一款适用于加压同步法血压测量的微型压电泵
电子圈
作者:
李世军
03-02 08:49
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电子血压计的设计
目前的电子血压计基本上使用的是示波法。示波法也叫振荡法,有两种示波法测量技术:加压法和减压法。减压法是指在泄压的时候测量血压,它通过泵把袖带充压到一个极高压力,然后通过定速排气阀对袖带内压力进行泄压,随着不断的泄压,压力达到一定的程度后,血压通过血管后会产生震荡波,震荡波的大小与血压值有一定的比例关系,然后再通过一定的复杂计算来估算血压。减压法是一种比较常见的测量技术,但因为在使用减压法时需要把袖带充气到一个极高压力,会对患者产生不适感,越来越多的厂家开始尝试加压法。加压法也叫加压同步测量技术,它在袖带充气期间进行示波测量,这将有利于缩短测量周期(一旦测量完成,压力可以立即排出),从而提高患者的舒适度。实现加压法的难点之一是增压气泵需要以恒定的充气速率对袖带进行充气。此外,另外一个难点是需要增压气泵无脉动输出。我们通常意义上所说的流速(流量)概念是指在一段时间内的平均流速,若把时间单位变小,会发现泵的流速(流量)不是直线,而是一个类似正弦波式的曲线。我们把泵的流速/压力像脉搏那样地周期性运动或变化称为泵的脉动。由于泵会产生脉动,脉动会掩盖来自患者的潜在信号,从而限制了传统泵在加压法示波测量的应用。目前市场上已经有加压法的血压计面世,但这些血压计基本上是消费电子类产品(如电子测压手表),专业级的加压法血压计还需要进一步的开发和探索。
一种新的压电泵(DISC PUMP)把恒速增压及无脉动输出变成了可能1(备注1)。常规压电气泵依靠压电执行器的运动来压缩腔体中的气体,从而增加其压力。因为压电执行器的形变非常小,这种“排量”泵的性能有限。与此相反,DISC PUMP不依赖于压缩。它会产生一个高频、高振幅的驻波,然后用一个超快的阀门对该波进行整流。这一原理使DISC PUMP能够产生比传统压电泵更大的流量和压力——而且因为DISC PUMP以超声波频率运行,所以它是静音的2(备注2)。与通常每秒循环几次的传统泵不同,Disc Pump 以每秒超过 20,000 次循环的超声波频率运行,每50微秒循环移动不到1微升的空气,因此袖带中产生的脉动完全可以忽略不计1(备注1)。DISC PUMP 的超声波操作是无声且无振动的。这意味着泵模块可以在不干扰睡眠的情况下运行。此外,该泵结构紧凑,仅重5 克,高度为 10 毫米,直径为 30 毫米。这个功能允许泵模块与臂袖紧密集成,从而能够创建完全臂戴式系统,不需要额外的长软管连接袖带与测量主机。特别适合于24H专业级动态血压监测。
图一, DISC.PUMP实拍
在使用时将泵模块从其传统的“家”,- 皮带套(或床头柜,如果在晚上) - 搬迁到袖带上。直接安装在袖带上不仅有利于用户体验,它还消除了对泵模块和袖带之间的软管的需要。鉴于施加到该软管上的任何无意压力都会干扰测量(尤其是在夜间,软管可能会在睡眠期间扭结,)修改后的架构提供了更强大的解决方案。DISC PUMP的恒定充气率既可以是基于时间(mmHg/sec),也可以基于脉搏率的自适应方法(每心跳 mmHg)。下图展示了基于时间的恒定充气率的实验案例。
图二
图二:使用 Disc Pump 评估套件创建线性压力斜坡(橙色),目标为大约 3 mmHg/s。 在这条曲线中可以看到测量压力的振荡,从中计算了压差振荡(灰色)、振荡包络(细黄色)和最佳拟合包络(黄色虚线)。 最后,最佳拟合包络用于通过标准启发式方法估计血压。1(备注1)
总结:DISC PUMP通过支持加压测量和静音操作,提高了患者的舒适度。其紧凑的外形可以创建完全集成的臂戴式泵模块,从而进一步改善用户体验。通过消除对长管的需求以及对充气率提供精确和自适应控制,可以增强测量的稳健性。
资料来源:
备注1:https://www.ttpventus.com/micropump-applications/medical/ambulatory-blood-pressure-monitoring
备注2:https://www.ttpventus.com/technology/operating-principle
作者简介:
李世军,专注于泵阀行业20余年,致力于先进技术的销售与推广,如有兴趣欢迎交流!VX号:PP155425。