血压值与上臂摆放位置的关系及其校正

李文祥　崔巍　刘竞达　朱敬祎

（郑州大学电气工程学院，河南郑州 450001）

血压值与上臂摆放位置的关系及其校正

李文祥崔巍刘竞达朱敬祎

（郑州大学电气工程学院，河南郑州 450001）

目的：研究血压值与上臂摆放位置的关系及其matlab实现的校正算法。方法：设计并制作一个基于示波法测血压的血压计和一个测量上臂与心脏相对水平高度差的测量装置，测量不同身体健康的人在同一时段内，上臂正确摆放的血压值和上臂抬高或降低一定高度后的血压值，获取一定量的数据后，进行matlab曲线拟合分析并找出血压值与上臂摆放位置的关系，再通过设计算法对上臂摆放不标准时的血压值进行校正，以达到即使上臂摆放不标准也能测出相对准确的血压值的目的。结果：上臂摆放位置的不同对血压值的影响显著，通过一系列测量数据的分析，得出了它们之间的关系，并设计出了能进行有效校正的算法。

血压值 上臂位置 健康人 matlab 校正算法

现在许多学者发表的论文、期刊有一个普遍的认识，认为血压值的准确与否与我们测量时上臂摆放的位置有关系。我们也通过长时间的学习和实验，获取了一系列同一时段准确的血压值和手臂不同摆放位置处的血压值，经过曲线拟合及相关的分析，得出了上臂摆放位置与血压值的关系，并设计了校正算法。研究内容如下：

1　研究背景

大量实验研究表明，我们测量血压时，上臂摆放位置对血压值的影响非常明显。测量时，上臂位置应与右心房在同一水平高度，如果上臂位置高于右心房水平，则可使收缩压和舒张压降低； 反之，则可使血压上升。如今，很多专家学者对上臂位置与右心房水平高度差与血压值的关系虽然也进行了研究，但其研究方法、研究过程及其研究结果并没有详细阐述。我们在论文中将给出这一研究的具体方法、具体过程以及详尽的结果。

2　研究方法

想要找到上臂摆放位置与血压值之间的关系，必须收集大量在同一时间段内（默认在正常情况下我们的血压值在比较短的时间内是基本稳定的）上臂摆放位置与右心房之间的水平高度差及相对应的血压变化值的数据，我们把这些数据进行科学合理地分析便能得出二者的关系。

（1）标准姿势下正常血压的获取：我们采用的是水银式血压计，测量时要求测试者的姿势尽量标准，使得我们的血压值尽可能的准确。

（2）手臂抬高后手臂位置与右心房水平高度的测量：我们通过用陀螺仪来测量抬高后手臂与身体之间的角度，再进行转换得到手臂与右心房之间的水平高度差。具体方法为：开始时，我们在测血压标准姿势下测量我们右心房到肩膀的竖直距离H，然后我们身体正直，手臂竖直下垂，把陀螺仪放在手臂距离肩膀H长度出，此时我们手臂与身体之间的夹角近似为0，接着仅在身体所在的平面内抬高手臂，此时得到手臂和身体的一个夹角θ。于是，手臂与右心房相对高度差：

手臂抬高后模型图：

其实，实际中，我们测血压时往往手臂在左右和前后方向都会有角度，这个其实也很简单处理，只需要多进行一次转换就可以了。如左右角度（手臂与身体在身体平面的夹角）为θ，前后角度（手臂仅前后摆动时与身体平面的夹角）为φ，则，手臂和右心房的相对高度为：

图1

（3）手臂抬高后血压值的测量：手臂在身体平面内抬高一定高度后，我们用东西把手臂支撑好再用水银血压计对血压进行测量，30分钟内手臂依次抬高，我们依次测量不同高度下的血压值。

（4）手臂摆放位置与血压值的关系的获取方法：我们求出已经测得的准确血压和抬高手臂后测得的血压之间的差值（有高压差和低压差），并把差值和所对应的高度差组成一组分析数据，然后进行matlab曲线拟合已及数学分析分别得出高压、低压与高度差之间的关系。

3　研究过程

实验中，我们在三天内分别对五个身体健康的同学进行了实验测量，每天在早上和下午给五个同学各测量一组数据。同一时间段内（试验中我们取这一时间段为30分钟），我们先测量标准姿势下的血压值，再让测试者把手臂依次抬高一定的高度（大约2-4cm）并保持不动（仅手臂抬高，身体保持正直），准确测量该姿势下的血压值和手臂抬高的具体高度。得到这些数据后，我们进行matlab进行曲线拟合并做合理的数学分析，从而得出我们的研究结果。

4　研究结果的获取

按照前面的的研究过程，我们对受测者进行了一系列的测量活动，记录了相应的数据。现对其进行如图1分析：

4.1Matlab曲线拟合（图1）

结果分析：由matlab的多项式拟合结果来分析，我们血压值的变化（包括高压值、低压值）近似规律为：手臂每抬高10cm，血压值降低8-9m mH g。

4.2传统数学分析

我们采用最小二乘法对数据进行曲线拟合，分析过程如下：设：我们血压差（Y）与相对高度差（X）满足一次线性关系，即：

Y=KX+b

计算结果为：

故，最小二乘法曲线拟合结果为：高压差与相对高度的关系满足Y=-0.7028X -0.5835；低压差与相对高度的关系满足Y=-0.8685X -0.2375。

结果分析：由传统的数学分析我们也得到了血压值（包括高压、低压）大致满足：手臂每抬高10cm，血压值降低7.5-8.5mmHg。

研究结果总结：通过一系列实验测量我们最终得到了血压与上臂摆放位置的关系，大致满足：上臂每抬高10cm，血压值降低8-9 m m H g。

5　上臂摆放不标准时血压测量的校正算法

测量前我们测量出自己的右心房到肩膀距离H，然后把血压计带上，把陀螺仪装置好，手臂任意抬高一定高度并保持，开始进行血压测量。测试完成后能得到两个角度（φ、θ）和一对血压值（高压x1，低压x2），然后我们进行校正。

校正算法：

第一步：计算相对高度差

第二步：把ΔH代入关系式求血压差高压差

低压差

第三步：求得真实血压

高压 H=x1-Δx1

低压 L=x2-Δx2

当然，我们也可以很简单地用编程来实现我们的校正，这样我们便可以把原来的血压计加以改进，改进后的血压计便可以不再对手臂摆放位置有严格的要求了。