摘要：本文介紹一種新型的血壓Holter，它將微處理器控制的血壓檢測(cè)模塊與掌上電腦結(jié)合實(shí)現(xiàn)血壓數(shù)據(jù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸。血壓檢測(cè)采用振動(dòng)測(cè)量法原理, 由微處理器控制氣泵、氣閥開關(guān), 實(shí)現(xiàn)袖套的充放氣,袖套內(nèi)壓力信號(hào)經(jīng)壓力傳感器檢測(cè)、放大和濾波后由APD 轉(zhuǎn)換器采集, 通過串口傳給掌上電腦進(jìn)行分析處理,確定血壓參數(shù)。掌上電腦還兼具參數(shù)設(shè)置、波形瀏覽、參數(shù)統(tǒng)計(jì)與遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋１狙芯拷柚苿?dòng)計(jì)算技術(shù),較好地解決了現(xiàn)有設(shè)備因缺乏遠(yuǎn)程傳輸能力而應(yīng)用范圍受限的問題, 可望廣泛地用于社區(qū)診所、家庭病房、醫(yī)院等多種場(chǎng)合血壓信息的收集, 應(yīng)用前景十分廣闊。
關(guān)鍵詞：血壓；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；掌上電腦

引言

高血壓是嚴(yán)重威脅人類身體健康的慢性疾病之一。動(dòng)脈血壓作為人體最重要的生命指征之一, 對(duì)高血壓疾病的診斷、危重病人的監(jiān)護(hù)具有重要的價(jià)值。由于動(dòng)態(tài)血壓比偶測(cè)血壓具有較多優(yōu)勢(shì)因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用, 目前國(guó)內(nèi)已研究開發(fā)出一些動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)Holter 系統(tǒng)[1 - 3 ] 。近年來, 隨著醫(yī)療體制改革的深入, 社區(qū)醫(yī)療、家庭護(hù)理模式正逐步興起, 迫切需要大量適用于家庭、社區(qū)診所使用的醫(yī)療設(shè)備, 而具有遠(yuǎn)程通信能力是這類設(shè)備的共同特征。針對(duì)現(xiàn)有血壓Holter 缺乏遠(yuǎn)程的傳輸能力, 存儲(chǔ)空間有限的問題, 最近我們結(jié)合掌上電腦小巧靈活、計(jì)算能力較強(qiáng)、支持遠(yuǎn)程通信的特點(diǎn),研制成功了一種具有遠(yuǎn)程傳輸能力的新型血壓Holter。本文介紹整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 總體設(shè)計(jì)

血壓測(cè)量方法目前主要有柯氏音法和振動(dòng)法(oscillometric method) 兩種。由于振動(dòng)法較柯氏音法具有抗干擾能力強(qiáng), 測(cè)量可靠, 便于實(shí)現(xiàn)血壓自動(dòng)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn), 本研究選擇采用了振動(dòng)法[3 ] 。為了增加儀器的遠(yuǎn)程傳輸和存儲(chǔ)能力, 本研究進(jìn)一步引入了掌上電腦。整個(gè)血壓Holter 由血壓檢測(cè)模塊和掌上電腦兩部分組成。其中, 檢測(cè)模塊是一內(nèi)置微處理器的智能模塊, 負(fù)責(zé)氣泵的充放氣控制和袖套內(nèi)壓力信號(hào)的檢測(cè)、放大與采集; 掌上電腦負(fù)責(zé)充放氣閾值與測(cè)量間隔等測(cè)量參數(shù)的設(shè)置, 血壓波形數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)以及記錄波形、數(shù)據(jù)的回放和遠(yuǎn)程傳輸。我們選用的是聯(lián)想天璣2000 掌上電腦, 它的主要配置為32 位RISC、主頻為75MHz 的Philips PR31700 處理器, 8M 隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM) , 16M 只讀存儲(chǔ)器(ROM) 和240 ×320 帶EL 背景光和壓感輸入的液晶屏幕。其它配置包括內(nèi)置麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器及33.6Kbps 軟Modem , RS232 擴(kuò)展口以及手寫輸入筆等。此外, 整機(jī)不含電池重量?jī)H為230 克。上述配置能很好地滿足血壓參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的要求。圖1 為整個(gè)血壓Holter 的功能框圖, 檢測(cè)模塊與掌上電腦之間通過RS232 接口實(shí)現(xiàn)通信, 而掌上電腦利用其內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器, 通過電話線與中心站服務(wù)器建立遠(yuǎn)程通信。

圖1 血壓Holter 功能框圖
2 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件電路由壓力信號(hào)檢測(cè)、充放氣控制、微處理器和通信接口電路各部分組成。這里重點(diǎn)介紹血壓信號(hào)檢測(cè)電路、微處理器和電源電路。

2.1 血壓信號(hào)檢測(cè)電路

由于血壓信號(hào)幅度小, 壓力傳感器的選擇十分關(guān)鍵。我們選用美國(guó)SMI 公司生產(chǎn)的SMI5310 表面安裝微型壓力傳感器, 測(cè)壓范圍為0～5psi ( (0～35kPa) , 具有靈敏度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn), 能很好滿足血壓測(cè)量范圍的要求。由于測(cè)量時(shí)壓力傳感器獲得的信號(hào)是袖帶充放氣和動(dòng)脈搏動(dòng)產(chǎn)生的復(fù)合壓力信號(hào), 且脈搏波信號(hào)遠(yuǎn)小于充放氣產(chǎn)生的壓力信號(hào), 為了提取血壓信號(hào), 我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了血壓檢測(cè)電路(圖2) 。壓力傳感器輸出信號(hào)首先被送到前置放大器放大。AD620 是一種高性能儀表放大器, 它具有精度高、功耗低、共模抑制比高、增益控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn), 非常適合于生理信號(hào)放大以及在電池供電條件下使用。因此, 我們選擇作為前置放大器。根據(jù)壓力傳感器滿量程輸出電壓和后述APD轉(zhuǎn)換器輸入量程電壓, 最后確定前置放大器的放大倍數(shù)為25 倍。為了消除由于病人活動(dòng)可能給測(cè)量帶來的影響, 前置放大器輸出信號(hào)被送到低通濾波器, 消除高頻干擾。低通濾波器輸出一路被送到APD 轉(zhuǎn)換器通道1 , 另一路被繼續(xù)送到高通濾波器, 檢出的脈搏波信號(hào)最后經(jīng)放大后被送到APD轉(zhuǎn)換器通道2。這里我們充分利用了混合信號(hào)中脈搏波信號(hào)和袖帶充放氣壓力信號(hào)在頻率和幅度上的差異。由于脈搏波信號(hào)遠(yuǎn)小于袖帶充放氣壓力信號(hào), 因此低通濾波器輸出可直接作為監(jiān)測(cè)袖套內(nèi)“靜態(tài)”壓力的指征。而由于充放氣壓力信號(hào)的頻率比較低, 因此利用高通濾波器就可以從混合信號(hào)中方便地檢出脈搏波信號(hào)。上述各放大和濾波電路均采用通用運(yùn)算放大器LM324 , 這樣只用一片IC就可實(shí)現(xiàn)血壓信號(hào)的檢測(cè)。最后, 確定低通和高通濾波器的截止頻率分別為20Hz 和0.5Hz。

圖2 血壓信號(hào)檢測(cè)電路框圖
2.2 微處理器

微處理器是整個(gè)血壓檢測(cè)模塊的中心, 它實(shí)現(xiàn)充放氣控制、血壓信號(hào)實(shí)時(shí)采集處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與掌上電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸。為了滿足上述要求, 同時(shí)考慮到血壓Holter 長(zhǎng)時(shí)間工作和隨身攜帶的特點(diǎn), 最后我們選用了美國(guó)TI 公司新近推出的MSP430F149 微處理器[4 ] 。該微處理器具有低電壓工作、多種省電工作模式、內(nèi)置多路12 位高速APD 轉(zhuǎn)換器、Flash 存儲(chǔ)器、雙路定時(shí)計(jì)數(shù)器、UART通信接口和支持現(xiàn)場(chǎng)編程等突出特點(diǎn)。這些使得它非常適合應(yīng)用于信號(hào)采集系統(tǒng)、電池供電便攜式裝置、超長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的設(shè)備等領(lǐng)域。本儀器中我們利用Timer A 和Timer B 定時(shí)中斷, 結(jié)合APD 轉(zhuǎn)換器通道1 和通道2 記錄袖帶內(nèi)和脈搏波壓力信號(hào), 利用PORTA. 1 和PORTA. 2 兩個(gè)IPO 口去控制氣泵的充氣和氣閥的放氣, 利用UART 串行接口實(shí)現(xiàn)與掌上電腦的數(shù)據(jù)通信。

2.3 電源設(shè)計(jì)

血壓Holter 屬于電池供電、超長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的便攜式儀器, 電源設(shè)計(jì)十分重要。本研究采用2節(jié)5 號(hào)電池, 結(jié)合升壓與穩(wěn)壓器件, 確保了系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定供電。首先利用高效率低噪音電荷泵DC- DC 變換器TPS60100 將寬輸入范圍1.8～3.6V 變換到3.8V。然后, 利用低壓差線性穩(wěn)壓芯片TPS76033 產(chǎn)生3.3V 穩(wěn)壓, 其輸出送到ADM660 產(chǎn)生- 3.3V 穩(wěn)壓, 作為運(yùn)算放大器的負(fù)電源。

3 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)血壓Holter 軟件包括微處理器和掌上電腦兩部分。為了提高開發(fā)效率, 微處理器程序采用嵌入式C 語言編程, 它實(shí)現(xiàn)充放氣控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和傳送。掌上電腦程序在Win CE310 中文操作系統(tǒng)上采用Microsoft Embedded Visual Tools 開發(fā), 它實(shí)現(xiàn)測(cè)量參數(shù)設(shè)置、波形實(shí)時(shí)分析、波形瀏覽、參數(shù)統(tǒng)計(jì)與遠(yuǎn)程傳輸。血壓測(cè)量時(shí)微處理器和掌上電腦的程序流程框圖分別如圖3A 和圖3B 所示。下面我們介紹血壓測(cè)量數(shù)據(jù)采集、分析和電源管理和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。