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血壓測量裝置及其校準方法.pdf

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血壓 測量 裝置 及其 校準 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210055214.X

申請日:

2012.03.05

公開號:

CN102613966B

公開日:

2014.11.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61B 5/022申請日:20120305|||公開
IPC分類號: A61B5/022 主分類號: A61B5/022
申請人: 香港應用科技研究院有限公司
發明人: 顧聞博; 張春; 林暾; 梁立慧
地址: 中國香港新界沙田香港科學園科技大道西二號生物資訊中心三樓
優先權: 2012.02.01 US 13/364,297
專利代理機構: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223 代理人: 江耀純
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210055214.X

授權公告號:

102613966B||||||

法律狀態公告日:

2014.11.26|||2012.09.26|||2012.08.01

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明為一種血壓測量裝置,包括相互連接的光學感應單元、處理單元和壓力感應單元。其中,光學感應單元,用于探測用戶身體表面多個位置上的光學脈搏信號;處理單元根據探測到的光學脈搏信號確定多個位置中的最佳位置;壓力感應單元,用于探測用戶在測量位置上的壓力脈搏信號。本發明還披露了使用該血壓測量裝置測量用戶血壓的方法。本發明的優點是通過光學感應單元對用戶的動脈進行定位,進而調整傳感器的位置、或者補償由于傳感器與動脈未對準而造成的誤差,最終更準確地確定血壓。根據該校準方法,可以有效減少血壓測量裝置所需的袖帶校準的次數。

權利要求書

1: 一種血壓測量裝置, 包括 : a) 光學感應單元, 用于探測用戶身體表面上的多個光學脈搏信號 ; b) 處理單元, 與所述光學感應單元相連接, 根據所述探測到的光學脈搏信號確定最佳 條件 ; c) 壓力感應單元, 用于探測所述用戶在測量位置上的壓力脈搏信號 ; 其中所述血壓是基于所述壓力脈搏信號和所述最佳條件而計算的。
2: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述光學感應單元包括至少一個光發射器和至少一 個光接收器, 所述光接收器空間上放置于所述至少一個光發射器鄰近。
3: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述光學感應單元和所述壓力感應單元放置在不同 平面上, 所述光學感應單元更鄰近所述用戶的所述身體表面。
4: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述光學感應單元和所述壓力感應單元放置在同一 平面上。
5: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述最佳條件是指測量的最佳位置和 / 或最優外部 壓力。
6: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述光學感應單元適用于探測所述用戶的所述身體 表面上多個位置的光學脈搏信號。
7: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中在所述探測所述多個位置的光學脈搏信號期間, 由 所述裝置施加在所述用戶身體表面上的外部壓力保持不變。
8: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述壓力感應單元適用于探測在所述多個位置上 的壓力脈搏信號, 在每個所述位置上的所述光學脈搏信號和所述壓力脈搏信號是同時探測 的, 所述處理單元根據所述光學脈搏信號和所述壓力脈搏信號確定所述最佳位置。
9: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述壓力感應單元還探測由所述裝置施加在所述身 體表面上的外部壓力, 所述裝置還探測在所述最佳位置上施加多個所述外部壓力下的所述 光學脈搏信號和所述壓力脈搏信號, 并根據所述多個光學脈搏信號和所述多個壓力脈搏信 號而確定所述血壓測量的最優外部壓力。
10: 如權利要求 1 所示的裝置, 還包括驅動單元, 其適用于沿所述身體表面驅動所述裝 置, 所述處理單元與所述驅動單元連接, 用于將所述裝置移動到所述最佳位置并調整由該 裝置施加的外部壓力。
11: 如權利要求 1 所示的裝置, 其中所述處理單元確定所述測量位置是否對準了所述 最佳位置。
12: 如權利要求 11 所示的裝置, 其中所述血壓還基于所述測量位置上的所述光學脈搏 信號而計算的, 所述處理單元調整所述光學脈搏信號的相關系數, 以補償所述測量位置和 所述最佳位置的未對準。
13: 一種使用血壓測量裝置對用戶進行血壓測量的方法, 包括步驟 : a) 探測所述用戶身體表面上的多個光學脈搏信號 ; b) 根據所述多個光學脈搏信號, 確定所述血壓測量的最佳條件 ; c) 探測測量位置上的壓力脈搏信號 ; d) 根據所述壓力脈搏信號和所述最佳條件計算所述血壓。
14: 如權利要求 13 所示的方法, 其中所述確定所述最佳條件的步驟包括步驟 : 根據在 2 所述用戶身體表面的多個位置上測量的光學脈搏信號, 確定最佳位置。
15: 如權利要求 13 所示的方法, 其中所述確定所述最佳條件的步驟包括步驟 : 確定由 所述血壓測量裝置施加在所述用戶上的最優外部壓力。
16: 如權利要求 14 所示的方法, 還包括步驟 : 探測所述多個位置上的壓力脈搏信號, 所 述確定步驟還根據所述多個壓力脈搏信號確定所述最佳位置。
17: 如權利要求 16 所示的方法, 還包括步驟 : 根據所述測量位置上的所述壓力脈搏信 號、 所述測量位置上的最優外部壓力和所述光學脈搏信號, 確定是否需要另外的袖帶校準。
18: 如權利要求 17 所示的方法, 其中所述確定是否需要另外的袖帶校準的步驟包括步 驟: a) 比較所述測量位置上的壓力脈搏信號和第一閾值 ; b) 比較所述最優外部壓力和參考外部壓力之間的百分差和第二閾值 ; c) 比較所述測量位置上的光學脈搏信號和參考光學脈搏信號之間的百分差和第三閾 值; d) 比較所述測量位置上的所述最優外部壓力和所述光學脈搏信號的加權組合幅度對 所述參考外部壓力和所述參考光學脈搏信號的加權組合幅度的比率和第四閾值。
19: 如權利要求 14 所示的方法, 還包括步驟 : 確定所述測量位置是否對準所述最佳位 置。
20: 如權利要求 14 所示的方法, 其中所述計算步驟根據所述測量位置上的所述光學脈 搏信號, 計算所述血壓, 所述計算步驟還包括步驟 : 調整所述光學脈搏信號的相關系數, 以 補償所述測量位置未對準所述最佳位置而造成的誤差。
21: 如權利要求 20 所示的方法, 其中所述光學脈搏信號的相關系數是由袖帶校準而確 定的。

說明書


血壓測量裝置及其校準方法

    【技術領域】
     本 發 明 涉 及 血 壓 測 量 裝 置, 特 別 涉 及 張 力 血 壓 測 量 裝 置 (tonometric blood pressure measurement)。 【背景技術】
     張力血壓測量裝置通過放置壓力傳感器在用戶動脈上, 獲取壓力脈搏信號, 從而 計算血壓、 測量動態以及連續血壓。但是, 如果壓力傳感器不是放置于動脈的正上方、 或者 施加的外部壓力不是最優的, 傳統裝置探測到的壓力脈搏信號則可能無法準確反映內部血 壓。 【發明內容】
     鑒于以上背景, 本發明目的是提供一種改進的血壓測量裝置, 以提高血壓測量的 精度。
     因此, 一方面本發明所述的血壓測量裝置, 包括光學感應單元、 處理單元以及壓力 感應單元。 其中, 光學感應單元用于探測用戶身體表面上多個位置上的光學脈搏信號 ; 處理 單元與光學感應單元相連接, 根據探測到的光學脈搏信號確定多個位置中的最佳位置 ; 壓 力感應單元用于探測用戶在最佳位置上的壓力脈搏信號。
     在本發明一個示例性實施例中, 光學感應單元包括至少一個光發射器和多個光接 收器, 光接收器空間上置于所述至少一個光發射器的鄰近。
     在一個示例性實施例中, 光學感應單元和壓力感應單元置于不同的平面上, 光學 感應單元更靠近用戶身體表面。在另一個實施例中, 光學感應單元和壓力感應單元位于同 一平面上。
     在又一個實施例中, 在探測多個位置上的光學脈搏信號期間, 該裝置施加在用戶 身體表面上的外部壓力保持不變。
     在另一個實施例中, 壓力感應單元適用于探測多個位置上的壓力脈搏信號。每個 位置上的光學脈搏信號和壓力脈搏信號是同時探測的, 處理單元根據該光學脈搏信號和壓 力脈搏信號確定最佳位置。
     在又一個實施例中, 壓力感應單元還探測由該裝置施加在該身體表面上的外部壓 力。 該裝置還探測在最佳位置上的、 多個外部壓力所對應的光學脈搏信號和壓力脈搏信號, 并根據該多個光學脈搏信號和多個壓力脈搏信號而確定血壓測量的最優外部壓力。
     在一個實施例中, 該裝置還包括驅動單元, 用于沿著該身體表面驅動該裝置。 處理 單元與該驅動裝置相連接, 用于移動該裝置到最佳位置, 以及用于調整由該裝置施加的外 部壓力。
     在又一個實施例中, 光學感應單元包括多個光接收器。處理單元還根據光接收器 到最佳位置之間的距離而分配一相關系數給每個光接收器, 并根據多個光學脈搏信號、 系 數以及壓力脈搏信號計算血壓。在另一個實施例中, 當光接收器和最佳位置之間有較小的距離時, 則分配一較大 的系數給光接收器。
     另一個方面, 本發明披露了一種使用血壓測量裝置測量用戶血壓的方法。該方法 包括 : 探測用戶身體表面多個位置上的光學脈搏信號, 根據該多個光學脈搏信號確定血壓 測量的最佳位置, 探測最佳位置上的壓力脈搏信號, 并根據最佳位置上的壓力脈搏信號計 算血壓。
     在一個實施例中, 該方法還包括 : 確定由該血壓測量裝置施加在用戶上的最優外 部壓力, 并探測在最佳條件 ( 包括最佳位置和最優外部壓力 ) 下的壓力脈搏信號和光學脈 搏信號。
     在另一個實施例中, 該方法還包括 : 探測多個位置上的壓力脈搏信號, 并根據多個 壓力脈搏信號確定最佳位置。
     在又一個實施例中, 該方法還包括 : 根據最佳條件確定是否還需要袖帶校準。 該最 佳條件指在最佳位置上、 最優外部壓力下的光學脈搏信號和壓力脈搏信號。
     在另一個實施例中, 確定是否需要袖帶校準的步驟包括 : 比較最佳條件下的壓力 脈搏信號和第一閾值 ; 比較最優外部壓力和參考外部壓力之間的百分差和第二閾值 ; 比較 最佳條件下的光學脈搏信號和參考光學脈搏信號之間的百分差和第三閾值 ; 比較最佳條件 下的最優外部壓力和光學脈搏信號的加權組合幅度對參考外部壓力和參考光學脈搏信號 的加權組合幅度的比值, 和第四閾值。 在另一個實施例, 根據最佳條件下的壓力脈搏信號和光學脈搏信號、 最優外部壓 力、 以及由袖帶校準確定的多個參數, 而計算血壓。
     本發明有很多優點。 第一個優點是, 與使用壓力感應單元相比, 使用光學感應單元 確定用戶動脈的位置更為準確。因為壓力脈搏信號探測的是由血管壁波動引起的壓力波, 而壓力波會沿有彈性的皮膚組織向四周區域擴散, 因此在血管周圍多處均能探測到壓力脈 搏信號, 所以由此確定的動脈位置往往不夠準確。而光學脈搏信號探測的是由血液容積變 化引起的光強度變化, 血液容積變化被限制于在血管內, 所以只在距離血管非常近的位置 方能測得較大的波動變化。 因此, 通過光學感應單元確定血壓測量的最佳位置, 再配合最優 外部壓力, 從而實現血壓計算誤差的最小化。
     本發明的另一個優點是, 通過比較當前的最佳條件和參考條件, 以確定是否還需 要袖帶校準。 在傳統裝置中, 每當用戶重新佩戴裝置時都需要進行袖帶校準 ; 而本發明則在 當前測量條件足夠接近參考條件時, 可以不需要進行袖帶校準。因此本發明通過減少所需 袖帶校準次數, 最終提高了血壓測量的效率。
     本發明還有一個優點是, 即使當前測量位置不是最佳的, 也能準確確定血壓。 處理 單元可以根據光學信號幅度調整相關的系數, 用于補償測量位置的未對準所造成的血壓測 量誤差。這意味著該裝置不需要總是附在驅動單元或袖帶上, 使得該裝置更加便于攜帶。
     【附圖說明】
     圖 1 是本發明第一實施例血壓測量裝置的前視圖。
     圖 2a 是本發明一個實施例血壓測量裝置的前視圖。
     圖 2b 是圖 2a 的血壓測量裝置的側視圖。圖 2c 是一個示例的光線示意圖, 顯示圖 2a 的血壓測量裝置接收從用戶動脈反射的光。 圖 2d 顯示圖 2a 的血壓測量裝置相對于用戶動脈的一個示例性排列。
     圖 3 是本發明另一個實施例血壓測量裝置的前視圖, 及其相對于動脈的排列。
     圖 4a 和 4b 是本發明兩個其他實施例血壓測量裝置的前視圖和側視圖, 其中壓力 感應單元和光學感應單元在同一平面。
     圖 5a 是本發明一個實施例的示例性的光學脈搏信號幅度分布圖。
     圖 5b 是本發明一個實施例的示例性的壓力脈搏信號幅度分布圖。
     圖 6a 到 6d 是在兩個不同外部壓力下的光學脈搏信號幅度和壓力脈搏信號幅度分 布圖。
     圖 7 是本發明一個實施例的血壓測量裝置的動態校準程序流程圖。
     圖 8a 是一個示例性示意圖, 顯示圖 2a 結構的每個光接收器的歸一化的光學脈搏 信號幅度, 其中最佳位置對準測量位置。
     圖 8b 是一個示例性示意圖, 顯示圖 2a 結構的每個光接收器的歸一化的光學脈搏 信號幅度, 其中最佳位置沒有對準測量位置。
     圖 9 是本發明一個實施例使用血壓測量裝置測量的血壓, 及其與袖帶校準測量的 比較。
     【具體實施方式】
     在此和權利要求中使用的 “包括” 是指包括以下元素但不排除其他。
     在此和權利要求中使用的 “連接” 是指通過一個或多個電裝置直接或間接地電連 接, 除非有其他聲明。
     參見圖 1, 本發明的第一個實施例, 一個血壓測量裝置 100 包括光學感應單元 102 或光學傳感器 ( 其置于第一表面上 )、 壓力感應單元 104( 其和光學感應單元 102 同向, 均面 對第一表面 )、 和處理單元 106( 其與以上每個所述元件都連接 )。光學感應單元 102 包括 光發射器 108 和光接收器 110( 或者稱為光探測器 )。在一個實施例中, 光發射器 108 和光 接收器 110 大體上都位于同一表面上, 且朝向相同。在不同的實施例中, 壓力感應單元 104 可以和光學感應單元 102 在同一平面上, 或者是堆疊在或蓋在光學感應單元 102 之上, 這會 在以下實施例中解釋。
     在圖 2a 和 2b 顯示的特定實施例中, 8 個光接收器 110 以方形布局圍繞在一個光發 射器 108 周圍, 組成光學傳感器陣列。壓力感應單元 104 疊在光學感應單元 102 之上, 壓力 感應單元 104 的大部分面積與光學感應單元 102 重疊。
     在圖 3 顯示的另一個實施例中, 11 個光接收器 110( 如, 光探測器 ) 圍繞在 4 個光 發射器 108( 如, 紅外 LED) 周圍。這些光接收器 110 和光發射器 108 一起形成一個二維的 長方形陣列, 這 4 個光發射器 108 形成菱形布局。使用多個光發射器 108 會使得總發射光 強增大, 并使得區域內光強分布更為均勻, 因此有助于取得更準確的探測結果。 為了便于描 述, 這里沒有顯示壓力感應單元, 很顯然壓力感應單元可以疊在光學感應單元 102 之上或 置于其附近。
     在圖 4a 和 4b 顯示的實施例中, 壓力感應單元 104 和光學感應單元 102 置于同一平面上。在圖 4a 顯示的實施例中, 壓力感應單元 104 的 5 個壓力傳感器 412 排成直線, 置 于 5 個光接收器 110 鄰近, 光接收器 110 也是排成直線, 和壓力傳感器 412 平行, 而光接收 器 110 置于 3 個光發射器 108 鄰近, 光發射器 108 也是排成直線, 和光接收器 110 平行。在 圖 4b 顯示的實施例中, 5 個壓力傳感器 412 置于光發射器 108 和光接收器 110 之間。也就 是說, 光發射器 108 和光接收器 110 可以在壓力傳感器 412 的同一側, 也可以分別在壓力傳 感器 412 的兩側。這些實施例的工作原理和圖 1 ~ 3 所示實施例的是類似的, 細節將在以 下描述。
     然而, 本實施例中光接收器和發射器的數量和構造, 可以根據不同需要而設定, 并 不受上述實施例的限制。 對本領域技術人員來說, 光接收器、 光發射器和壓力傳感器的數量 和構造很顯然是可以更改的, 而不會脫離本發明的范圍。 在不同實施例中, 光學感應單元可 工作于可見光、 紅外光或其組合。
     在一個示例的實施例中, 每個光發射器 108 的尺寸是 1.2×1.2 毫米, 每個光接收 器 110 的尺寸是 1.2×1.2 毫米。 光發射器 108 和鄰近的光接收器 110 之間的距離或兩個相 鄰的光接收器 110 之間的距離是 2.54 毫米。在一個示例的實施例中, 每個壓力傳感器 412 的尺寸是 2x2 毫米。兩個相鄰的壓力傳感器 412 之間的距離是 2.54 毫米。 光學感應單元 102 用于探測由用戶反射的光學脈搏信號或光學信號。以圖 2c 為例, 光學感應單元通過光發射器 108 發出的光信號, 經過用戶動脈 214( 通常是橈動脈 (radial artery)) 反射之后, 由光接收器 110 探測獲得。 圖中箭頭顯示的是光傳播的方向。
     人類橈動脈的直徑通常約為 2 毫米, 橈動脈在手腕處的皮下深度約 3 ~ 5 毫米。 因此, 光學傳感器不僅要足夠靠近用戶身體表面, 以便信號的分辨率高、 能夠精確地探測到 動脈位置 ; 還要使光發射器 108 和光接收器 110 之間保持足夠大的距離, 以便接收到的信 號包含足夠量的由動脈反射的光。光發射器和光接收器的合理尺寸范圍是 0.1*0.1 毫米~ 10*10 毫米, 更合理的尺寸范圍為 0.1*0.1 毫米~ 4*4 毫米。傳感器間距的合理范圍是 0 毫 米~ 20 毫米, 更合理的間距為 2 毫米~ 4 毫米。
     動脈內的血液流動以及用戶皮膚下的其他組織 ( 如骨骼或肌肉組織 ) 均會吸收光 信號、 衰減光強。 由于一段血管內的血液容量隨心臟搏動而變化, 故血液引起的光強衰減的 大小是隨心臟脈動而變化的 ; 相對的, 其他組織引起的光強衰減通常是穩定不變的。因此, 當皮膚被光發射器 108 照射時, 反射到光接收器 110 上的光強同時包括脈動的部分和恒定 不變的部分。光學脈搏信號也稱為動脈容積脈搏信號 (arterial volume pulse)。在一個 實施例中, 接收到的光學信號可以分為直流分量 (DC 分量 ) 和交流分量 (AC 分量 )。DC 分 量的大小主要與其他組織的厚度、 組成成分相關, AC 分量的變化則主要與動脈的脈搏波動 相關, 即為光學脈搏信號。在有動脈 214 出現的位置, 和沒有動脈 214 出現的位置, 由光接 收器 110 探測到的光學信號幅度的 AC 分量是不同的。
     在一個示例的實施例中, 裝置 100 可拆卸地附著在一個驅動單元 ( 未顯示 ) 上。 在 進一步的實施例中, 驅動單元可固定在用戶手腕上。當驅動單元固定在用戶手腕上且裝置 100 處于附著狀態時, 裝置 100 是面對并接觸用戶手腕內側外表面 ( 例如皮膚 ) 的。
     在一個示例的實施例中, 當裝置 100 處于附著狀態時, 驅動單元可以沿著用戶皮 膚橫向和縱向移動裝置 100。在進一步的實施例中, 當裝置 100 處于附著狀態時, 驅動單元 與處理單元 106 相連接, 處理單元 106 可以通過驅動單元控制裝置 100 的移動。
     當裝置 100 的運行時, 在測量用戶血壓之前, 需通過一個定位系統來校準測量血 壓的最佳位置。在一個示例的實施例中, 該定位系統包括光學感應單元 102 和處理單元 106。光學感應單元 102 在用戶皮膚上移動, 以探測皮膚上至少一個位置上的光學脈搏信 號。在一個實施例中, 裝置 100 附著在驅動單元上, 處理單元 106 控制包括光學感應單元 102 的裝置 100 以預定的方式移動, 依次探測到每個位置 ( 或叫做數據點 ) 上的光學脈搏信 號。在一個示例的實施例中, 裝置 100 在皮膚 25 個不同位置上探測光學脈搏信號, 這些位 置以上 5x5 方式排列, 其中相鄰數據點之間的距離為 3 毫米。
     圖 5a 顯示了用戶皮膚上 25 個區域的光學脈搏信號幅度分布, 相鄰區域行、 列之間 的距離是 3 毫米。如圖所示, 歸一化之后, 中間列 ( 列 3) 與其他列在光學脈搏信號幅度上 有很大的差別。該結果清楚地顯示動脈是沿著中間列走向的。在中間列的 5 個數據點中, 中央數據點 ( 行 3, 列 3) 比其他數據點的幅度要大很多。 原因可能是, 該中央點處用戶皮膚 表面和動脈之間的組織厚度是最薄的。在一個示例的實施例中, 最佳位置就被確定為光學 脈搏信號幅度最高的區域。
     為了探測光學脈搏信號, 需要裝置 100 在用戶身上施加一個外部壓力。在一個示 例的實施例中, 該外部壓力在不同數據點上的探測中保持不變。需要保持壓力不變的原因 是生物組織的特性 ( 如密度或衰減特性 ) 與施加的外部壓力密切相關。在一個示例的實 施例中, 處理單元 106 通過控制驅動單元縱向移動該裝置朝向用戶的皮膚或離開用戶的皮 膚, 來設置所需要的外部壓力。處理單元 106 控制驅動單元在橫向平面上移動、 到達不同位 置后, 將重新調整驅動單元的縱向位置, 以保持外部壓力不變。在另一個實施例中, 外部壓 力由壓力感應單元 104 監控, 如果需要, 可以在任何位置調整外部壓力, 以保持外部壓力不 變。 在一個示例的實施例中, 在光學感應單元 102 探測光學脈搏信號時, 壓力感應單 元 104 同時也探測壓力脈搏信號。如圖 1 ~ 3 所示的實施例, 壓力感應單元 104 疊在光學 感應單元 102 之上, 光學感應單元 102 更接近用戶皮膚。用戶動脈產生的壓力脈搏信號穿 過光學感應單元 102, 被壓力感應單元 104 探測到, 壓力脈搏信號不會被光學感應單元 102 阻止或減弱。如圖 4 所示的實施例, 壓力感應單元 104 直接在用戶皮膚表面上探測壓力脈 搏信號。 在這些實施例中, 盡管壓力感應單元 104 探測的壓力脈搏信號與光學感應單元 102 探測的光學脈搏信號幾乎是同時獲得的, 但是本發明并不受此限制, 只要不同感應系統探 測時的情況保持不變, 壓力感應單元 104 也可以不和光學感應單元 102 同時工作。
     在一個示例的實施例中, 可以同時應用壓力脈搏信號和光學脈搏信號確定最佳位 置。如前所述, 在確定動脈位置時, 通常光學感應單元 102 比壓力感應單元 104 更準確。但 是, 即使找到正確的動脈位置, 有時探測出的壓力脈搏信號 ( 在計算血壓時其是主要參數 ) 也不能準確反映內部血壓變化所產生的動脈血壓波。造成這一問題的原因是, 當前測量位 置的動脈之下沒有骨骼支撐該動脈, 因此探測單元施加的外部壓力沒有完全傳遞到動脈 上、 動脈被探測的一面沒有被壓平 ; 壓力感應單元 104 所探測到的壓力脈搏信號還包含血 管壁張力等其他壓力分量, 因此也就不能正確地反映垂直于血管壁的內部血壓變化。在一 個示例的實施例中, 在一個特定位置測量到的壓力脈搏信號幅度應該超過一個預定閾值, 該位置才能被認為是最佳位置。
     圖 5b 是如圖 5a 中的 25 個數據點的壓力脈搏信號幅度分布圖。比較這兩個分布
     圖可以看出, 兩個分布圖都在中間列 ( 列 3) 有最大幅度。但是, 在中間列 ( 列 3) 和中間列 鄰近區域 ( 列 2 和列 4) 之間的差別中, 圖 5b 的壓力脈搏信號圖沒有圖 5a 的光學脈搏信號 圖那么反差強烈。另外, 在壓力脈搏信號圖 5b 的中央數據點 ( 行 3, 列 3) 的壓力脈搏信號 幅度不是最高的, 而光學脈搏信號圖 5a 的光學脈搏信號幅度是最高的。這個發現和以上段 落的描述是一致的。
     圖 6a 到 6d 顯示在同一個位置上設置兩個不同外部壓力時探測到的光學脈搏信號 和壓力脈搏信號。 更具體地, 圖 6a 和 6b 內的數據是在比圖 6c 和 6d 更高的外部壓力下探測 到的。圖 6a 和 6c 是光學脈搏信號幅度圖, 圖 6b 和 6d 是壓力脈搏信號幅度圖。如圖 6a 和 6c 所示, 最大的光學脈搏信號幅度都在中央數據點 ( 行 3, 列 3), 所以中央區域可以確認是 最佳位置。和壓力脈搏信號圖 ( 圖 6b 和 6d) 相比, 在光學脈搏信號圖 ( 圖 6a 和 6c) 中, 通 常在最佳位置 ( 中央數據點 ) 和其他位置 ( 周圍數據點 ) 的光學脈搏信號幅度之間有更大 的差異, 意味著光學信號比壓力信號更敏感。特別地, 在圖 6d, 有多個周圍數據點上探測的 壓力脈搏信號比中央數據點上探測的壓力脈搏信號都強。為了確定血壓測量的最佳位置, 圖 6a 和 6b 顯示的數據比圖 6c 和 6d 顯示的數據更好, 因為圖 6a 和 6b 有更均勻分布的壓 力脈搏信號幅度和更高的外部壓力。 單個壓力感應單元 104 可以同時探測外部壓力和壓力脈搏信號。原因是外部壓力 基本為一恒定量, 并且在有些數據點上是完全沒有壓力脈搏信號的, 所以處理單元 106 可 以很容易地分開兩個壓力分量。換言之, 壓力感應單元 104 探測到的壓力信號的 DC 分量即 是外部壓力, 而壓力信號的 AC 分量則是壓力脈搏信號。
     在本發明的進一步實施例中, 在確定測量血壓的最佳位置后, 還需要確定最佳外 部壓力以用于校準。 在最佳位置上, 當施加的外部壓力在預定范圍內變化時, 探測到至少一 個光學脈搏信號和一個壓力脈搏信號。當測量用戶血壓時, 由裝置 100 施加的外部壓力應 使一部分動脈變平。 如果外部壓力太小, 外部壓力無法使動脈變平, 進而壓力脈搏信號太微 弱, 無法被壓力感應單元 104 探測到。另一方面, 如果外部壓力太大, 動脈被壓住堵塞、 血液 被阻止流過動脈, 也會影響壓力脈搏信號。通常, 當外部壓力從 0 開始增加時, 探測到的壓 力脈搏信號幅度會逐漸增加到一個最大值 ; 在到達最大值后, 更大的外部壓力會導致探測 到壓力脈搏信號幅度變小 ; 如果外部壓力大到完全堵塞動脈, 就會完全沒有壓力脈搏信號。
     在一個示例的實施例中, 血壓測量裝置的動態校準程序流程圖如圖 7 所示。首先, 如上所述, 外部壓力被設置成一個常數值, 但該值不必是最優的。然后, 該裝置在用戶外表 面不同位置上移動, 以檢測每個位置上的光學信號 ( 和壓力信號或不檢測壓力信號 )。 然后 分析光學信號和壓力信號的特征, 以確定測量的最佳位置。特征包括但不限于 : 幅度、 上升 時間、 下降時間、 上升時間與下降時間的比值、 特征點的第一導數、 以及特征點的第二導數。 在確定最佳位置后, 將測量裝置移動至最佳位置, 然后改變外部壓力, 獲得不同外部壓力對 應的多個光學信號和壓力信號。再使用上述類似的信號特征進行分析, 以確定實施測量的 最優外部壓力。在得到最佳位置和最優外部壓力后, 檢查該裝置之前是否已經進行了袖帶 校準。如果已經進行過袖帶校準, 則將當前的光學和壓力信號與存儲在裝置 100 中的參考 光學和壓力信號進行比較。如果沒有進行過袖帶校準, 或當前光學和壓力信號與參考數據 差異較大, 那么就需要進行袖帶校準, 以更新該裝置的設置和參數。 如需要進行新的袖帶校 準, 則會通知用戶。在校準之后或者不需要校準, 血壓就由壓力脈搏信號估算。
     以上步驟是第一次使用血壓測量裝置、 或者將該裝置重新戴在用戶身上時進行 的。在一個示例的實施例中, 第一次校準時, 裝置 100 按照上述方法在用戶皮膚上移動以確 定測量血壓的最佳位置。對單個光學感應單元 102 而言, 最佳位置定義為記錄有最大光學 脈搏信號幅度的地方。對于如圖 2a 所示的有多個光接收器 110 的陣列結構而言, 歸一化的 光學脈搏信號幅度陣列圖大致如圖 8a 所示, 該幅度隨著探測位置和最佳位置之間距離的 增加而減小。在此模式下, 當測量區域與最佳位置對準時, 獲得的幅度陣列圖是中心對稱 的。如圖 8a 所示, 直接與中央光發射器 108 相鄰的 4 個光接收器的相對幅度是 0.15, 而4 個角的光接收器 110 的相關幅度是 0.10, 因為角上的光接收器 110 距離在最佳位置上的光 發射器 108 更遠。
     在確定最佳位置后, 裝置 100 移到最佳位置, 外部壓力在預定范圍內變動, 多次測 量光學信號和壓力信號。最優的外部壓力取決于壓力和光學脈搏信號是否都足夠大。在最 佳位置上和最優外部壓力下所獲得的壓力脈搏信號和 / 或光學脈搏信號的特征將被記錄 下來用于重校準程序。然后, 通過使用袖帶式血壓計, 進行一次標準血壓測量。收縮壓和 / 或舒張壓的讀數被記錄下來。計算血壓的參數通過袖帶校準來確定, 具體計算方法將在之 后的段落中描述。
     在一個示例的實施例中, 當裝置 100 被重新戴在用戶身上時, 以上提到的最佳位 置和最優外部壓力的校準程序通過驅動單元被重新處理一次。 在當前的最佳位置上和最優 外部壓力條件下, 所獲得的壓力脈搏信號和 / 或光學脈搏信號的特征將與先前的最優條件 下的信號特征進行比較。如果那些特征的差異很小, 則無須再進行袖帶校準。否則就需要 新的袖帶校準程序。
     在一個示例的實施例中, 在當前的最佳位置上和最優外部壓力條件下的壓力脈搏 信號和 / 或光學脈搏信號的特征與先前的信號特征進行比較, 是依據 4 個不同的閾值實施 的。第一, 當前壓力脈搏信號幅度 (PP) 應該大于第一閾值 A, 即 PP > A。第二, 當前外部壓 力 (EP) 和先前外部壓力 (EP0) 之間的百分差異應該小于第二閾值 B, 即 (EP-EP0)/EP0 < B。 第三, 當前光學脈搏信號幅度 (OP) 和先前光學脈搏信號幅度 (OP) 之間的百分差異應該小 于第三閾值 C, 即 (OP-OP0)/OP0 < C。最后, 外部壓力和光學脈搏信號的加權組合幅度應該 小于第四閾值 D, 即 (μ×EP+OP)/(μ×EP0+OP0) < D。如果以上所有條件都滿足, 則無須袖 帶校準程序。否則, 就需要新的袖帶校準程序。
     在另一個實施例, 提供了一種靜態校準程序作為以上所述動態校準程序的替代。 例如, 裝置 200 不需要附在驅動單元上, 且測量位置不需要對準最佳位置。而是, 測量位置 和最佳位置之間的未對準由處理單元 106 根據不同位置的光學脈搏信號的歸一化幅度進 行補償。
     在圖 8b 所示的歸一化后的幅度陣列中, 右列中央區域有最大數值 0.20, 相比較而 言, 右列有較大的歸一化幅度, 左列有較小的歸一化幅度。那么可以確定有 0.20 歸一化幅 度的區域應為最佳位置。因為當前裝置 200 的中心稍稍偏離了最佳位置, 所以由壓力傳感 器測量的壓力脈搏信號要小于在最佳位置上測量的。根據這一點, 處理單元 106 將確定所 需的血壓計算的調整, 比如增加壓力脈搏信號的系數。
     在一個示例的實施例中, 在當前的最佳位置上和最優外部壓力條件下的壓力脈搏 信號和 / 或光學脈搏信號的特征與先前的信號特征進行比較, 是依據 4 個不同的閾值實施 的。第一, 當前壓力脈搏信號幅度 (PP) 應該大于第一閾值 A, 即 PP > A。第二, 當前外部壓 力 (EP) 和先前外部壓力 (EP0) 之間的百分差異應該小于第二閾值 B, 即 (EP-EP0)/EP0 < B。 第三, 當前光學脈搏信號幅度 (OP) 和先前光學脈搏信號幅度 (OP) 之間的百分差異應該小 于第三閾值 C, 即 (OP-OP0)/OP0 < C。最后, 外部壓力和光學脈搏信號的加權組合幅度應該 小于第四閾值 D, 即 (μ×EP+OP)/(μ×EP0+OP0) < D。如果以上所有條件都滿足, 則無須袖 帶校準程序。否則, 就需要新的袖帶校準程序。
     在另一個實施例, 提供了一種靜態校準程序作為以上所述動態校準程序的替代。 例如, 裝置 200 不需要附在驅動單元上, 且測量位置不需要對準最佳位置。而是, 測量位置 和最佳位置之間的未對準由處理單元 106 根據不同位置的光學脈搏信號的歸一化幅度進 行補償。
     在圖 8b 所示的歸一化后的幅度陣列中, 右列中央區域有最大數值 0.20, 相比較而 言, 右列有較大的歸一化幅度, 左列有較小的歸一化幅度。那么可以確定有 0.20 歸一化幅 度的區域應為最佳位置。因為當前裝置 200 的中心稍稍偏離了最佳位置, 所以由壓力傳感 器測量的壓力脈搏信號要小于在最佳位置上測量的。根據這一點, 處理單元 106 將確定所 需的血壓計算的調整, 比如增加壓力脈搏信號的系數。
     在一個實施例中, 通過段落
     中所述的比較, 先確定是否需要袖帶校準。如 果不需要袖帶校準, 則在動態校準和靜態校準之間選擇一個模式運行。如果選擇了靜態校準, 那么就需確定最佳位置。在假設裝置 200 放置得足夠靠近最佳位置時, 最佳位置應為光 接收器可以探測到多個位置中的一個, 在確定了該最佳位置之后, 就可由處理單元 106 計 算位置偏移的補償。如果選擇了動態校準, 那么裝置 200 就需要通過驅動單元或者手動的 方式移動到最佳位置上。 這兩種模式區別在于, 動態模式將測量位置移動到最佳位置, 而靜 態模式由存儲在處理單元 106 內的算法對測量位置的未對準 (misalignment) 進行補償。
     在本發明中, 血壓 (BP), 如收縮壓、 舒張壓和 / 或平均血壓, 主要是通過壓力脈搏 信號進行計算的。光學脈搏信號, 和 / 或光學信號的直流部分, 和 / 或外部壓力都可以用做 血壓計算的補償參數。
     在一個示例的實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP, 其中 a 和 b 是從袖 帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度。
     在另一個實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP+d*OP+e*OD, 其中 a、 b、 d 和 e 是從袖帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度, OP 是光學脈搏信號 的幅度, OD 是光學信號的直流部分。
     在一個示例的實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP, 其中 a 和 b 是從袖 帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度。
     在另一個實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP+d*OP+e*OD, 其中 a、 b、 d 和 e 是從袖帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度, OP 是光學脈搏信號 的幅度, OD 是光學信號的直流部分。
     在又一個實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP+c*EP+d*OP+e*OD, 其中 a、 b、 c、 d 和 e 是從袖帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度, EP 是外部 壓力, OP 是光學脈搏信號的幅度, OD 是光學信號的直流部分。 在段落
     到
     中所描述的所有公式均可以更加復雜, 多個壓力信號和 / 或多個光學信號可以同時用于血壓計算 ; 并且計算公式并不限于線性公式, 也可以是非線 性的, 其中包括模糊邏輯算法、 人工神經網絡計算等。通常意義上, 血壓可以由一個有 PP、 EP、 OP 和 / 或 OD 的函數表達, 即:
     BP = f(PP1, ..., PPm, EP1, ..., EPn, OP1, ..., OPi, OD1, ..., ODj)。
     在另一個實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP+d*OP+e*OD, 其中 a、 b、 d 和 e 是從袖帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度, OP 是光學脈搏信號 的幅度, OD 是光學信號的直流部分。
     在又一個實施例中, 用戶的血壓計算公式是 BP = a+b*PP+c*EP+d*OP+e*OD, 其中 a、 b、 c、 d 和 e 是從袖帶校準程序中得到的預定參數, PP 是壓力脈搏信號的幅度, EP 是外部 壓力, OP 是光學脈搏信號的幅度, OD 是光學信號的直流部分。 在段落
     到
     中所描述的所有公式均可以更加復雜, 多個壓力信號和 / 或多個光學信號可以同時用于血壓計算 ; 并且計算公式并不限于線性公式, 也可以是非線 性的, 其中包括模糊邏輯算法、 人工神經網絡計算等。通常意義上, 血壓可以由一個有 PP、 EP、 OP 和 / 或 OD 的函數表達, 即:
     BP = f(PP1, ..., PPm, EP1, ..., EPn, OP1, ..., OPi, OD1, ..., ODj)。
     在一個示例的實施例中, 袖帶校準可基于多個參考點進行。在采集多個參考點上 的光學脈搏信號、 壓力脈搏信號、 外部壓力以及由傳統袖帶測量的參考血壓值之后, 基于這 些數據, 段落
     中的公式的預定參數 a ~ e 被計算出來, 用于估算血壓。如圖 9 所示 為, 在一段長達 60 分鐘的運動 - 休息重復過程中, 這種方法所估測的血壓值與參考值之間 的比較。經計算, 血壓估測值與標準血壓計測量的參考值之間的差異僅為 3.0±3.6mmHg。
     雖然參照所述實施例已經特別顯示和描述了本發明, 本領域的技術人員應當理 解, 在不脫離本發明精神和范圍的前提下, 還可以做出若干改進和細節上的修改, 并且這些 改進和細節上的修改也應視為本發明的保護范圍。因此本發明并不限于在此描述的實施 例。
    

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