1。介绍gydF4y2Ba
随着经济的快速发展,人们的饮食和生活习惯正在改变。少运动和高热量食品逐渐威胁到人类健康gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba ]。近年来,许多报告和研究表明,慢性病人的年龄明显减少了。高血压是许多慢性疾病的前兆,如中风、心脏疾病、肾脏疾病、视网膜病变。因此,定期测量血压已经成为健康的最重要的一个引用。gydF4y2Ba
血压测量方法已经被广泛讨论。Nitzan et al。gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba )提出了一个cuff-based SBP的自动测量是基于同步测量photoplethysmography (PPG)信号gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba 两只手的手指。PPG-based测量直接检测到的动脉在SBP的袖口和提供准确的测量。歌等。gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba )提出了一种新的袖口单位改善静脉充血的现象的测量手指动脉,适合非侵入性和长期监测。由于方便测量手指动脉(gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba ),提出了很多相关的研究。然而,精度可能是一个问题。李等人。gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba )提出了一种校准方法(gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba )可以减少错误不同周长的受试者的手指。gydF4y2Ba
此外,范莫et al。gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba )提出了一个简化的方法获得SBP和菲律宾。基于示波的方法,分析了血压波形在频域中滤除谐波和互调产品。在他们的工作,SBP的准确估计,得到类似于示波的波形。王等人。gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba )提出了一个基于模型的模糊逻辑控制器不断无创性BP波形监测。基于模型的模糊逻辑控制器应用于跟踪未知期望轨迹和寻找最佳耦合条件的最大合规动脉血管发生。gydF4y2Ba
示波的方法是最常见的方法(gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba 应用BP电子测量仪器。它具有无创测量需要较少的专业技能。因此,示波的方法适用于日常健康监测(gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba )和长期测量(gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba ]。实际上,用户可能在上臂血压计袖带。心跳加速引起的振荡与袖口的改变压力改变。观察到的压力振荡与电子压力传感器测量。当袖带压力接近平均血压(MBP),示波的曲线的峰值会发生。gydF4y2Ba
一般来说,相对应的SBP和类似的压力示波的峰值的0.5倍和0.8倍,如图gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba 。SBP的估计,菲律宾从示波的波形是很重要的。Lim et al。gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba )提出了一种改进的测量血压的提取从袖口示波的波形特征。看不到他们的研究采用多元线性回归(MLR)和支持向量回归(SVR)的关系的发现。此外,Koohi et al。gydF4y2Ba
18gydF4y2Ba )提出了一个动态阈值算法评估的可信度估计血压在示波测量法。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba
袖口的压力波形示波的方法。gydF4y2Ba
然而,对于传统的示波测量法,线性膨胀活跃周期和一个不活跃的紧缩周期。虽然影响泵送速度的一个主要担忧的噪声信号,干扰和噪音也有关空气变幻和电信号噪声产生泵马达在气举采油阶段,如图gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba 。这种干扰,确定BP特点将挑战传统的示波测量法。换句话说,积极的膨胀循环包含泵空气扰动;因此,活动的膨胀循环不能直接用于精确确定英国石油(BP)的特点。因此,传统的高频指示措施和决定了英国石油公司在不活跃的紧缩周期特征。例如,袖口是理想的膨胀压力超过SBP,如160毫米汞柱,然后,下面发布类似线性轨迹在每个测量。每个测量的时间是30秒以上。这一机制导致BP特征的测量时间更长。gydF4y2Ba
因此,本文提出一种非线性轨迹跟踪控制方法在膨胀和紧缩周期中不使用传统的泵。与传统的BP电子仪器相比,提出BP的新奇测量体积的方法是利用一个变量室积极和稳定通货膨胀或紧缩周期期间改变了袖口的压力。可变容积室操作压力闭环控制方案,它是激活通过控制单作用气缸的活塞位置由螺旋桨驱动的。因此,可变容积室可以明显消除空气扰动在空气喷射阶段相比,一个气泵机制。gydF4y2Ba
此外,该活跃基点测量方法能够测量基点在膨胀周期特征。空气喷射测量的两种模式(AIM)和准确dual-way测量(ADM)提出了模式的目的是想要大大减少所需的测量时间和ADM模式不仅减少测量时间,而且提高测量一致性和精度可以评估的统计标准偏差。在下一节中描述的细节。gydF4y2Ba
最后,本文组织如下。部分gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba 描述了系统架构。不同的计量模式,pressure-trajectory计划,英国石油(BP)测量算法,并主动介绍了压力控制部分。实现,包括机械设计、信号处理和控制器是节中提到的gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba 。节gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba 评估,提出的方法的实验,和商业石油仪器用于比较;总结我们的研究也在进行。最后,结论和未来的工作中解决部分gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
2。系统架构gydF4y2Ba
系统架构提出了活跃的英国石油(BP)测量方法如图gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba 。它是由单作用气缸,一个线性螺旋,直流电机,血压计袖带。固定单作用气缸和线性螺旋替换函数的一个令人不安的气泵采用大多数商业工具。单作用气缸连接通过低弹性橡胶与袖口卷室管形成一个变量。室体积改变通过改变单作用气缸的活塞的位置,是连接到一个线性螺旋。有人指出线性螺旋是由一个直流电机驱动的。与此同时,在袖口体积改变压强变化。为了实现闭环压力控制系统中,压力传感器提供反馈压力信号是装备。包括交流信号和直流信号的信号。控制器的测量信号进一步处理BP特点认识(SBP和菲律宾)和压力闭环非线性轨迹控制膨胀和紧缩周期。 It is noted that the pressure-trajectory functions represent nonlinear pressure trajectory functions for activating the AIM and ADM modes. The details are described in the next subsection.
图2gydF4y2Ba
系统架构提出了活跃的英国石油(BP)测量的方法。gydF4y2Ba
2.1。引入不同的计量模式gydF4y2Ba
如引入所述,两种测量模式的目标和ADM。压力对于每个模式的轨迹图所示gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba 。根据不同的测量测量模式切换的目的。这两个模式的操作描述如下:gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
目标(空气喷射测量)模式:这种模式需要测量血压在空气喷射阶段特征。实际上,线性和稳定膨胀循环生成从volume-variable BP特性测量的单作用气缸;因此,它克服了传统高频指示,BP的缺点不确定在膨胀周期特征。有人指出传统BP的干扰和噪声相关监控空气变幻和电信号噪声产生泵马达在气举采油阶段。这种干扰,确定BP特点将挑战传统的示波测量法在气举采油周期。另一方面,由于稳定的引入和静止的空气喷射的目标模式,袖口的压力是线性增加。交变信号显示在图gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba 处理不断检测和SBP类似。当检测到SBP,空气快速提取减少测量时间。这种模式提供了一个快速BP测量解决方案。gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
ADM(准确测量dual-way)模式:ADM使用非线性膨胀和紧缩周期,和设计的非线性跟踪控制通货膨胀和紧缩周期旨在减少测量时间和示波测量法的测量分辨率。如图gydF4y2Ba
3 (b)gydF4y2Ba ,ADM包含一个快速增加影响循环和一个变量解析偏转循环。快速增加的影响周期决定了三个粗略的BP与低分辨率特性和操作速度快。然后,非线性的三个粗糙BP特点帮助代通缩袖口压力持续变量解析偏转周期轨迹。结果,可以找到更精确的BP特征由于高分辨率的缓慢变形曲线粗略地区附近的英国石油(BP)的特点。同时,轨道坡度的增加在最粗糙的英国石油公司需要减少测量时间特征区域。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba
不同的计量模式摘要:(a)的目标模式;(b) ADM模式。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
2.2。Pressure-Trajectory ADM BP的控制测量gydF4y2Ba
在本节内,一个特定的压力轨迹实现ADM的活跃的袖口压力控制模式进行了探讨。基本上,压力与5次间隔(即形成轨迹。T1, T5段)。为了实现高效的英国石油(BP)测量,三个不同的特征函数应用于组合活动轨迹的压力,包括乙状结肠函数,余弦函数和三阶多项式函数。如图gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba 、压力为一个完整的英国石油(BP)的轨迹测量分为五个阶段,即从T1 T5。空气喷射阶段T1, T2 T5空气提取的阶段。T1是BP特征用于确定三个粗略的特征,包括段收缩压(SSP),平均血压的段(SMP),舒张压的部分(SDP)。这三个粗糙BP特征改变函数的开始和结束的时间片段T5 T2。因此,根据每个测量轨迹自动调整的压力。压力的减少是温柔的阶段接近英国石油公司(即特征点。,大概检测到菲律宾,MBP和SBP)。相反,远离特征点的压力曲线段的BP快速下降。这些五次段分为三种类型的功能,并描述如下:gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
快速空气喷射时期(T1):在此期间,空气注入到袖口迅速大致获得菲律宾,MBP, SBP。这段时间的压力曲线所需的快速增加和光滑。因为空气注入到袖口通过一个直流电机驱动的汽缸室,一个三阶多项式函数适用于这种情况。三阶多项式函数提供了一个缓坡增加速度曲线的开始和结束部分,直流电机可能工作顺利而诱导振动干扰。除了开始和结束,曲线表现出快速增加的压力。因为菲律宾、MBP和SBP出现了越来越大的压力持续时间快,类似的检测,MBP, SBP将失去的分辨率和准确性。因此,快速空气喷射周期大致获得菲律宾,MBP, SBP,这样一个特定的空气释放压力(即轨迹。从T2 T5)可以期望的提高检测的准确性,类似MBP, SBP以及减少测量时间。方程(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba )显示了三阶多项式函数,gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
振幅;gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
是函数的周期;gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
是时候了。需要指出的是,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
和gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
在这种情况下。gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
pgydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
Non-BP特征时间(T2和T5):在这两个时期,没有任何BP特征出现。因此,压力轨迹被设计成光滑的开始和结束时,以及在中间快速的时期。设计的目的是降低电机的振动,减少时间。因此,乙状结肠函数应用于T2阶段和T5远离BP特征点。因此,更大的边坡的特点适用于快速抽气。方程(gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba )是增加功能(gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
dgydF4y2Ba
)和递减函数,gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
振幅;gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
是函数的周期;gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
是时间;gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
bgydF4y2Ba
的开始时间。需要指出的是,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
或gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
;gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
或gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
;gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
bgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
或gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
在这种情况下。gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
dgydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
egydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
πgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
bgydF4y2Ba
/gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
(3)gydF4y2Ba
BP特征时间(T3和T4):轨迹在这两个时期的压力是很重要的,因为英国石油公司将被特征。轨迹必须光滑,温柔BP特征识别的精度可以得到改善。余弦函数应用于T3和T4期接近BP特征点。余弦函数斜率较小的变化由BP段使用的特征。方程(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba )显示了减少余弦函数,gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
振幅;gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
是函数的周期;gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
是时候了。需要指出的是,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
或gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
;gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
或gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
;gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
bgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
或gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
在这种情况下。gydF4y2Ba
(3)gydF4y2Ba
cgydF4y2Ba
dgydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
因为gydF4y2Ba
πgydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
bgydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba
英国石油(BP)测量的压力控制曲线。gydF4y2Ba
2.3。比较乙状结肠和余弦函数gydF4y2Ba
为了说明乙状结肠和余弦函数的使用在上述时期,人物gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba 展示了他们的轨迹。在特定的时间和振幅,有更大的变化的斜坡乙状结肠函数比中部的余弦函数的轨迹。因此,乙状结肠函数应用到noncharacteristic BP段,和余弦函数应用于认识到英国石油(BP)的特点。此外,两个函数都温柔的斜坡开始和结束的变化。它可以防止暴力的直流电机速度的变化。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba
乙状结肠函数和余弦函数的轨迹。gydF4y2Ba
2.4。英国石油(BP)测量gydF4y2Ba
提出了BP测量方法是基于示波的方法。当袖口的压力接近MBP,示波的曲线的峰值。然后,SBP和菲律宾可以获得相应的高频脉冲的振幅。然而,有五种模式的设计。除了压力增大测量模式,其他模式获得BP在空气提取阶段。因此,英国石油(BP)测量的算法必须满足不同的开关模式。因此,英国石油(BP)测量能够获得在这两个阶段的空气注入和空气的抽取。gydF4y2Ba
从改变信号示波的脉冲检测。将MBP的峰值振荡需要认可。SBP和菲律宾获得根据示波的脉冲的0.8倍和0.5倍的示波的振幅峰值。MBP之前,袖口的压力正在增加,意味着空气喷射激活,获得和BP在空气喷射阶段。相反,MBP之前,袖口的压力减少,意味着空气提取激活,获得和BP在空气中提取阶段。如果采用压力增大测量模式,被认为类似的示波的脉冲示波的峰值的0.8倍。然后,SBP的被公认的示波的脉冲示波的峰值的0.5倍。如果另一个模式是采用,SBP的被公认的示波的脉冲示波的峰值的0.5倍。然后,菲律宾是公认的示波的脉冲示波的峰值的0.8倍。gydF4y2Ba
指出,示波的峰值设定不与时间有关的,并且它是袖口压力相关的。因为使用精确闭环袖口压力控制方案,确定英国石油(BP)的特点是独立于通胀/通缩的速度和人口。gydF4y2Ba
2.5。活跃的袖口压力控制gydF4y2Ba
提出积极压力控制是基于PID控制器实现的。图gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba 显示测量提出了BP的流程图。目标轨迹的压力是由系统生成的输入信号,与袖口和压力传感器连接的反馈传感器。PID控制器产生PWM信号的直流电机根据错误以及改变活塞的位置。在T1的阶段,系统的压力增加袖大于15毫米汞柱的速度快。同时,示波的方法应用于确定SSP, SMP和SDP。这个过程决定了特征提取阶段的函数。袖口的系统增加了压力,直到超过SBP,然后系统抽气的阶段。空气提取由T2阶段直到T5阶段。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba
提出了BP测量的流程图。gydF4y2Ba
一开始,因为T2阶段特征段,乙状结肠命令的功能是利用信号迅速减小压强的袖口。另一方面,T3和T4阶段包括所有的特征点。因此,利用余弦函数控制压力的变化。最后,T5阶段是最后的空气提取和乙状结肠函数利用释放压力的袖口。压力增大测量模式下,每个测量空气喷射阶段完成。因此,测量结果得到T1阶段和系统快速释放压力的袖口跳过T5 T2阶段。gydF4y2Ba
3所示。活跃的血压测量方法的实现gydF4y2Ba
袖口的压力由压力传感器测量。压力分为直接测量信号的信号和交变信号。直接获得的信号经过低通滤波器是当前袖口的压力。因此,直接信号不仅提供了英国石油公司测量结果也反馈控制器的信号。交变信号带通滤波器后得到。基于示波的方法,示波的振幅是重要的特性来检测SBP和菲律宾。当测量开始,系统生成预定义轨迹作为输入命令的压力。根据压力传感器的反馈信号,直流电机控制器发送PWM信号,改变单作用气缸的位置。袖口的压力改变的改变腔的体积。同时,BP段特点得到了在空气喷射阶段。 The characteristic BP segments adjust the pressure trajectory of air extraction stage to achieve efficient performances.
3.1。提出了BP测量装置的设计gydF4y2Ba
如图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba 单作用气缸,内径63毫米和150毫米的中风。当活塞缸的排气口走向与袖口,空气室的体积被压缩。这个运动注入的空气室进袖口,增加了压力。相反,当活塞移动远离通气孔,袖口的空气是提取和压力却降低了。gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba
提出了BP的照片测量装置,包括(一)单作用气缸;(b)线性螺旋;(c)袖口;(d)压力传感器和模拟电路;(e)直流电机,计时轮和正时皮带;灯泡(f);和(g)监控。gydF4y2Ba
单作用气缸使用volume-variable preinjected空气室。实现闭环袖口压力控制的激活直流螺杆马达。相对稳定的直流空气螺旋桨注入在袖带压力的变化相比,干扰空气注入机制。此外,压力传感器的反馈消除了空气泄漏问题当跟踪一个特定的袖口压力轨迹。在大量的空气泄漏的情况下,螺杆电机位置和袖口可以检测并反馈压力注入手动的灯泡是显示在图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba (f)。gydF4y2Ba
提出设备的压力位图如图gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba 。在图gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba 当活塞的位置在30 mm,袖口是大约200毫米汞柱压力高于正常SBP。因此,选择单作用气缸的体积适合本研究。此外,聚四氟乙烯磁带贴在任何连接,如管道和通风口,以防止空气泄漏。活塞与线性螺旋的幻灯片。线性螺旋是由一个直流电机驱动的。Faulhaber 2643系列类型的直流电机是使用,它能够为28 mN-m扭矩提供24伏。它将旋转运动转移到线性螺旋通过定时轮和正时皮带。指出,计时轮和正时皮带作为传导机制形成。皮带和圆形轮形成与牙齿,这样他们就可以确保没有机械传动期间下滑的影响。gydF4y2Ba
图8gydF4y2Ba
压力位图。gydF4y2Ba
3.2。信号处理的压力信号gydF4y2Ba
拟议的英国石油(BP)测量系统配有压力传感器,Honywell SCC05DN。感官范围是从0毫米汞柱250毫米汞柱,和输出信号从25号到26号。压力信号包括直接测量信号和交变信号。为了获得特定频率的信号,模拟信号处理电路实现。模拟信号处理的流程图如图gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba 。第一,仪表放大器,前置放大器,用于信号的增益设置为45。有优势的高信噪比和高共模抑制比。有人指出所选仪表放大器输出信号从−5 V至5 V,读取和信号由模拟到数字转换器(ADC)的接口。因此,终端的潜力放大器的引用定义了输出电压为零。在图所示的模拟电路实现gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba 。的可调抵制RA0和RA1调整电压偏移和前置放大器的增益。表gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba 列出了电阻器价值和收益的模拟信号处理电路如图gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
图9gydF4y2Ba
测量压力的模拟信号处理信号。gydF4y2Ba
图10gydF4y2Ba
模拟信号处理电路的直接信号。gydF4y2Ba
表1gydF4y2Ba
模拟电路实现的电阻的值。gydF4y2Ba
数量gydF4y2Ba
电阻的值gydF4y2Ba
函数gydF4y2Ba
获得gydF4y2Ba
RA1gydF4y2Ba
10 kgydF4y2Ba
ΩgydF4y2Ba
调整前置放大器的增益gydF4y2Ba
45gydF4y2Ba
红警2gydF4y2Ba
1.86 kgydF4y2Ba
ΩgydF4y2Ba
调整输出级的直接信号放大器的增益gydF4y2Ba
1.86gydF4y2Ba
RA4gydF4y2Ba
90.8 kgydF4y2Ba
ΩgydF4y2Ba
调整交变信号的增益放大器的输出级gydF4y2Ba
90年gydF4y2Ba
图11gydF4y2Ba
交流信号的模拟信号处理电路。gydF4y2Ba
为了获得直接的信号,一个40 Hz二阶Sallen-Key设计低通滤波器去除高频噪声,如图gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba 。可调电阻器,红警2,调整输出级放大器的增益。过滤信号进一步设置信号的增益为2。检测的直接信号后,曲线拟合方法应用于发现压力和ADC值的转换。商业压力计是利用测量的实际压力,ADC值和相应的记录。曲线拟合函数能够根据实验结果,得到如图gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
图12gydF4y2Ba
压力和ADC值的曲线拟合。gydF4y2Ba
交变信号,一个带通滤波器与乐队从0.5赫兹到40 Hz的目的是过滤掉不需要的信号,如图gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba 。正常心跳范围从1 Hz 1.7赫兹(60 bpm 100 bpm),和环境噪音是60赫兹的频率。因此,0.5赫兹的带通滤波器是由二阶Sallen-Key 40 Hz高通滤波器和二阶Sallen-Key低通滤波器。动脉信号通过带通滤波器。输出信号的振幅大约从1 mV 20 mV。因此,输出级放大器增益的信号设置为90,和输出信号范围从0伏特到5伏特。gydF4y2Ba
3.3。控制器的活跃BP测量gydF4y2Ba
一个8位主要采用AVR单片机作为控制器。有15-channel 10位A / D转换器和10-channel 1 MHz PWM输出接口。主控制器处理后的测量压力信号处理模拟电路。包括直接信号和交变信号进一步的信号作为反馈信号,高频信号提出了积极的压力控制和推导算法的BP测量。控制器生成PWM(脉冲宽度调制)信号来控制直流电机的速度和改变活塞的位置。然后,袖口压力调整根据测量压力和所需的压力。指出,BP提到测量模式和实现联会在主控制器,实现实时控制的目的。gydF4y2Ba
3.4。直流电机驱动模块的设计gydF4y2Ba
主要的控制产生PWM信号控制直流电机。然而,PWM信号的电压水平,由主控制器生成5伏特。此外,电流不能开动直流电机的不足。因此,直流电机驱动型L6201介绍转换到24伏的电压水平。马达驱动器的输出最大电流是1,和操作频率达到100千赫。因此,所选电动机驱动程序的规范符合所需的直流电机工作频率,20 kHz。由于电磁干扰(EMI),是由电机影响电路的性能,光耦合器是用来防止主控制器扰动,如图gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
图13gydF4y2Ba
直流电机驱动模块的体系结构。gydF4y2Ba
4所示。实验和结果gydF4y2Ba
几个实验安排评估拟议中的活跃BP的性能测量方法。首先,系统响应的不同参数PID控制器算法。第二,所需压力的控制轨迹验证评估主要控制的性能。第三,不同的计量模式来验证BP执行测量算法。最后,五个科目是用来评估拟议的英国石油(BP)测量方法,BP和商业电子测量仪器进一步评估比较。gydF4y2Ba
4.1。主动袖口压力控制的实验gydF4y2Ba
积极的压力控制的框图如图gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba 。为了评估控制器的性能,不同的控制参数的阶跃响应是观察。每一步反应图显示数据gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
图14gydF4y2Ba
积极的压力控制的框图。gydF4y2Ba
图15gydF4y2Ba
的阶跃响应gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
30.gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.0015gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
图16gydF4y2Ba
的阶跃响应gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
60gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.0015gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
图17gydF4y2Ba
的阶跃响应gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
60gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.0030gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba 列出了每个控件的阶跃响应参数。从实验结果,gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
缩短响应时间和增加吗gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba 调整来消除稳态误差。PID参数确定压力控制的性能,直接影响测量结果。从表gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba ,PID控制器参数gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
60gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.003gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
响应时间较短,比其他参数较小的稳态误差。这些参数选择下面的实验。gydF4y2Ba
表2gydF4y2Ba
一步反应不同的PID参数。gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
30.gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.0015gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
(图gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba )gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
60gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.0015gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
(图gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba )gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
60gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.0030gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba
(图gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba )gydF4y2Ba
响应时间(秒)gydF4y2Ba
1.7gydF4y2Ba
1.0gydF4y2Ba
1.0gydF4y2Ba
稳态误差(ADC)gydF4y2Ba
10.0gydF4y2Ba
5。0
3.0gydF4y2Ba
4.2。主动袖口压力控制的验证gydF4y2Ba
提出了BP测量方法包括目标和ADM测量模式。在这个实验中,ADM模式被选中来验证PID控制器的性能对响应时间和压力反馈。ADM模式包括所有必需的压力波形从T1 T5的轨迹测量。因此,验证的结果覆盖所有五个测量模式。如图gydF4y2Ba
18gydF4y2Ba ,蓝色曲线所需的压力和红色曲线是测量压力。根据不同的测量控制功能改变阶段,作为策划黑线。由于响应时间,所需的压力和测量压力不相等。响应时间从0秒到1秒,大约和错误范围从5毫米汞柱到10毫米汞柱。gydF4y2Ba
图18gydF4y2Ba
所需的压力和测量压力的轨迹(ADM模式)。gydF4y2Ba
4.3。英国石油(BP)测量的验证gydF4y2Ba
基于上述ADM模式实验和验证,提出了测量的目标模式和ADM进一步检查通过集成BP测量联会。目标模式实验如图gydF4y2Ba
19gydF4y2Ba 。英国石油公司获得的测量结果是空气喷射阶段,然后袖带放气。蓝色曲线表示测量的压力;红色曲线是示波的脉冲;公认的英国石油(BP)特征表示与红圈SBP MBP,菲律宾符号。为目标模式的完整测量实验设置如图gydF4y2Ba
19gydF4y2Ba ,花了不到20年代获得SBP。ADM模式实验如图gydF4y2Ba
20.gydF4y2Ba 。在这个实验中,完成一个完整的ADM花了34 s模式测量。然而,提高目标模式的准确性,线性轨迹可以预期缓慢增加压力曲线。类似地,为了减少ADM模式测量时间,非线性轨迹可能也需要。新的设置将用于与一个商业BP监控。gydF4y2Ba
图19gydF4y2Ba
的测量结果的目标模式。gydF4y2Ba
图20gydF4y2Ba
ADM的测量结果模式。gydF4y2Ba
4.4。在与商业电子石油设备gydF4y2Ba
为了验证提出的可行性和性能目标和ADM模式,一个商业电子BP仪器(BP型:Microlife A200)是用于比较。gydF4y2Ba
五名健康受试者被要求继续不断8-time BP测量。SBP、菲律宾和测量时间记录在每个实验。有一分钟间隔两个测量,以避免失去动脉合规的问题。实验的安排设计如图gydF4y2Ba
21gydF4y2Ba 。开始时,每个主题由BP商业电子设备测量三次。然后,提出ADM模式执行接下来的两个测量。目标模式提供了6日和7日实验。最后,商业电子BP提供最后一个测量工具。gydF4y2Ba
图21gydF4y2Ba
英国石油(BP)测量实验的流程图。gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba 总结上述实验的测量结果。与商业票据相比,有一个5毫米汞柱之间的平均差异提出的商业设备和ADM模式和15毫米汞柱之间的平均差异商业设备和目标模式。此外,平均测量时间显著减少。商业设备是38秒;ADM模式大概是32秒;和目标模式是25秒。根据上述健康主题实验结果,目的是减少34.21%,ADM减少测量时间的15.78%相比,商业BP监控。gydF4y2Ba
表3gydF4y2Ba
测量结果提出了BP和商业设备的五个健康受试者(单位:毫米汞柱)。gydF4y2Ba
SBP /菲律宾毫米汞柱gydF4y2Ba
主题1gydF4y2Ba
主题2gydF4y2Ba
主题3gydF4y2Ba
主题4gydF4y2Ba
主题5gydF4y2Ba
平均测量时间gydF4y2Ba
方法gydF4y2Ba
BP商业电子设备(1日测量)gydF4y2Ba
115/77gydF4y2Ba
132/61gydF4y2Ba
113/74gydF4y2Ba
103/53gydF4y2Ba
107/78gydF4y2Ba
38gydF4y2Ba
BP商业电子设备(第二次测量)gydF4y2Ba
117/77gydF4y2Ba
133/53gydF4y2Ba
107/64gydF4y2Ba
89/51gydF4y2Ba
99/63gydF4y2Ba
商业电子英国石油设备(3日测量)gydF4y2Ba
116/74gydF4y2Ba
137/60gydF4y2Ba
100/62gydF4y2Ba
87/48gydF4y2Ba
101/64gydF4y2Ba
BP商业电子设备(8日测量)gydF4y2Ba
121/82gydF4y2Ba
123/65gydF4y2Ba
105/59gydF4y2Ba
87/52gydF4y2Ba
105/67gydF4y2Ba
平均gydF4y2Ba
116/77gydF4y2Ba
131/59gydF4y2Ba
106/64gydF4y2Ba
91/51gydF4y2Ba
103/68gydF4y2Ba
ADM模式(4日测量)gydF4y2Ba
114/75gydF4y2Ba
126/70gydF4y2Ba
114/66gydF4y2Ba
91/64gydF4y2Ba
107/60gydF4y2Ba
32gydF4y2Ba
ADM模式(5日测量)gydF4y2Ba
119/80gydF4y2Ba
125/71gydF4y2Ba
109/67gydF4y2Ba
84/47gydF4y2Ba
110/71gydF4y2Ba
平均gydF4y2Ba
116/77gydF4y2Ba
125/70gydF4y2Ba
111/66gydF4y2Ba
87/55gydF4y2Ba
108/65gydF4y2Ba
测量目标模式(6日)gydF4y2Ba
131/66gydF4y2Ba
125/65gydF4y2Ba
129/80gydF4y2Ba
94/52gydF4y2Ba
123/68gydF4y2Ba
25gydF4y2Ba
测量目标模式(7日)gydF4y2Ba
121/75gydF4y2Ba
139/70gydF4y2Ba
114/65gydF4y2Ba
86/53gydF4y2Ba
112/65gydF4y2Ba
平均gydF4y2Ba
126/70gydF4y2Ba
132/66gydF4y2Ba
121/72gydF4y2Ba
90/52gydF4y2Ba
117/66gydF4y2Ba
另一方面,测量值的标准差相同的健康主题同时也是评估检查精度的性能。这个实验设置,一个年轻健康的主题,24岁的调查。同样的商业BP监控用于比较的目的和ADM模式。三种不同的方法进行11次获得统计数据的性能。结果如表所示gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba 。指出时间课程的压力轨迹是相同的如表中所示的实验gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba 。显然,ADM一致(即执行。,less standard deviation) in the measurements when compared to a commercial BP monitor. The AIM performed a little worse performance in the standard deviation when compared to a commercial BP monitor.
表4gydF4y2Ba
统计结果,提出BP和商业设备的健康主题有11个试验(gydF4y2Ba
ugydF4y2Ba 没用的人:gydF4y2Ba
毫米gydF4y2Ba HgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba )。gydF4y2Ba
SBP的意思gydF4y2Ba
SBP方差gydF4y2Ba
意思是菲律宾gydF4y2Ba
菲律宾方差gydF4y2Ba
MicrolifegydF4y2Ba
107.36gydF4y2Ba
4.17gydF4y2Ba
70.45gydF4y2Ba
3.64gydF4y2Ba
ADM模式gydF4y2Ba
108.54gydF4y2Ba
3.72gydF4y2Ba
68.36gydF4y2Ba
3.25gydF4y2Ba
目标模式gydF4y2Ba
112.72gydF4y2Ba
4.22gydF4y2Ba
67.27gydF4y2Ba
3.82gydF4y2Ba
有人指出这个实验设置不是BP精度比较,因为我们的研究是基于自制电路和机器。电路和机械传动设计没有证书。因此,偏见和干扰将是一个问题。因此,统计标准偏差评价将是一个方法来检查的好处非线性变压控制轨迹为提高该决议在BP附近地区的特征。gydF4y2Ba
总之,根据实验结果,提出了积极的好处可变容积室方法如下:gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
活动变量卷室方法可以产生固定注入空气,这样就可以获得BP在注射阶段减少测量时间特征。gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
活动变量注入空气室设计方法可能体积和释放压力曲线,发现BP曲线最省时的方式的特点。gydF4y2Ba
(3)gydF4y2Ba
这种方法可以用于自动血压测量的发展(gydF4y2Ba
19gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
20.gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
(4)gydF4y2Ba
医疗机电一体化集成将小说医疗应用程序认为袖口的生物医学信号处理的技术压力传感器以及motor-activated变量的控制体积袖口室(gydF4y2Ba
21gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
5。结论和未来的工作gydF4y2Ba
在这篇文章中,英国石油公司(BP)测量方法基于一个活跃的袖带压力的控制方案。它会自动调整压力的轨迹来实现高效的测量性能。与传统BP仪器相比,专用袖通货膨胀和通货紧缩的过程导致一个更长的测量时间。一个驱动单作用气缸提供有针对性的袖口的压力通过改变活塞的位置。它极大地消除了空气扰动在气泵。根据BP特征段,轨迹的功能是自动生成的实现两个测量时间的考虑和解决。单作用气缸是由直流电机驱动和一个线性螺旋。积极压力控制实现的闭环压力控制方案。实验验证了系统的性能。根据健康主题实验结果,目的是减少34.21%,ADM减少测量时间的15.78%相比,商业BP监控。 The standard deviation of measurements of the same healthy subject at the same time was also evaluated to examine the performance of precision. The ADM performed much consistently (i.e., less standard deviation) in the measurements when compared to a commercial BP monitor.
在未来,系统优化的控制参数对特征模型,如系统的单作用气缸和袖口。因此,控制系统的稳定性和效率可以进一步提高。与此同时,真正的IRB应用程序将检查患者的临床可行性。此外,处理验证和IEC标准EN 1060 - 4将是下一个计划的工作。gydF4y2Ba