基于近红外光谱血压检测与设计

基于近红外光谱血压检测与设计

高亮

重庆电子科技职业大学 重庆市 401331

摘要：传统的血压计在测量过程中往往步骤繁琐，不仅测量精度可能受到限制，还容易受到多种外在因素的干扰，无法实现连续、实时的血压监测，这无疑给人们的日常生活带来了诸多不便。随着科技的进步，基于近红外光谱技术设计的血压计成为了新的解决方案，其独特的优势在于操作简便、测量精度高，更重要的是能够实现连续、无创的血压检测。本文详细研讨基于近红外光谱技术方案的可行性。

关键词：血压计、近红外光谱、无创检测

1 背景

高血压是严重心血管疾病，不及时治疗易导致心脑血管病。随着压力增大和老龄化，患者数量攀升。传统血压计操作繁琐且易误差。因此，开发一款能连续监测血压、心率、体温的便携式血压监测仪，对提升医疗效率至关重要。

随着现代社会压力和老龄化趋势加剧，高血压等心血管疾病日益严重。传统血压监测方法虽精准，但缺乏连续性和远程监测能力，给患者带来不便。光电容积脉搏波技术为血压监测带来革新，通过皮肤脉搏波检测，快速准确测量血压、心率等，且支持自主测量和自动上传数据。国内研究成果显著，如南京理工大学的光电式无创血压监测系统和青岛科技大学的心率变异性联合分析技术，均展现了较高的临床应用前景。随着医疗信息化和智能穿戴设备的发展，光电容积脉搏波技术将在血压监测领域发挥更大作用，为公众健康提供更全面、便利的服务。

2 近红外光谱与脉搏波传导

近红外光谱是一种非破坏性测试技术，利用780-2526nm的近红外光分析物质结构和化学成分。它基于物质与光的相互作用，通过测量吸收和反射情况，快速准确检测物质组分，广泛应用于药物研发、食品安全、环境监测等领域。

基于脉搏波传导时间的连续血压测量技术，其核心在于两个相互关联的原理。首先，血压与脉搏波传导时间之间存在着密切的关联。脉搏波传导时间，即脉搏波从心脏出发，沿着动脉传播至某一特定点所需的时间，这一时间的长短直接反映了血管的硬度和血压的变化。当血管因某种原因变硬或血压上升时，脉搏波传导时间会相应缩短；反之，若血管变软或血压下降，传导时间则会延长。

其次，脉搏波传导时间的测量方法同样关键。我们通过在皮肤上安置特定的传感器来实现这一点。这种传感器通常集成了光源和光接收器，光源发出红外线脉冲，这些脉冲穿透皮肤，直接作用于动脉血管。而光接收器则负责接收经皮肤反射回来的光信号。通过精确计算信号的时间延迟，我们可以准确地测量出脉搏波传导时间。

基于以上两个原理，我们设计了一种创新的连续血压测量系统。该系统包含一个手腕佩戴的脉搏波传感器和一个高性能的处理器。每当心脏跳动，脉搏波便会沿着动脉传播至手腕处，此时传感器便会捕捉到这一信号。随后，处理器会根据传感器所测量的脉搏波传导时间，通过特定的算法计算出血压值，并将结果实时显示在屏幕上。由于该系统能够持续不断地监测脉搏波传导时间，因此它能够为用户提供连续、实时的血压数据，为健康监测和疾病预防提供有力支持。

3 系统总体方案

光电血压检测模块由一系列先进组件构成，这些组件包括传感器、自动增益电路、脉搏芯片以及算法芯片。该模块首先通过传感器在人体手腕处精准地捕获血压和脉搏信号。随后，这些信号经过自动增益电路进行信号增强，再由脉搏芯片进行精细处理，以提取出人体血压、心率等关键生理信息。经过上述两步处理后，信号会被传送至算法芯片，这款高性能的芯片负责深度解析信号，并精确计算出血压和心率等数值。一旦数据被处理完成，模块便会负责将这些数据收集并传输至上位机进行显示。上位机通过串口通信接收来自模块的数据，并根据预设的指令集实现数据的接收与发送。最终，上位机会对这些数据进行计算和分析，以直观的方式展示出血压和心率的数值，为医护人员和患者提供重要的健康监测信息。

图1 总体方案设计图

4、软件系统设计

本文设计的光电式血压监测仪系统软件部分包括下位机软件和上位机软件，其中上位机软件主要为基于One NET云平台开发的可视化界面，下位机软件控制MCU进行系统数据血压和心率采集模块MKB0805的初始化、OLED屏幕的驱动与数据显示、通过M5311模块与上位机通信；上位机负责实现人机交互接口，通过人机接口来控制数据传输的开始和停止、控制对保存的数据进行处理、显示血压测量结果等。每次测量采集60s的数据，正常人的心率为30-180次/min，30s的数据可以采集15-90个心跳周期的心电和脉搏波信号波形。

5 结语

  随着小康社会全面建成，高血压患病率攀升，日常血压监测至关重要。本论文以光电血压计为研究对象，采用光电容积脉搏波法精准测量血压，研究血压与脉搏关联，完成系统设计与测试。实验数据真实准确，符合AAMI标准，展现了血压计的可行性与实用性。

6 参考文献

[1] 吕晨阳. 基于指端光电容积脉搏波的血压检测算法研究[D].西安电子科技大学,2020.DOI:10.27389/d.cnki.gxadu.2020.000197.

[2]杨茹,陈亮.基于光电传感技术的端云一体化心率血压智能监测系统设计[J].中国计量大学学报,2021,32(02):176-183.

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