基于脈搏波傳導時間的血壓測量系統設計

摘要：本文設計了一個基于脈搏波傳導時間的分離便攜式血壓測量系統，系統將脈搏波數據采集和數據處理相互分開，并利用藍牙無線連接，測量血壓時只需要佩戴體積較小的數據采集部分，極大地改善了系統便攜性。另外，系統選用數字信號處理專用的DSP芯片進行數據處理和低功耗STM32芯片進行數據采集，在保證血壓測量系統實時性和血壓計算精度的同時降低了系統功耗。

關鍵詞：脈搏波傳導時間 血壓測量 STM32&DSP

中圖分類號：TP371.76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0159-01

血壓是人體非常重要的一個生理參數，反映了人體心臟與血管的健康狀況，臨床上常作為疾病診斷與治療效果評估的判斷依據之一[1]。若能對血壓實時測量，就可以實現對自身健康狀況的實時監測[2]。然而，目前的血壓測量系統由于計算精度較低或體積較大攜帶不便，對血壓實時監測效果較差。因此，本文利用STM32芯片和DSP芯片的雙核運算系統，聯合無線藍牙設計了一個基于脈搏波傳導時間的分離便攜式血壓測量系統，在保證系統測量精度的同時，極大改善了系統的便攜性，方便對血壓的實時測量。

1 基于脈搏波的連續血壓測量血壓原理

早在1878年Moens和Korteweg[3]等就通過實驗發現，對同一個體當血壓升高時，脈搏波傳導時間變短，反之延長，因此可以通過測量脈搏波傳導時間間接獲得血壓值。具體關系可簡化為：

式中：P為血壓；TPTT為脈搏波傳導時間；a，b為模型參數，反映了不同生理狀況下血壓的變化。

脈搏波傳導時間TPTT可以通過測量動脈樹上兩點脈搏波信號到達求時間差ΔT獲得[4]，如圖1所示。

2 血壓測量系統硬件設計

基于脈搏波傳導時間測量血壓的本質是利用脈搏波傳導時間與血壓值之間相關性，通過測量脈搏波傳導時間，間接計算出血壓值。因此對脈搏波信號的采集頻率（最小采樣時間間隔）將直接影響血壓值的計算精度。系統采樣頻率越高，系統精度越高，但采樣頻率越高，數據量越多，處理數據時間就越長。本文為了提高采樣頻率，改善系統精度的同時又不增加系統運行時間，本次設計的血壓測量系統采用了STM32和DSP組成的雙核處理器結構，將數據采集和數據處理分別交由不同芯片完成，分散系統工作量，在提高脈搏波信號采樣頻率的同時保證系統實時性。中央處理器選用選用TI公司C55x系列的高速DSP芯片TMS320C5535，用于完成數據處理工作；協處理器選擇低電壓供電的低功耗STM32F103T4芯片，用于完成脈搏波信號的高速采樣。另外，系統采用了分離式結構設計，將系統數據采集與數據處理兩部分硬件獨立，并通過藍牙無線連接，使得在測量血壓時只需佩戴體積很小的數據采集部分，極大的增強了系統的隨身佩戴性，方便隨身測量。系統硬件框圖如圖2所示。

如圖2所示，血壓測量系統硬件被獨立兩個部分，其中數據采集部分包含兩路脈搏波傳感器，信號調理電路，協處理器和電源模塊；數據處理部分包括用戶模塊，LCD顯示、電源模塊及中央處理器。兩部分相互不影響，可以充分發揮STM32高速信號采樣和DSP高速數據處理的優勢，提供血壓測量系統性能。

系統工作時，A、B兩脈搏波傳感器進行高速的脈搏波信號采集，然后經系統信號調理電路，對信號進行放大和去噪處理后，由協處理STM32完成對脈搏波信號的數模轉換到數字信號，然后由藍牙模塊將數據傳輸到中央處理器DSP芯片內，并按照公式（1）對數據進行處理計算出血壓值，并輸出道LCD顯示屏上。

3 結語

本設計采用STM32和DSP組成的雙核處理器結構，將系統中脈搏波信號采集和信號數據處理工作分散到不同處理器芯片上進行，使得系統在提高了脈搏波信號采樣頻率的同時又精度的同時保證了系統的實時性。另外，系統將脈搏波數據采集和數據處理兩部分獨立分開，利用藍牙進行無線連接，極大地增加了系統的可攜帶性，便于隨身測量。這使得設計的雙核血壓測量系統在自我健康監測和血壓動態測量領域內有著較大的應用潛力和價值。

參考文獻

[1]李頂立，陳裕泉等.基于小波變換的無創血壓檢測方法研究[J].浙江大學學報（工學版），2008，42（9）：1648-1652.

[2]徐克，周奇等.無創血壓測量[J].重慶工學院學報（自然科學），2008，22（1：164-167.

[3]尹賽男.基于脈搏波傳導時間的無創連續血壓測量研究[D].東北大學，2012.

[4]凌振寶，張銘等.基于脈搏波傳導時間的無袖帶血壓測量儀設計[J].電子測量與儀器學報，2012，26（12）：1080-1085.

收稿日期：2016-08-25

作者簡介：袁博（1991—），男，新疆昌吉人，本科，初級工程師，主要從事電子產品的開發設計及銷售。