智能手表中血压监测方案之光电容积脉搏波描记法PPG

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智能手表中血压监测方案之光电容积脉搏波描记法PPG

一、血压测量方法
    有创测量法和无创测量法是当前血压测量的两大类方法。有创测量法是将连接压力传感器的导管经皮肤直接插入大动脉或心脏检测血压信号，能够进行连续测量。由于这种方法直接测得血压，数据最为准确，可作为血压测量的“金标准”。
    无创测量法是通过检测体表浅表动脉管壁的搏动、血管内血液容积的变化间接得到血压。无创测量方法又可分为间歇式测量法和连续式测量法两大类，听诊法、示波法属于间歇式测量方法，光电容积描记法、超声法、脉搏波参数测量法和脉搏波速测定法属于连续式测量方法。
二、什么是PPG
    在心脏搏动周期内，外周血管中的微动脉、毛细血管和微静脉内流过的血液相应的呈脉动性变化。当心脏收缩时血液容积最大，而在心脏舒张时容积最小。血液容积这种脉动性变化一般可通过光电容积传感器获得，所得的波形中含有容积脉搏血流信息。因此可以通过容积脉搏血流信息和血压信号的关系来获得收缩压和舒张压，该法被称为光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy，PPG）。
三、基于PPG的连续血压监测原理：
    利用郎伯．比尔定律与人体动脉血压之间的关系，并基于光电容积脉搏波提取血压特征参量，研发了人体动脉血压的连续监测方案。
    人体心脏有节律的收缩和舒张将产生从主动脉根部出发沿着动脉管系传播的脉搏波。大量的临床实测结果证实，脉搏波的波形特征与心血管疾病有着密切的关系。脉搏波所表现出的形态（波的形状）、强度（波的幅值）、速率（波的速度）与节律（波的周期）等方面的综合信息的确在相当程度上反映出人体心血管系统的许多生理和病理特征。由于光电容积脉搏波描记法并不需要复杂而昂贵的仪器设备，且操作简单、性能稳定，具有无创伤和适应性强等诸多优点，因而受到国内外医学界的普遍重视，并引起工程科技人员的广泛兴趣。
    血压监测方案中采用的光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy，PPG）是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器。在此过程中，由于受到指端皮肤肌肉组织和血液的吸收衰减作用，光电接收器检测到的光强度将会减弱。其中皮肤、肌肉和组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏收缩舒张作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时外周血管血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，正好相反，外周血管血容量最少，检测到的光强度最大，使光电接收器检测到的光强度随之呈脉动性变化。再将此光强度变化信号转换成电信号，将此电信号经放大器后便可获得容积脉搏血流的变化。
    上述方法是利用光学方法进行生物组织的无损检测。其基本原理是根据组织对光的固有特性，利用光在组织中传播的效应来获取生物组织生理的、代谢的和结构的有用信息，郎伯一比尔定律是对光电容积脉搏波进行分析的基础。