電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)原理
目前血壓量測(cè)方式可分兩大類：一為侵入式，另一為非侵入式測(cè)量方式。侵入式的血壓量測(cè)，皆需由醫(yī)療人員操作，使用上有許多限制。其一般常見的血壓計(jì)則為非侵入式的水銀式血壓計(jì)與電子式血壓計(jì)兩種。
而水銀式血壓計(jì)所使用的方式為聽診法(Korotkoff Method)與電子式血壓計(jì)所使用之振盪法(Oscillometric Method)有所不同。傳統(tǒng)的水銀式血壓計(jì)，使用時(shí)將壓脈電子產(chǎn)品世界袋充氣至壓力大于人體的收縮壓時(shí)，動(dòng)脈血管會(huì)因擠壓而達(dá)閉塞情形使血管內(nèi)無(wú)血液流動(dòng)。接著測(cè)量人員以固定速率洩?dú)?，藉由聽診器聽到**個(gè)低沈的衝擊聲(Korotkoff Sounds)時(shí)，讀取水銀壓力計(jì)上的讀值，此即為收縮壓;若當(dāng)壓脈袋壓力小于血管壓力時(shí)則就無(wú)聲音，此時(shí)讀值即為舒張壓。
而目前家庭中*常用的則為電子式血壓計(jì)，其除自動(dòng)化測(cè)量外，也不需測(cè)量人員協(xié)助聽診。測(cè)試方法主要透過(guò)壓脈袋內(nèi)的壓力感測(cè)器來(lái)偵測(cè)壓力變化，藉此來(lái)判斷血壓值。其電子式血壓計(jì)組成件除感測(cè)器外，尚需有加壓幫浦、洩壓閥與微控制器的組合才能達(dá)到自動(dòng)化測(cè)量。量測(cè)方式于一開始對(duì)壓脈袋加壓，當(dāng)壓脈袋內(nèi)壓力大于人體的收縮壓后，再控制洩壓閥減壓。利用壓脈帶在加壓和減壓過(guò)程中，將心臟跳動(dòng)時(shí)在血管壁的震動(dòng)反應(yīng)到壓脈帶中感應(yīng)的壓脈波變化，進(jìn)從測(cè)量壓脈帶中壓力和振幅計(jì)算出收縮壓、舒張壓與平均壓值。
電子式血壓計(jì)的設(shè)計(jì)需要前置復(fù)雜的硬體設(shè)計(jì)來(lái)完成訊號(hào)取樣，并搭配微控制器進(jìn)行訊號(hào)取樣，一般需要通過(guò)以下步驟。生理信號(hào)通過(guò)感測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)前置放大器進(jìn)行信號(hào)放大和處理，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行採(cǎi)樣，將類比信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)位信號(hào)。微控制器再進(jìn)行自動(dòng)化控制及后端數(shù)位信號(hào)處理演算法來(lái)進(jìn)行信號(hào)分析處理，計(jì)算出有意義的資料。
所用芯片主要核心為內(nèi)建高解析度類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器，該核心整合應(yīng)用系統(tǒng)以達(dá)SOC晶片化的目的。在輸入的類比訊號(hào)不放大的設(shè)定下，ADC的性能可以高達(dá)ENOB有20bits的超高解析能力。ADC內(nèi)建可程式化增益放大器功能，間接省去傳統(tǒng)外接前置儀表放大器的功能。ADC內(nèi)建放大倍率*高達(dá)128倍率，等效可解析的RMS Noise可達(dá)小訊號(hào)100nV的分析能力。ADC在取樣頻率為250KHZ設(shè)定下，能夠完整取樣訊號(hào)，不僅ADC的超取樣架構(gòu)提高了訊號(hào)的解析能力，可程式化的數(shù)位超取樣選擇，也使得ADC解碼輸出率可設(shè)定成從8HZ到1KHZ的訊號(hào)輸出速度，足以符合250HZ以內(nèi)的取樣頻寬。而在程式設(shè)定輸出率約244HZ狀態(tài)下，ADC輸入訊號(hào)*小解析能力還可以達(dá)0.56uVms，足以分析出微小壓力感測(cè)器的訊號(hào)輸出範(fàn)圍。一般電子血壓計(jì)壓力感測(cè)器靈敏度約50uV/mmHg，相對(duì)于ADC解析度而言，等效每mmHg約有10倍的解析能力。終端的二階疏狀濾波器搭配超取樣架構(gòu)也扮演了低通濾波的功能。
另外電子式血壓計(jì)中，感測(cè)器扮演一個(gè)很重要的角色。當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)血管壁的震動(dòng)需要通過(guò)感測(cè)器來(lái)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而血壓計(jì)使用的壓力傳感器多為半導(dǎo)體製程電阻式的壓力傳感器，其傳感器電阻溫飄係數(shù)將近為1000PPM/℃等級(jí)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，多使用了運(yùn)算放大器產(chǎn)生一個(gè)定電流源系統(tǒng)，來(lái)提高傳感器的穩(wěn)定度及降低漂移量。