，便于医护人员及时掌握病情变化，做出有效判断。由于该方法通过手指即可测量，且外观和血氧模块较为相似，从而有望与血氧模块整合，实现监护仪的微型化。Yamakoshi和Tanoru等均对容积钳制法进行了改进，如采用气动袖套，同时用补偿器补偿心脏和指端的流体静力学压差，克服了测量过程中必须保持袖套和心脏处于水平位置的问题[2-3]。动脉容积钳制法测量精度较高，且可连续测量，适用于老人和婴幼儿，但由于该方法需要在被测部位保持一定压力，长时间测量容易引起静脉充血，使得被测者手指有较强的约束感，且当血管收缩节率较大时，脉搏描记计的输出波形会受到影响，从而造成测量精度不准。赵海等[13]基于动脉血压与光电容积脉搏波特征参数的相关性理论，提取与收缩压及舒张压相关性较大的特征参数，并利用线性回归的方法得到动脉血压值，显著提高了动脉容积钳制法的测量精度。容积补偿法中由于气囊压力的作用，长时间测量会导致静脉充血而影响测量精度，同时被测者也会感觉不适。2.3脉搏波速度测量法中国医学装备2013年3月第10卷第3期无创血压测量技术的改进与进展*-郑理华等ZHONGGUOYIXUEZHUANGBEI51综述脉搏波中含非常丰富的心血管生理和病理信息，因此其波形幅度和形态可以反映血压等人体心血管系统的生理和病理状态。脉搏波速度测量法的基本原理是基于对生理学的直观认识，即当血压增高时，动脉管壁会扩张，从而降低动脉的弹性和顺应性，导致脉搏波传递速度加快，即脉搏波沿动脉传播的速率会