李文祥　崔巍　劉競(jìng)達(dá)　朱敬祎

（鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院，河南鄭州 450001）

血壓值與上臂擺放位置的關(guān)系及其校正

李文祥崔巍劉競(jìng)達(dá)朱敬祎

（鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院，河南鄭州 450001）

目的：研究血壓值與上臂擺放位置的關(guān)系及其matlab實(shí)現(xiàn)的校正算法。方法：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于示波法測(cè)血壓的血壓計(jì)和一個(gè)測(cè)量上臂與心臟相對(duì)水平高度差的測(cè)量裝置，測(cè)量不同身體健康的人在同一時(shí)段內(nèi)，上臂正確擺放的血壓值和上臂抬高或降低一定高度后的血壓值，獲取一定量的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行matlab曲線擬合分析并找出血壓值與上臂擺放位置的關(guān)系，再通過設(shè)計(jì)算法對(duì)上臂擺放不標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的血壓值進(jìn)行校正，以達(dá)到即使上臂擺放不標(biāo)準(zhǔn)也能測(cè)出相對(duì)準(zhǔn)確的血壓值的目的。結(jié)果：上臂擺放位置的不同對(duì)血壓值的影響顯著，通過一系列測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，得出了它們之間的關(guān)系，并設(shè)計(jì)出了能進(jìn)行有效校正的算法。

血壓值 上臂位置 健康人 matlab 校正算法

現(xiàn)在許多學(xué)者發(fā)表的論文、期刊有一個(gè)普遍的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為血壓值的準(zhǔn)確與否與我們測(cè)量時(shí)上臂擺放的位置有關(guān)系。我們也通過長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，獲取了一系列同一時(shí)段準(zhǔn)確的血壓值和手臂不同擺放位置處的血壓值，經(jīng)過曲線擬合及相關(guān)的分析，得出了上臂擺放位置與血壓值的關(guān)系，并設(shè)計(jì)了校正算法。研究?jī)?nèi)容如下：

1　研究背景

大量實(shí)驗(yàn)研究表明，我們測(cè)量血壓時(shí)，上臂擺放位置對(duì)血壓值的影響非常明顯。測(cè)量時(shí)，上臂位置應(yīng)與右心房在同一水平高度，如果上臂位置高于右心房水平，則可使收縮壓和舒張壓降低； 反之，則可使血壓上升。如今，很多專家學(xué)者對(duì)上臂位置與右心房水平高度差與血壓值的關(guān)系雖然也進(jìn)行了研究，但其研究方法、研究過程及其研究結(jié)果并沒有詳細(xì)闡述。我們?cè)谡撐闹袑⒔o出這一研究的具體方法、具體過程以及詳盡的結(jié)果。

2　研究方法

想要找到上臂擺放位置與血壓值之間的關(guān)系，必須收集大量在同一時(shí)間段內(nèi)（默認(rèn)在正常情況下我們的血壓值在比較短的時(shí)間內(nèi)是基本穩(wěn)定的）上臂擺放位置與右心房之間的水平高度差及相對(duì)應(yīng)的血壓變化值的數(shù)據(jù)，我們把這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理地分析便能得出二者的關(guān)系。

（1）標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)下正常血壓的獲?。何覀儾捎玫氖撬y式血壓計(jì)，測(cè)量時(shí)要求測(cè)試者的姿勢(shì)盡量標(biāo)準(zhǔn)，使得我們的血壓值盡可能的準(zhǔn)確。

（2）手臂抬高后手臂位置與右心房水平高度的測(cè)量：我們通過用陀螺儀來測(cè)量抬高后手臂與身體之間的角度，再進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到手臂與右心房之間的水平高度差。具體方法為：開始時(shí)，我們?cè)跍y(cè)血壓標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)下測(cè)量我們右心房到肩膀的豎直距離H，然后我們身體正直，手臂豎直下垂，把陀螺儀放在手臂距離肩膀H長(zhǎng)度出，此時(shí)我們手臂與身體之間的夾角近似為0，接著僅在身體所在的平面內(nèi)抬高手臂，此時(shí)得到手臂和身體的一個(gè)夾角θ。于是，手臂與右心房相對(duì)高度差：

手臂抬高后模型圖：

其實(shí)，實(shí)際中，我們測(cè)血壓時(shí)往往手臂在左右和前后方向都會(huì)有角度，這個(gè)其實(shí)也很簡(jiǎn)單處理，只需要多進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換就可以了。如左右角度（手臂與身體在身體平面的夾角）為θ，前后角度（手臂僅前后擺動(dòng)時(shí)與身體平面的夾角）為φ，則，手臂和右心房的相對(duì)高度為：

圖1

（3）手臂抬高后血壓值的測(cè)量：手臂在身體平面內(nèi)抬高一定高度后，我們用東西把手臂支撐好再用水銀血壓計(jì)對(duì)血壓進(jìn)行測(cè)量，30分鐘內(nèi)手臂依次抬高，我們依次測(cè)量不同高度下的血壓值。

（4）手臂擺放位置與血壓值的關(guān)系的獲取方法：我們求出已經(jīng)測(cè)得的準(zhǔn)確血壓和抬高手臂后測(cè)得的血壓之間的差值（有高壓差和低壓差），并把差值和所對(duì)應(yīng)的高度差組成一組分析數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行matlab曲線擬合已及數(shù)學(xué)分析分別得出高壓、低壓與高度差之間的關(guān)系。

3　研究過程

實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)谌靸?nèi)分別對(duì)五個(gè)身體健康的同學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，每天在早上和下午給五個(gè)同學(xué)各測(cè)量一組數(shù)據(jù)。同一時(shí)間段內(nèi)（試驗(yàn)中我們?nèi)∵@一時(shí)間段為30分鐘），我們先測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)下的血壓值，再讓測(cè)試者把手臂依次抬高一定的高度（大約2-4cm）并保持不動(dòng)（僅手臂抬高，身體保持正直），準(zhǔn)確測(cè)量該姿勢(shì)下的血壓值和手臂抬高的具體高度。得到這些數(shù)據(jù)后，我們進(jìn)行matlab進(jìn)行曲線擬合并做合理的數(shù)學(xué)分析，從而得出我們的研究結(jié)果。

4　研究結(jié)果的獲取

按照前面的的研究過程，我們對(duì)受測(cè)者進(jìn)行了一系列的測(cè)量活動(dòng)，記錄了相應(yīng)的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行如圖1分析：

4.1Matlab曲線擬合（圖1）

結(jié)果分析：由matlab的多項(xiàng)式擬合結(jié)果來分析，我們血壓值的變化（包括高壓值、低壓值）近似規(guī)律為：手臂每抬高10cm，血壓值降低8-9m mH g。

4.2傳統(tǒng)數(shù)學(xué)分析

我們采用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，分析過程如下：設(shè)：我們血壓差（Y）與相對(duì)高度差（X）滿足一次線性關(guān)系，即：

Y=KX+b

計(jì)算結(jié)果為：

故，最小二乘法曲線擬合結(jié)果為：高壓差與相對(duì)高度的關(guān)系滿足Y=-0.7028X -0.5835；低壓差與相對(duì)高度的關(guān)系滿足Y=-0.8685X -0.2375。

結(jié)果分析：由傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析我們也得到了血壓值（包括高壓、低壓）大致滿足：手臂每抬高10cm，血壓值降低7.5-8.5mmHg。

研究結(jié)果總結(jié)：通過一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)量我們最終得到了血壓與上臂擺放位置的關(guān)系，大致滿足：上臂每抬高10cm，血壓值降低8-9 m m H g。

5　上臂擺放不標(biāo)準(zhǔn)時(shí)血壓測(cè)量的校正算法

測(cè)量前我們測(cè)量出自己的右心房到肩膀距離H，然后把血壓計(jì)帶上，把陀螺儀裝置好，手臂任意抬高一定高度并保持，開始進(jìn)行血壓測(cè)量。測(cè)試完成后能得到兩個(gè)角度（φ、θ）和一對(duì)血壓值（高壓x1，低壓x2），然后我們進(jìn)行校正。

校正算法：

第一步：計(jì)算相對(duì)高度差

第二步：把ΔH代入關(guān)系式求血壓差高壓差

低壓差

第三步：求得真實(shí)血壓

高壓 H=x1-Δx1

低壓 L=x2-Δx2

當(dāng)然，我們也可以很簡(jiǎn)單地用編程來實(shí)現(xiàn)我們的校正，這樣我們便可以把原來的血壓計(jì)加以改進(jìn)，改進(jìn)后的血壓計(jì)便可以不再對(duì)手臂擺放位置有嚴(yán)格的要求了。