基于电子柯氏音的血压测量系统设计

摘要

随着社会老龄化的加剧和不健康生活方式的日益严重，高血压等心脑血管疾病已经成为威胁人类健康的主要疾病，人们正在逐步重视心脑血管疾病的预防与控制。血压是衡量心脏与血管健康状况的重要生理指标，对其进行准确的测量是心、脑血管疾病预防与控制的基础。目前，无创血压测量主要使用水银血压计和电子血压计。水银血压计采用柯氏音听诊法测量，该方法是临床无创血压测量的“金标准”，具有广泛的适应性。然而，它的制作和报废过程中存在汞污染，会对环境造成较大损害。当前商用的电子血压计基本采用示波法的测量原理，其血压计算的关键参数通过统计的方法得出，因此该方法对大众人群的血压测量较为准确，但对一些特殊人群（如心律不齐患者），其血压测量准确性将大大降低。
　　针对上述无创血压测量存在的问题，本文提出一种基于柯氏音的电子血压测量系统方案，模拟柯氏音听诊法测量血压的实际过程，设计并制作了血压测量系统样机，对其血压测量效果进行初步评估。在设计中，分别利用PVDF和驻极体传感器检测柯氏音信号，比较两者各自的特点，为柯氏音传感器的优化设计提供参考依据。所设计的血压测量系统主要包括柯氏音测量模块、袖带压测量模块、数据采集与控制单元和上位机软件。在硬件设计方面，以STM32微控制器为核心，分别设计了柯氏音信号和袖带压信号的采集与处理电路、充气泵和放气阀的驱动电路、串口通信电路等。在软件设计方面，采用C语言编写微控制器的采集与控制程序，采用G语言编写了LabVIEW上位机软件。在血压测量实验中，使用驻极体传感器的情况下，收缩压测量平均误差为3.3mmHg，标准差为1.4mmHg，舒张压测量平均误差为3.9mmHg，标准差为2.1mmHg;使用PVDF传感器的情况下，收缩压测量平均误差为3.5mmHg，标准差1.9mmHg，舒张压测量平均误差为3.6mmHg，标准差为2mmHg。测量误差符合AAMI标准，达到商用电子血压计测量准确性的要求，且较实验中所使用的示波法电子血压计测量准确性有所提高，从而验证了该方法的可行性。此外，对收缩压和舒张压出现时刻的柯氏音信号特征进行了初步分析，为后续基于柯氏音的血压自动判别算法的研究奠定基础。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与现状

1．2 课题研究的目的与意义

1．3 本文主要工作

第二章 无创血压测量原理与方法

2．1 动脉血压的形成

2．2 无创血压测量原理

2．3 无创血压测量方法

2．3．1 示波法

2．3．2 柯氏音听诊法

2．4 本章小结

第三章 系统硬件电路设计

3．1 系统硬件电路的总体设计

3．2 MIC传感器与PVDF传感器的柯氏音信号采集电路

3．2．1 MIC传感器

3．2．2 PVDF传感器

3．2．3 MIC传感器的偏置与差分放大电路

3．2．4 带通滤波电路

3．2．5 50Hz陷波电路

3．2．5 二级放大电路

3．2．6 电压抬升电路

3．2．7 音频功率放大电路

3．3 压力信号的采集电路

3．4 充气泵和放气阀控制电路

3．5 MCU最小系统

3．6 串口通信电路

3．7 按键电路

3．8 电源转换电路

3．9 硬件电路实物图

3．1 0本章小结

第四章 系统的软件设计

4．1 STM32微控制器的软件设计

4．1．1 主程序设计

4．1．2 A/D采集程序设计

4．1．3 PID算法程序设计

4．1．4 定时器中断程序设计

4．1．5 串口程序

4．1．6 PWM波程序

4．2 上位机通信软件设计

4．3 本章小结

第五章 实验与结果分析

5．1 实验平台搭建

5．2 压力测量标定实验

5．2．1 压力传感器的调零校准

5．2．2 压力传感器的静态标定实验

5．2．3 压力传感器的动态验证实验

5．3 放气速度测试实验

5．4 通信正确性实验

5．5 柯氏音测量实验

5．6 血压测量实验

5．7 收缩压与舒张压出现时刻的柯氏音特征分析

5．8 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢