臺灣博碩士論文加值系統

血壓(blood pressure)與血壓波型為臨床評估心臟功能的指標。一般非侵入式量測方式，如振盪式血壓量測法，目前皆無標準校正工具可供市售儀器進行校正，因此本研究開發假體血壓校正系統，以供振盪式血壓量測進行校正，同時利用假體血壓校正系統可以調整、輸出不同舒張壓與收縮壓以提供血壓量測裝置進行校正。
同時，本研究整合本實驗室已有的非侵入式連續血壓量測系統[1]，將數位處理晶片(DSK5510) 以及PID控制工程的幫浦控制加入系統，建構振盪法血壓量測與連續血壓量測兩種血壓量測功能，並以上述假體模擬系統進行兩種血壓量測功能校正。
本研究實測分為三方面，第一部份整合振盪法血壓量測功能與床邊監視器血壓量測結果進行比對的自我測試。量測十位受測者，每位受測者量測兩次。結果顯示，使用本系統與床邊監視器量測得平均血壓與舒張壓差異大多數在10 mmHg以內，但收縮壓有較多差異超過10 mmHg，整體來說本系統與床邊監視器在收縮壓、舒張壓與平均血壓量測結果相比較，在統計上皆有顯著差異(p<0.001)。
第二為利用建構假體模擬系統改變其輸出舒張壓與收縮壓以測試假體模擬系統使用在振盪法血壓量測裝置表現。結果顯示，當假體模擬系統設定收縮壓、舒張壓與平均血壓分別為139 mmHg、60 mmHg與86 mmHg時，本研究振盪法血壓量測機制量測值分別為132.4±5.32 mmHg、48.4±2.80 mmHg與94.5±5.48 mmHg。床邊監視器量測值分別為143.6±1.51 mmHg、88±1.05 mmHg與105.4±1.17 mmHg。由結果可知，在本研究系統量測，收縮壓與平均血壓與假體模擬設定較接近，而舒張壓有偏低現象。在床邊監視器量測，在收縮壓有與假體模擬設定較接近，在平均血壓與舒張壓皆有過高現象。整體來說，雖然兩種儀器量測值皆有不同大小差異，但在統計上不管是在收縮壓、舒張壓與平均血壓皆與假體模擬系統有統計上的顯著差異。
第三部份為利用假體模擬系統測試連續血壓量測系統對於不同設定表現。結果顯示，假體模擬系統固定收縮壓提高舒張壓時，連續血壓振幅量測會有下降趨勢。反之，當假體模擬系統固定舒張壓提高收縮壓時，連續血壓振幅量測會有上升趨勢。但當同時調整舒張壓與收縮壓時，血壓振幅會根據舒張壓與收縮壓的互相抵銷而有不固定上升與下降。
經由上述三種實際量測結果顯示，本研究已成功開發一假體血壓校正系統，可提供非侵入式振盪式血壓量測裝置進行校正。同時，可利用此假體血壓校正系統進行連續血壓量測裝置的相關測試。未來改進方向包括:假體血壓校正系統的材質、管路與控制，以提供更精準、更擬真的血壓模擬。同時，利用假體血壓校正系統驗證、改進振盪法血壓量測與連續血壓量測之參數設定與功能。

Blood pressure and blood pressure waveform are indicators for clinical evaluation of heart functions. The physiological reaction mechanism will influence the changes of blood pressure and blood pressure waveform. There is no calibration tool for commercial device using common non-invasive blood pressure measurement method, such as auscultation and oscillation. Thus, this study develops the phantom blood pressure calibration system (PBPCS) to calibrate the non-invasive measurement oscillomatric devices. Additionally, this system can adjust and output different basic blood pressure (diastolic pressure) and flow (systolic pressure) in order to provide proper setting for the calibration of blood pressure measurement devices.
At the same time, this research integrates the custom made non-invasive continuous blood pressure system from this laboratory [1] with the real-time digital signal processing chips and the PID controller for pump control into one complete system. The constructed system has two blood pressure measurement capabilities: oscillometric blood pressure measurement and continuous blood pressure measurement. and use the phantom blood pressure calibration system to adjust the two kind of blood pressure meters.
This research have three aspects, the first part compares the blood pressure measurements of integrated device using oscillometric blood pressure measurement method and bedside monitor (Spacelabs). This experiment measures ten subjects and repeat twice measurements for each subject. Results demonstrate that the most of the difference of mean pressure and diastolic pressure between the integrated device and the bedside monitor are less than 10 mmHg. However, lots of the systolic pressures differs more than 10 mmHg. Over all, there are significant differences on systolic pressure, diastolic pressure and mean pressure obtained by the integrated device and the bedside monitor. And, the correlation coefficient is 0.867.
The second aspect is to assess the performance of the PBPCS in oscillometric blood pressure measurement by adjusting and outputting different basic blood pressure (diastolic pressure) and flow (systolic pressure). Results demonstrate that when the settings of PBPCS for systolic, diastolic and mean pressure are 139 mmHg, 60 mmHg and 86 mmHg, respectively, the measured results of the integrated device are 32.4±5.32 mmHg, 48.4±2.80 mmHg and 94.5±5.48 mmHg, respectively. On the other hand, the measured results of the bedside monitor are 143.6±1.51 mmHg, 88±1.05 mmHg and 105.4±1.17 mmHg, respectively. These results indicate that the systolic pressures and mean pressures from the integrated device are adjacent to the PBPCS setting. However, the integrated device underestimates the diastolic pressures. On the other hand, the bedside monitor overestimates the diastolic and mean pressures. Nevertheless, there are significant differences between PBPCS settings and measurements from both devices.
The third part of this research is to use the PBPCS to evaluate the continuous blood pressure measurement system under different settings. The results demonstrate that when the PBPCS keeps systolic pressure constant and elevates the diastolic pressure, the blood pressure pulse wave has the tendency to decrease in amplitude. On the other hand, when the PBPCS keeps diastolic pressure constant and elevates the systolic pressure, the pulse wave amplitude increases. When the PBPCS adjusts systolic and diastolic pressures at the same time, due to the combined effect of changes in diastolic and systolic pressures, the change of pulse wave amplitude is uncertain.
By way of the preceding results of three experiments, this research develops the PBPCS to calibrate the non-invasive blood pressure measurement devices successfully. At the same time, it can be used for related tests of continuous blood pressure measurements system. In the future, there are several improvement can be made including: the material of the phantom, pipeline and control mechanism of the PBPCS in order to provide more realistic and more accurate blood pressure simulation. At the same time, the PBPCS can be used to validate and test the parameters setting for oscillometric blood pressure and continuous blood pressure measurements.

摘要 I
Abstract III
謝誌 VI
目錄 VII
圖索引 IX
表索引 XII
第一章 序論 1
1-1前言 1
1-2研究目的 2
1-3論文架構 2
第二章 研究背景與理論 3
2-1 血壓訊號特徵點的定義及其生理意義 3
2-1.1 連續血壓波型 3
2-2 血壓量測法與其工作原理 5
2-2.1聽診法 5
2-2.2 振盪法 6
2-2.3 低壓式量測法 8
2-3 血壓參數 9
2-3.1 Augmentation Index 9
2-4 血壓模擬 10
第三章 系統架構與方法 13
3.1 即時連續血壓量測資訊系統 13
3-1.1 系統架構 13
3-1.2 微控制器 15
3-1.3 數位訊號處理晶片 16
3-1.3.1 DSK5510 Interrupts 18
3-1.3.2 EMIF 19
3-1.4 週邊裝置(I/O device) 21
3-1.4.1 LCD顯示與觸控裝置 21
3-1.4.2 數位處理單晶片(DSK5510)與微控器(MSP430)的溝通控制 24
3-1.4.3 PID控制工程 26
3-1.5 訊號分析與處理 29
3-1.5.1 幫浦啟動訊號處理 32
3-1.5.2 FIR數位濾波 33
3-1.5.3 基線飄移校正 33
3-1.5.4 血壓振幅 34
3-2 假體模擬系統 37
3-2.1 水槽製作 37
3-2.2 假體製作 38
3-2.3 感測與其他週邊裝置 39
3-2.4 假體模擬系統 41
3-3 實驗流程 44
第四章 實驗結果與討論 46
4-1 即時連續血壓量測系統 46
4-1.1 系統硬體 47
4-1.1.1 連續血壓量測控制線路 47
4-1.1.2 壓力感測器的濾波線路 49
4-1.1.3 硬體系統腳位重新規劃 50
4-1.2 系統軟體 51
4-1.2.1 PID幫浦充氣控制 51
4-1.2.2 微控器(MSP430)與數位訊號處理單晶片(DSK5510) 雙向溝通 55
4-1.2.3 振盪法血壓量測系統 56
4-1.2.4 連續血壓量測系統 65
4-2 假體模擬系統 70
4-2.1 血壓模擬控制硬體 70
4-2.2矽膠假體 70
4-2.3 水壓感測器、流量計控制、緩衝器、分支回路 70
4-2.4 實際量測與測試結果 73
4-3 討論 92
第五章 結論與未來展望 94
參考文獻 96

圖索引
圖 2-1 人體中不同測量點的血壓波型4
圖 2-2 依年齡、血管硬化程度等因素，造成波型的不同5
圖 2-3 聽診法示意圖7
圖 2-4 Cuff作用示意圖7
圖 2-5 振盪法示意圖.7
圖 2-6 橈動脈增大指數10
圖 2-7 血壓模擬裝置11
圖 2-8 血壓模擬系統不同部位的血壓波型12
圖 2-9 血液模擬架構圖12
圖 3-1 連續血壓量測系統架構圖14
圖 3-2 連續血壓量測系統流程圖14
圖 3-3 MSP430F149腳位圖17
圖 3-4 TMS320VC5510 DSK外觀圖17
圖 3-5 TMS320VC5510 DSK架構方塊圖18
圖 3-6 中斷流程圖20
圖 3-7 EMIF輸入輸出示意圖21
圖 3-8 LCD 系統方塊圖22
圖 3-9 ads7843架構圖23
圖 3-10 控制時序圖23
圖 3-11 LCD初始化流程圖23
圖 3-12 OVLAY設定模式24
圖 3-13 MSP430串列傳輸構圖25
圖 3-14 MSP430串列傳輸架構圖25
圖 3-15 Master與Slave的串列傳輸溝通26
圖 3-16 單位步階響應圖29
圖 3-17 電動幫浦迴授架構29
圖 3-18 振盪法血壓量測流程圖30
圖 3-19 連續血壓量測流程圖，DSK5510端31
圖 3-20 連續血壓量測流程圖，MSP430端32
圖 3-21 幫浦啟動訊號處理流程圖34
圖 3-22 FIR低通濾波器頻率響應與相位圖35
圖 3-23 11階濾波器脈衝響應圖35
圖 3-24 基線飄移示意圖36
圖 3-25 基線飄移程式流程36
圖 3-26 血壓振幅37
圖 3-27 整個系統架構38
圖 3-28 矽膠假體成形圖39
圖 3-29 IWAKI公司生產不同型號的幫浦性能表現40
圖 3-30 壓力感測器電壓與壓力值的對應圖40
圖 3-31 流量計流速41
圖 3-32 系統水流架構圖43
圖 3-33 血壓模擬系統微控器控制流程43
圖 3-34 流量計控制、轉換架構圖43
圖 3-35實驗流程圖45
圖 4-1 LCD顯示結果47
圖 4-2擷取血壓訊號類比濾波線路.48
圖 4-3恆定壓力控制迴路48
圖 4-4 連續血壓量測減法線路 49
圖 4-5 60 Hz Butterworth二階低通濾波器 49
圖 4-6 二階低通濾波器特性 50
圖 4-7 充氣幫浦系統在目標壓力為40 mmHg的原始響應53
圖 4-8 幫浦壓力曲線圖 54
圖 4-9 不同PID係數比較 54
圖 4-10 MSP430傳至DSK5510傳輸結果 55
圖 4-11 DSK5510傳至MSP430傳輸結果 56
圖 4-12 手臂壓脈袋壓力曲線與血壓脈衝圖 57
圖 4-13 本系統與床邊監視器在舒張壓、收縮壓與平均血壓的比較 59
圖 4-14 本系統與MATLAB運算在舒張壓、收縮壓與平均血壓的比較。 59
圖 4-15 比較本系統與床邊監視器在平均血壓的量測結果 61
圖 4-16 比較本系統與床邊監視器在收縮壓的量測結果 62
圖 4-17 比較本系統與床邊監視器在舒張壓的量測結果 62
圖 4-18 血壓校正系統幫浦衝器速率測試 63
圖 4-19 11階FIR數位濾波器濾波結果 66
圖 4-20 經過11階40 Hz FIR低通濾波器頻譜圖 66
圖 4-21 血壓訊號微分取絕對值 68
圖 4-22 去除基線瓢移後訊號 68
圖 4-23 連續血壓訊號受到幫浦啟動干擾 69
圖 4-24 系統實體圖 71
圖 4-25 幫浦、電磁閥、微控器以及控制線路 72
圖 4-26 矽膠假體 72
圖 4-27 水壓感測器；緩衝器 72
圖 4-28 流量計；流量計控制線路 73
圖 4-29 迴流管路 73
圖 4-30 幫浦電壓與流量的關係 75
圖 4-31 流量計輸出頻率與流量關係 75
圖 4-32 模擬血壓裝置模擬輸出經由壓力感測器與流量計量測的訊號 76
圖 4-33 模擬裝置輸出波形有無緩衝裝置的差異 78
圖 4-34 人體血壓訊號與模擬裝置輸出訊號比較圖 78
圖 4-35有無迴流管路對於血壓量測時波形的影響 79
圖 4-36 模擬血壓訊號與連續血壓量測裝置脈壓袋振幅與壓力值訊號 80
圖 4-37模擬輸出裝置設定，使用本系統量測結果 81
圖 4-38模擬輸出裝置設定，使用床邊監視器量測結果 82
圖 4-39 使用假體模擬輸出測試振盪法血壓量測結果 83
圖 4-40 模擬血壓量測結果 84
圖 4-41模擬血壓量測結果 84
圖 4-42模擬血壓量測結果 85
圖 4-43 模擬血壓量測結果 87
圖 4-44 使用連續血壓量測結果 89
圖 4-45使用連續血壓量測結果 90
圖 4-46使用連續血壓量測結果 92

表索引
表 2-1 動脈血壓波型及其生理意義 3
表 3-1 幫浦規格表 39
表 3-2 壓力感測器規格表 40
表 3-3 流量計規格 41
表 4-1 系統腳位配置 50
表 4-2 測試不同PID參數 54
表 4-3本系統與床邊監測器血壓量測之結果 58
表 4-4 以床邊監視器為主收縮壓誤差值超過10 mmHg的受測者 65
表 4-5 使用本系統與MATLAB血壓振幅運算 69
表 4-6 幫浦電壓與流量關係 74
表 4-7 假體模擬輸出、本系統裝置與床邊監視器量測平均值與標準差 81
表 4-8 使用假體模擬輸出測試振盪法血壓重覆性量測結果 82
表 4-9 本系統裝置與床邊監視器量測舒張壓的平均值與標準差 86
表 4-10本系統裝置與床邊監視器量測收縮壓的平均值與標準差 87
表4-11 量測血壓振幅結果 89
表4-12 量測血壓振幅結果 90
表 4-13量測血壓振幅結果 92

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