电子血压计的设计

在医疗系统中有大量用于临床的无创血压监护仪和多参数监护仪等设备，其共同的特点是动态无创测量人体血压(收缩压和舒张压)。血压测量准确与否关系到广大人民群众生命健康安全。国家把血压计列为国家强制检定计量器具。目前大部分无创式的电子血压计采用示波法测量血压。计量部门对这些血压测量器具只能检定其静态指标，对于其测量血压(收缩压舒张压)准确度的检定，没有确实可行的方法和手段。因此很有必要对示波法电子血压计测量血压准确度的检定方法进行探讨。
一.示波法电子血压计的原理
血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，也即压强。也就是说血管内血液的静压就是血压。
人体的血压是随时间周期变化的，收缩压是指血压的最大值，舒张压是指血压的最小值，见图1。

血压计所要测量的量就是收缩压和舒张压。而示波法测量血压，就是当绑在手臂上的袖带压力比血管收缩压高出约60mmHg时，血管被阻断。随着袖带压力的下降血管由阻断变导通，这一过程就会在袖带中产生一系列的小脉冲，见图2。把小脉冲拾取出来，将其峰值连成曲线，得出包络线，见图3。根据包络线的形状，找出相应的特征点判别出收缩压和舒张压。

包络线的形状主要受收缩压、舒张压、血管和手臂力学特性等参量影响。其中收缩压和舒张压是主要影响参量。而示波法血压测量没有完善的理论推导，使得特征点的确定只能依赖采集样本的统计归纳，因而可以说示波法测量血压是基于统计的方法，有一定的离散性。

二.检定方法
示波法电子血压计的检定分两部分：静态和动态。
静态检定是指血压计传感器测压准确度的检定。这是一个常规检定，在这里不作讨论。
动态检定是指对血压计测量收缩压、舒张压准确度的检定。目前国内外都没有确实可行的血压计动态检定方法。本文章作重点讨论。1．由血压计的测量可看出，动态检定最有效的方法是产生一个标准的收缩压和舒张压量，给血压计测量。血压计的测量结果与标准值的差值即为血压计测量收缩压和舒张压的基本误差。
△Pd=Pdj－Pdb；
△Ps=Psj－Psb；
其中：
△Pd：血压计舒张压基本误差；
△Ps：血压计收缩压基本误差；
Pdj：血压计舒张压测量值；
Pdb:舒张压标准值；
Psj:血压计收缩压测量值；
Psb:收缩压标准值；
这个方法有两个主要部分：产生标准的收缩压、舒张压；使该标准值能被血压计测量。
(l)产生标准的收缩压、舒张压
从收缩压和舒张压的定义可看出，标准收缩压和舒张压的产生实际上就是要产生一个标准的模拟血压波，使其峰值和谷值的准确度应满足检定要求。从血压的定义可确定：由于血压是指静压，因此不论模拟血压波的压力介质是液体还是气体都不会对检定产生附加的不确定度。
(2)使标准的收缩压、舒张压能被血压计测量。
示波法电子血压计(以下简称血压计)是通过绕扎在手臂上的袖带中的压力由高到底的变化过程中，手臂肱动脉由阻断到导通，使得袖带中的压力叠加上一系列压力小脉冲。血压计感应这些信号，经过一定的运算，求出人体肱动脉的收缩压和舒张压。(手腕式的示波法电子血压计原理和手臂式的等同，在这里不作探讨。)
由此可见血压计的检定在产生标准的血压波信号后，必须有一个机构负责把血压波信号传递给血压计。这个传递机构等同于人体的手臂把血压传递给血压计，称为模拟手臂。模拟手臂的力学特性等效于人体手臂。
采用这种检定方法的优点是：
①符合量值传递的要求。
上述的检定方法是从血压的基本定义出发，从血压计的测量出发，产生标准的量值。这些量值能很容易的实现量值溯源。
②方法可靠。
采用这种方法检定血压计的过程与血压计测量血压的工作过程完全一样。因此可以说这种方法不存在方法上的附加误差。
②能完全的检定血压计。
这种方法把血压计的袖带也看成是血压计的一个传感部分进行检定。所以说它能完整的检定血压计。
要实现该检定方法从技术上说是有相当大难度的，标准血压波的产生和模拟手臂的制作难度都是很大的。国内外都没有实现该检定方法的手段。由广东省计量科学研究所和广东省医疗器械研究所共同研制的示波法电子血压计检定装置实现了这个检定方法。其标准收缩压和舒张压的不确定度为0.3kPa(2mmHg)。使得这个检定方法从设想变成现实。
2.从血压计的工作原理出发还可以得出另外一种检定方法。(严格的说这种方法不能完成量值传递的检定。)
这种方法的基本思路是还原包络线。它首先采集一定量的人群包络线，经过统计归纳确定出一条典型的包络线。这条包络线隐含着收缩压和舒张压的量值，即它标称着收缩压和舒张压的值。在检定的过程中通过一个装置经管路连接把这条典型的包络线还原给血压计。血压计传感器感应压力变化，拾取出该包络线，确定血压值。血压计测得值与典型包络线的血压标称值之差即为血压计测量血压的基本误差。这个方法的最大问题是包络线所标称的收缩压和舒张压量值无法通过常规的实验方法进行检定。也就是说它无法进行量值溯源。
目前国外有一些基于这种方法的装置。这些装置可用于血压计的研制开发和生产过程中的辅助校验，把它们用于日常的检定中是不合适的。