就示波法进行血压测量的有关问题的探讨
作者：罗岩 陈勇
单位：罗岩 广东省医疗器械研究所 陈勇 广东省计量科学研究所
关键词：
医疗一、示波法测量血压的原理
人体血压指的是动脉血管中脉动的血流对血管壁产生的侧向垂直于血管壁的压力。主动脉血管中垂直于管壁的压力的峰值为收缩压，谷值为舒张压。
目前市场上销售的家用电子血压计中的绝大多数是采用示波法原理来进行血压测量的。这种方法简单，相对可靠，便于采用电子线路的方法加以实现。其结果与医院中目前普遍采用的柯氏音法相比较，有着统计上的一致性。
示波法测量血压的过程与柯氏音法是一致的。都是将袖带加压至阻断肱动脉血流，然后缓慢减压，其间手臂中会传出声音及压力小脉冲。柯氏音法是靠人工识别手臂中传出的声音，并判读出收缩压和舒张压。而示波法则是靠仪器识别从手臂中传到袖带中的小脉冲，并加以差别，从而得出血压值。图1显示了一组血压值为120/80mmHg的血压波和袖带压力下降曲线，现将包络线的形成过程描述如下：肱动脉中的血压波如图1所示：将袖带中的压力加至180mmHg并缓慢排气，手臂中压力脉冲将传入袖带压力下降线中如图2所示；将叠加在袖带压力线中的小脉冲波拾取出来，并与袖带中的压力相对应，如图3所示；用小脉冲的峰值构成包络线，如图4所示；至此，就可以根据包络线进行血压值的差别了。
, 百拇医药
图1(纵轴mmHg横轴s)
图2(纵轴：mmHg横轴s)
图3(纵轴：mmHg横轴：mmHg)
图4(纵轴：mmHg横轴：mmHg)
各厂家的血压计的血压差别方法及校正方法是不完全相同的，有的采用最大上升斜率判别法、比值判别法、拐点判别法等，甚至将小脉冲数据转换成其他中间数据进行差别。虽然方法多样，但都是根据同样的测量过程来进行血压判别的。
二、影响包络线形状的因素
, 百拇医药
能否获得准确的包络线是能否准确稳定地测量血压的关键因素之一。影响包络线形状的因素非常多，而且十分复杂。在这里将这些因素分为二大类：测量系统因素和人体生理因素。
1.测量系统因素
a)排气速度：由于包络线是由心跳引起的小脉冲的峰值构成的，当心跳很慢而排气速度很快时，仪器能获得的有效小脉冲峰值就很少，从而使包络线变形。
b)数据处理方法：由于小脉冲是叠加在大的袖带压力之上的。例如，当被测者的血压很高时，很可能袖带内压力为290mmHg，而小脉冲的幅度只有0.3mmHg的情况；因此，系统有效数据的位数，脉冲识别方法及滤波器的性能直接影响包络线的形状。
c)系统稳定度：如图5所示，图中的包络线上有许多扰动，如果这样的扰动太强时，将严重影响包络线的特征，从而发生误判。
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d)绕扎袖带的松紧：袖带包扎在手臂上的松紧程度对包络线幅度的影响非常大，松与紧的幅度能相差一倍以上。
图5(纵轴：mmHg横轴：mmHg)
2.人体生理因素
人体手臂的力学特性十分复杂，包络线的形成涵盖了流体力学，弹性力学，生物材料力学等领域，至今尚无人写出令人满意的产生包络线的等效力学模型。通过我们的包络线合成实验，我们认为有如下一些人体生理因素影响包络线的生成。
a)血管的管径、壁厚、及弹性特征。
b)血管周围肌肉束的几何尺寸及力学特性；其软硬，大小，均对包络线的形状特别是峰值产生较大的影响。
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c)生物材料的粘弹体特性：人体肌肉、血管、结缔组织均属于粘弹体，其恢复特性在连续测量血压时，是引起包络线发生较大的改变的主要因素之一，虽然此时人体血值并没有改变，但血压测量值却发生了较大的变化。
d)人体的自我调节机制：如神经系统调节、体液调节等。我们曾做过下面试验，如图6所示，测量在袖带压力下与手臂周长与压力的关系：当袖带压力从0mmHg升到60mmHg时，手臂的周长迅速变小，继续加压，当袖带压力大于120mmHg时，手臂的周长反而增加，这是人体与普通弹性材料显著不同的地方之一。这个例子也从侧面说明了心理活动会影响包络线的形状，因为心理活动除了影响血压外，还能影响肌肉的张弛，从而引起包络线的变化。另外，体液变化也影响肌肉的力学特性，从而影响包络线的形状。这也是为什么有些人在测量血压时，虽然人体处于放松状态，柯氏音血压也没有改变，心理也相对平静，但是连续测量出的血压却有很大的变化的原因。
E)人体的包络线是手臂中多根动脉共同形成，这使得不同个体之间包络线的差异变大。
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图6(纵轴：cm横轴：mmHg)
三、包络线与血压的关系
就一般而言，收缩压分布在包络线上升沿的40%-80%的地方，舒张压分布在包络线下降沿50%-90%的地方，包络线的幅度一般在1mmHg-4mmHg之间。具体情况因人而异，同表1无创式血压测量与有创式血压测量的对比(单位：mmHg)一人在不同的状态下包络线也会有所不同。不同个体之间包络线的差异有时会是很大。
表1 无创式血压测量与有创式血压测量的对比(单位：mmHg) 测量方法
收缩压
舒张压
作者
方法(例数)
, 百拇医药
平均误差
标准差0
平均误差
标准差
Borow
示波法(30)
0.8
3.5
1.7
2.3
Colan
示波法(30)
1.8
, 百拇医药
4.7
0.8
4.2
Fitzgerald
柯氏音法(23)
12.3
-
8.3
-
Van Egmond
示波法(30)
-
6.5
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-
6.3
Nystrom
示波法(30)
0.68
0
13.6
0
Nielsen
柯氏音法(23)
8.8
9.0
10.8
, 百拇医药
6.8
O'Callaghan
柯氏音法(23)
4.4
1.3
9.2
1.0
柯氏音法(23)
7.0
1.6
10.4
1.1
Vardan
, 百拇医药
柯氏音法(23)
0.9
3
18
2.35
Gould
柯氏音法(23)
1
13.0
11
9.3
从上所述，可以看出影响准确获取包络线的因素很多，由于生物个体的差异性非常大，从群体的角度来看，一组血压值可以对应多条包络线，一条包络线也可以对应一个以上的血压值，甚至对于同一个个体来说，在连续测量血压时，同样一组血压值也对应着多条包络线，这也是为什么目前电子血压计的准确度，特别是重复性难以令人满意的原因之所在。
, 百拇医药
表1列出了国外一些有关的研究成果：示波法及柯氏音法与插入法的比较，从表中可以看出，插入法，柯氏音法及示波法相互间都存在着一些差距，插入法的准确度是无可非议的，柯氏音法的误差有时是相当大的，但是从医院的角度来说，由于柯氏音法经过了80多年的发展，国际上的许多医疗准则都是建立在柯氏音法血压之上的，就目前而言，家用电子血压计的统计以柯氏音法为准则，是比较可行的。从我们的实验结果来看，包络线是血压波，血管参数及肌肉参数的函数，目前尚未能得到这一函数关系，虽然我们认为这个函数是精确存在的，但是，如果要从包络线中获得准确的血压，还必须知道其他的量值，单从包络线本身是无法推导准确的血压值的，由于包络线与血压从图形识别的角度来看并不是一一对应的关系，包络线与血压的关系，特别对家用电子血压计来说，目前只能建立在统计的基础上，这样就存在一个对照系统的选择问题，我们建议采用柯氏音法作为对比标准。以柯氏音法做为标准时，收缩压和舒张压可以分别在包络线的上升沿和下降沿的任何地方，并且无明显的规律，使得电子血压计的软件设计难度极大。幸好医院对血压测量精度的要求并不高，认为能达到10mmHg的误差就可以了。加之两种方法的血压测量过程是一致的，这样就使得大多数测量结果变得可以接受了。
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目前美国血压计标准AAMISP-10的要求是：与柯氏音法或插入法对照，标准差≤8mmHg；平均误差≤5mmHg；并建议85%的测量结果的误差要小于5mmHg。
英国的高血压协会BHS则建议采用柯氏音法做标准，并对电子血压计进行分类，如表二所示。根据测量误差，BHS将电子血压计分成4级：A、B、C、D。对于A级来说，其性能已可以达到在医院中对成人进行临床使用的要求了。
表二血压计读数累计百分率分类规则 级别
标准血压与被测血压之间的差值(mmHg)
≤5
≤10
≤15
A级
, http://www.100md.com
80
90
95
B级
65
85
95
C级
45
75
90
D级
≤45
≤75
, 百拇医药
≤90
四、参考文献
1.The British Hypertension Society protocol for the evaluation of automated and semi-automated blood pressure measuring devices with special reference to ambulatory systems.Journal of Hypertension 1990 8:607-619
2.Electronic or automated sphygmomanometers ANSI/AAMISP10-1992
3.生物医学测量技术浙江大学生命科学与医学工程系
4.生理学人民卫生出版社
5.生物力学
6.U.S.PATENT5，533，511
7.U.S.PATENT5，865，756
8.U.S.PATENT5，772，600
9.U.S.PATETN5，873，834, 百拇医药
单位：罗岩 广东省医疗器械研究所 陈勇 广东省计量科学研究所
关键词：
医疗一、示波法测量血压的原理
人体血压指的是动脉血管中脉动的血流对血管壁产生的侧向垂直于血管壁的压力。主动脉血管中垂直于管壁的压力的峰值为收缩压，谷值为舒张压。
目前市场上销售的家用电子血压计中的绝大多数是采用示波法原理来进行血压测量的。这种方法简单，相对可靠，便于采用电子线路的方法加以实现。其结果与医院中目前普遍采用的柯氏音法相比较，有着统计上的一致性。
示波法测量血压的过程与柯氏音法是一致的。都是将袖带加压至阻断肱动脉血流，然后缓慢减压，其间手臂中会传出声音及压力小脉冲。柯氏音法是靠人工识别手臂中传出的声音，并判读出收缩压和舒张压。而示波法则是靠仪器识别从手臂中传到袖带中的小脉冲，并加以差别，从而得出血压值。图1显示了一组血压值为120/80mmHg的血压波和袖带压力下降曲线，现将包络线的形成过程描述如下：肱动脉中的血压波如图1所示：将袖带中的压力加至180mmHg并缓慢排气，手臂中压力脉冲将传入袖带压力下降线中如图2所示；将叠加在袖带压力线中的小脉冲波拾取出来，并与袖带中的压力相对应，如图3所示；用小脉冲的峰值构成包络线，如图4所示；至此，就可以根据包络线进行血压值的差别了。
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图1(纵轴mmHg横轴s)
图2(纵轴：mmHg横轴s)
图3(纵轴：mmHg横轴：mmHg)
图4(纵轴：mmHg横轴：mmHg)
各厂家的血压计的血压差别方法及校正方法是不完全相同的，有的采用最大上升斜率判别法、比值判别法、拐点判别法等，甚至将小脉冲数据转换成其他中间数据进行差别。虽然方法多样，但都是根据同样的测量过程来进行血压判别的。
二、影响包络线形状的因素
, 百拇医药
能否获得准确的包络线是能否准确稳定地测量血压的关键因素之一。影响包络线形状的因素非常多，而且十分复杂。在这里将这些因素分为二大类：测量系统因素和人体生理因素。
1.测量系统因素
a)排气速度：由于包络线是由心跳引起的小脉冲的峰值构成的，当心跳很慢而排气速度很快时，仪器能获得的有效小脉冲峰值就很少，从而使包络线变形。
b)数据处理方法：由于小脉冲是叠加在大的袖带压力之上的。例如，当被测者的血压很高时，很可能袖带内压力为290mmHg，而小脉冲的幅度只有0.3mmHg的情况；因此，系统有效数据的位数，脉冲识别方法及滤波器的性能直接影响包络线的形状。
c)系统稳定度：如图5所示，图中的包络线上有许多扰动，如果这样的扰动太强时，将严重影响包络线的特征，从而发生误判。
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d)绕扎袖带的松紧：袖带包扎在手臂上的松紧程度对包络线幅度的影响非常大，松与紧的幅度能相差一倍以上。
图5(纵轴：mmHg横轴：mmHg)
2.人体生理因素
人体手臂的力学特性十分复杂，包络线的形成涵盖了流体力学，弹性力学，生物材料力学等领域，至今尚无人写出令人满意的产生包络线的等效力学模型。通过我们的包络线合成实验，我们认为有如下一些人体生理因素影响包络线的生成。
a)血管的管径、壁厚、及弹性特征。
b)血管周围肌肉束的几何尺寸及力学特性；其软硬，大小，均对包络线的形状特别是峰值产生较大的影响。
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c)生物材料的粘弹体特性：人体肌肉、血管、结缔组织均属于粘弹体，其恢复特性在连续测量血压时，是引起包络线发生较大的改变的主要因素之一，虽然此时人体血值并没有改变，但血压测量值却发生了较大的变化。
d)人体的自我调节机制：如神经系统调节、体液调节等。我们曾做过下面试验，如图6所示，测量在袖带压力下与手臂周长与压力的关系：当袖带压力从0mmHg升到60mmHg时，手臂的周长迅速变小，继续加压，当袖带压力大于120mmHg时，手臂的周长反而增加，这是人体与普通弹性材料显著不同的地方之一。这个例子也从侧面说明了心理活动会影响包络线的形状，因为心理活动除了影响血压外，还能影响肌肉的张弛，从而引起包络线的变化。另外，体液变化也影响肌肉的力学特性，从而影响包络线的形状。这也是为什么有些人在测量血压时，虽然人体处于放松状态，柯氏音血压也没有改变，心理也相对平静，但是连续测量出的血压却有很大的变化的原因。
E)人体的包络线是手臂中多根动脉共同形成，这使得不同个体之间包络线的差异变大。
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图6(纵轴：cm横轴：mmHg)
三、包络线与血压的关系
就一般而言，收缩压分布在包络线上升沿的40%-80%的地方，舒张压分布在包络线下降沿50%-90%的地方，包络线的幅度一般在1mmHg-4mmHg之间。具体情况因人而异，同表1无创式血压测量与有创式血压测量的对比(单位：mmHg)一人在不同的状态下包络线也会有所不同。不同个体之间包络线的差异有时会是很大。
表1 无创式血压测量与有创式血压测量的对比(单位：mmHg) 测量方法
收缩压
舒张压
作者
方法(例数)
, 百拇医药
平均误差
标准差0
平均误差
标准差
Borow
示波法(30)
0.8
3.5
1.7
2.3
Colan
示波法(30)
1.8
, 百拇医药
4.7
0.8
4.2
Fitzgerald
柯氏音法(23)
12.3
-
8.3
-
Van Egmond
示波法(30)
-
6.5
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-
6.3
Nystrom
示波法(30)
0.68
0
13.6
0
Nielsen
柯氏音法(23)
8.8
9.0
10.8
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6.8
O'Callaghan
柯氏音法(23)
4.4
1.3
9.2
1.0
柯氏音法(23)
7.0
1.6
10.4
1.1
Vardan
, 百拇医药
柯氏音法(23)
0.9
3
18
2.35
Gould
柯氏音法(23)
1
13.0
11
9.3
从上所述，可以看出影响准确获取包络线的因素很多，由于生物个体的差异性非常大，从群体的角度来看，一组血压值可以对应多条包络线，一条包络线也可以对应一个以上的血压值，甚至对于同一个个体来说，在连续测量血压时，同样一组血压值也对应着多条包络线，这也是为什么目前电子血压计的准确度，特别是重复性难以令人满意的原因之所在。
, 百拇医药
表1列出了国外一些有关的研究成果：示波法及柯氏音法与插入法的比较，从表中可以看出，插入法，柯氏音法及示波法相互间都存在着一些差距，插入法的准确度是无可非议的，柯氏音法的误差有时是相当大的，但是从医院的角度来说，由于柯氏音法经过了80多年的发展，国际上的许多医疗准则都是建立在柯氏音法血压之上的，就目前而言，家用电子血压计的统计以柯氏音法为准则，是比较可行的。从我们的实验结果来看，包络线是血压波，血管参数及肌肉参数的函数，目前尚未能得到这一函数关系，虽然我们认为这个函数是精确存在的，但是，如果要从包络线中获得准确的血压，还必须知道其他的量值，单从包络线本身是无法推导准确的血压值的，由于包络线与血压从图形识别的角度来看并不是一一对应的关系，包络线与血压的关系，特别对家用电子血压计来说，目前只能建立在统计的基础上，这样就存在一个对照系统的选择问题，我们建议采用柯氏音法作为对比标准。以柯氏音法做为标准时，收缩压和舒张压可以分别在包络线的上升沿和下降沿的任何地方，并且无明显的规律，使得电子血压计的软件设计难度极大。幸好医院对血压测量精度的要求并不高，认为能达到10mmHg的误差就可以了。加之两种方法的血压测量过程是一致的，这样就使得大多数测量结果变得可以接受了。
, http://www.100md.com
目前美国血压计标准AAMISP-10的要求是：与柯氏音法或插入法对照，标准差≤8mmHg；平均误差≤5mmHg；并建议85%的测量结果的误差要小于5mmHg。
英国的高血压协会BHS则建议采用柯氏音法做标准，并对电子血压计进行分类，如表二所示。根据测量误差，BHS将电子血压计分成4级：A、B、C、D。对于A级来说，其性能已可以达到在医院中对成人进行临床使用的要求了。
表二血压计读数累计百分率分类规则 级别
标准血压与被测血压之间的差值(mmHg)
≤5
≤10
≤15
A级
, http://www.100md.com
80
90
95
B级
65
85
95
C级
45
75
90
D级
≤45
≤75
, 百拇医药
≤90
四、参考文献
1.The British Hypertension Society protocol for the evaluation of automated and semi-automated blood pressure measuring devices with special reference to ambulatory systems.Journal of Hypertension 1990 8:607-619
2.Electronic or automated sphygmomanometers ANSI/AAMISP10-1992
3.生物医学测量技术浙江大学生命科学与医学工程系
4.生理学人民卫生出版社
5.生物力学
6.U.S.PATENT5，533，511
7.U.S.PATENT5，865，756
8.U.S.PATENT5，772，600
9.U.S.PATETN5，873，834, 百拇医药