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无创血压计

血压是人体最主要的传统监护指标之一,血压的测量在医学上具有重要意义。相比于有创的测量方法,无创测量具有方便和不易感染的优点,在血压测量中被广泛采用。经典的无创测量方法主要有柯氏音法、超声法。此外,能够连续测量的动脉张力法、容积补偿法、脉搏波速传导法和脉搏波特征参数测定法也有着广阔的应用空间和市场前景。

血压测量原理及特点

血压是重要的人体生理参数指标,具有重要的医学意义,是高血压及休克等多种疾病状态的关键性临床指标。在临床上,测量各个心腔及周围血管的血压,是评估心血管系统功能的重要指标之一,目前已经有多种方法测定血压波形和血压值。常用的血压测量方法有准确度较高的有创血压监测和无创血压监测。对于不同的应用场景和需求,也产生了多种监测设备,主要分为家庭使用的便携设备、医院常规检查设备以及重症病人的监测设备。

有创的测量手段多用于医院临床监护,被认为是血压测量的金标准,包括中心静脉压力监测、创伤性动脉血压监测、血流动力学监测和血压测量中的动态响应优化。目前已经应用于各大医院的重症监护室、手术室、心脏导管室。 有创的监测手段测量精度高,多集成在医院的综合性生理指标监测设备,该方法的血压测量精度和连续性已经较为成熟,足够用于分析。有创带来的感染问题可以由医院的护理人员处理。

无创血压监测主要包括柯氏音法、测振法、超声法、双袖带法、恒定袖带法、逐拍跟踪法、张力测定法、恒定容积法等,其中振动法由于其有较好的抗干扰能力,能比较可靠地判断血压、实现血压的自动检测,在无创血压监测中应用最广。张力测定法无法避免机体环境变化时发生的外力和内力不平衡引起的误差;容积法虽然较为成熟,却无法避免长时间测量时静脉充血的影响,存在难以长期保持局部的压力的巍峨提。基于这些原理的血压计主要有,其水银式血压计、电子血压计及基于容积振动法的血压检测装置等。水银式血压计无创血压测量的"金标准",被业界广泛认可。然而,水银血压计的使用要求较高,对于非医学从业人员尤其是年长老人群体操作使用时存在着一定困难。目前市场有成熟的便携电子血压计,适合家庭中使用。电子血压计大都采用了示波法的原理。然而便携电子血压计检测上也存在缺陷,血压测量精度问题难以解决,通常只用于有高血压等疾病的患者家庭中使用。脉搏波传导时间(PTT)的检测法近年来发展较快,但由于影响因素多,个体差异性大,测量精度有待提高。容积法(振动法)是通过袖带加压中容积脉搏波的变化而确定血管内部压力的测量方法。该方法易于实现电子自动化数字化测量,且测量精度较高。但是,该方法只能直接检测出收缩压,舒张压需通过间接计算,误差较高,甚至可达10%。无创血压计的主要厂家有欧姆龙、爱安德、鱼跃等,主要产品有欧姆龙上臂式血压U12、鱼跃上臂式YE670A等型号,此外迈克大夫等各厂家还拥有不同的心血管监测的专利技术。近年来主要的突破主要是价格的压缩和便携性的提高,在监测准确度上依然不如有创的方法,大部分设备的原理也仍然是振荡法。

目前对于振荡法的改进主要有采用先进的、严格控制的线性放气过程的硬件设备的改进以及通过综合频谱分析、小波变换、神经网络和基于奇异值矩阵分解的新型曲线拟合算法等信号处理的方法来寻找压力波形的特征计算血压等生理参数。进一步提高测量准确度的方法包括采用操作较复杂的双袖带检测法以及针对不同人群(如区分年龄、性别、体重等个人特征)调整检测算法,调整参数。

血压监测设备的优化改进

近年来对于无创血压计的改进主要集中于对于监测算法的改进和成本的降低以及小型化便携化,无创血压监测最大的应用市场。针对生理信号的特征提出了许多不同的监测方法,如基于容积脉搏波振幅梯度的血压检测法。一些监测连续信号的仪器也推出了监测心房颤动等疾病的监测算法。小型化设备的进展也有不少,例如进军医疗领域的苹果公司的Apple Waltch,心率和血压监测已经通过美国食品药品监督管理局(FDA)的认证。老牌厂商欧姆龙也推出了一款名为HeartGuide的手表,具备监测血压心率和睡眠质量的功能,并且可以通过蓝牙连接。

目前的主流电子血压计采用的振动法主要经历了三个阶段的发展。第一代电子血压计(G1-NIBPM)采用固定加压和机械排气技术,加压方式和效果类似水银血压计的手动充气。由于机械式慢速排气阀存在明显压迫感和精度低、寿命短等缺点,已经很少被采用。第二代电子血压计(G2-NIBPM)采用智能加压和电子控制伺服技术,提高了舒适度和测量结果的稳定性。三、 第三代电子血压计(G3-NIBPM)采用加压同步测量技术,加压速度均匀,并在加压的过程中进行血压测量,提高了测量的速度。第二代电子血压计技术主要用于上臂式电子血压计;第三代电子血压计技术主要用于手腕式电子血压计。

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图1 腕式、臂式血压计和能监测血压的手表

近年来,连续监测技术的发展使得无创测量的方法在每个心动周期内完成血压的测量,使得无创方法在健康监测和重症监测领域应用成为可能。对于连续的实时监护设备,多采用脉搏波(PTT)时间检测法,能够避免张力测定法与容积补偿法装置复杂成本高、检测难度大的缺陷。该方法利用血压升高动脉管壁会扩张降低动脉弹性和顺应性导致脉搏波传递速度加快,通过脉搏波的速度变化反应动脉血管压力的变化。脉搏波时间检测法不需要加压套袖,方便舒适,随着监测算法的改进,误差已经可以在平稳的情况下达到4mmHg,但是在运动等外部干扰下的表现不好,仍旧有待解决。该方法的发展有望取代一部分有创方法,对病人进行连续的生理特征监测。

此外动脉张力法也较为常见,市场化较早,也比较成熟,测量精度较高,无需每次定标。但是该方法测量桡动脉部位的动脉压力时难以保持位置固定,容易受到干扰。一些自动跟随的设备,如Bahr的改进张力计,也提高了监测的准确度。 动脉容积钳制法经过Tanoru和Yamakoshi等人的改进后,成为了另一种逐渐成熟的方法。该方法是在手指基部或中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,并采用红外方式监测脉搏波的变化。指套压力采用自动反馈系统,始终等于动脉压。但是由于该方法测量手指的压力时施加外部压力,长时间测量易引起静脉充血。由于测量部位的原因,准确度不如腕部和上臂的测量方法,但是指尖测量有望实现监护仪的微型化,检测部位和无创血糖的检测部位类似,便于和血氧血糖模块组成小型多生理信号检测设备。对于动脉张力法的主要改进包括,补偿器补偿心脏和指端的流体静力学压差,采用气动袖套等方法解决袖套和心脏不在同一水平位置等问题。此外,通过舒张压和收缩压的特征参数利用线性回归的方法得到血压值等算法的提出也在一定程度上提高了准确度。

目前有基于脉搏波的臂带式可穿戴设备和使用手机、蓝牙设备的便携监测。能够用于长时间血压的连续监测。考虑到大部分家庭用的电子血压计使用者都是年纪较大的人,针对老年人进行的易操作改进和安全性也在市场产品中不断涌现。目前,200元以下的电子血压计已经基本满足家用需求,测量的准确度和水银柱式血压计相差不大。

参考文献

[1]Andreas Patzak,Yuri Mendoza,Heiko Gesche,Martin Konermann. Continuous blood pressure measurement using the pulse transit time: Comparison to intra-arterial measurement[J]. Blood Pressure,2015,24(4).

[2]株式会社爱安德. 血压计: 日本,201730034188.6 2[P]. 2017-07-28.