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模塊與掌上電腦結合實現血壓數據的自動監測和遠程傳輸。血壓檢測采用振動測量法原理, 由微處理器控制氣泵、氣閥開關, 實現袖套的充放氣,袖套內壓力信號經壓力傳感器檢測、放大和濾波后由APD 轉換器采集, 通過串口傳給掌上電腦進行分析處理,確定血壓參數。掌上電腦還兼具參數設置、波形瀏覽、參數統計與遠程傳輸等功能。本研究借助移動計算技術,較好地解決了現有設備因缺乏遠程傳輸能力而應用范圍受限的問題, 可望廣泛地用于社區診所、家庭病房、醫院等多種場合血壓信息的收集, 應用前景十分廣闊。
關鍵詞：血壓；遠程監護；掌上電腦

引言

高血壓是嚴重威脅人類身體健康的慢性疾病之一。動脈血壓作為人體最重要的生命指征之一, 對高血壓疾病的診斷、危重病人的監護具有重要的價值。由于動態血壓比偶測血壓具有較多優勢因而得到了越來越廣泛的應用, 目前國內已研究開發出一些動態血壓監測Holter 系統[1 - 3 ] 。近年來, 隨著醫療體制改革的深入, 社區醫療、家庭護理模式正逐步興起, 迫切需要大量適用于家庭、社區診所使用的醫療設備, 而具有遠程通信能力是這類設備的共同特征。針對現有血壓Holter 缺乏遠程的傳輸能力, 存儲空間有限的問題, 最近我們結合掌上電腦小巧靈活、計算能力較強、支持遠程通信的特點,研制成功了一種具有遠程傳輸能力的新型血壓Holter。本文介紹整個系統的設計與實現。

1 總體設計

血壓測量方法目前主要有柯氏音法和振動法(oscillometric method) 兩種。由于振動法較柯氏音法具有抗干擾能力強, 測量可靠, 便于實現血壓自動檢測的優點, 本研究選擇采用了振動法[3 ] 。為了增加儀器的遠程傳輸和存儲能力, 本研究進一步引入了掌上電腦。整個血壓Holter 由血壓檢測模塊和掌上電腦兩部分組成。其中, 檢測模塊是一內置微處理器的智能模塊, 負責氣泵的充放氣控制和袖套內壓力信號的檢測、放大與采集; 掌上電腦負責充放氣閾值與測量間隔等測量參數的設置, 血壓波形數據分析、存儲以及記錄波形、數據的回放和遠程傳輸。我們選用的是聯想天璣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 隨機存儲器(RAM) , 16M 只讀存儲器(ROM) 和240 ×320 帶EL 背景光和壓感輸入的液晶屏幕。其它配置包括內置麥克風、揚聲器及33.6Kbps 軟Modem , RS232 擴展口以及手寫輸入筆等。此外, 整機不含電池重量僅為230 克。上述配置能很好地滿足血壓參數遠程監測的要求。圖1 為整個血壓Holter 的功能框圖, 檢測模塊與掌上電腦之間通過RS232 接口實現通信, 而掌上電腦利用其內置調制解調器, 通過電話線與中心站服務器建立遠程通信。

圖1 血壓Holter 功能框圖
2 硬件設計

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

2.1 血壓信號檢測電路

由于血壓信號幅度小, 壓力傳感器的選擇十分關鍵。我們選用美國SMI 公司生產的SMI5310 表面安裝微型壓力傳感器, 測壓范圍為0～5psi ( (0～35kPa) , 具有靈敏度高、穩定性好的優點, 能很好滿足血壓測量范圍的要求。由于測量時壓力傳感器獲得的信號是袖帶充放氣和動脈搏動產生的復合壓力信號, 且脈搏波信號遠小于充放氣產生的壓力信號, 為了提取血壓信號, 我們進一步設計了血壓檢測電路(圖2) 。壓力傳感器輸出信號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、增益控制簡單的特點, 非常適合于生理信號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。根據壓力傳感器滿量程輸出電壓和后述APD轉換器輸入量程電壓, 最后確定前置放大器的放大倍數為25 倍。為了消除由于病人活動可能給測量帶來的影響, 前置放大器輸出信號被送到低通濾波器, 消除高頻干擾。低通濾波器輸出一路被送到APD 轉換器通道1 , 另一路被繼續送到高通濾波器, 檢出的脈搏波信號最后經放大后被送到APD轉換器通道2。這里我們充分利用了混合信號中脈搏波信號和袖帶充放氣壓力信號在頻率和幅度上的差異。由于脈搏波信號遠小于袖帶充放氣壓力信號, 因此低通濾波器輸出可直接作為監測袖套內“靜態”壓力的指征。而由于充放氣壓力信號的頻率比較低, 因此利用高通濾波器就可以從混合信號中方便地檢出脈搏波信號。上述各放大和濾波電路均采用通用運算放大器LM324 , 這樣只用一片IC就可實現血壓信號的檢測。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 血壓信號檢測電路框圖
2.2 微處理器

微處理器是整個血壓檢測模塊的中心, 它實現充放氣控制、血壓信號實時采集處理、數據存儲以及與掌上電腦之間的數據傳輸。為了滿足上述要求, 同時考慮到血壓Holter 長時間工作和隨身攜帶的特點, 最后我們選用了美國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、內置多路12 位高速APD 轉換器、Flash 存儲器、雙路定時計數器、UART通信接口和支持現場編程等突出特點。這些使得它非常適合應用于信號采集系統、電池供電便攜式裝置、超長時間連續工作的設備等領域。本儀器中我們利用Timer A 和Timer B 定時中斷, 結合APD 轉換器通道1 和通道2 記錄袖帶內和脈搏波壓力信號, 利用PORTA. 1 和PORTA. 2 兩個IPO 口去控制氣泵的充氣和氣閥的放氣, 利用UART 串行接口實現與掌上電腦的數據通信。

2.3 電源設計

血壓Holter 屬于電池供電、超長時間連續工作的便攜式儀器, 電源設計十分重要。本研究采用2節5 號電池, 結合升壓與穩壓器件, 確保了系統的長時穩定供電。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, 利用低壓差線性穩壓芯片TPS76033 產生3.3V 穩壓, 其輸出送到ADM660 產生- 3.3V 穩壓, 作為運算放大器的負電源。

3 軟件設計

整個血壓Holter 軟件包括微處理器和掌上電腦兩部分。為了提高開發效率, 微處理器程序采用嵌入式C 語言編程, 它實現充放氣控制、數據實時采集和傳送。掌上電腦程序在Win CE310 中文操作系統上采用Microsoft Embedded Visual Tools 開發, 它實現測量參數設置、波形實時分析、波形瀏覽、參數統計與遠程傳輸。血壓測量時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量數據采集、分析和電源管理和遠程數據傳輸。