血壓值與上臂擺放位置的關系及其校正

李文祥　崔巍　劉競達　朱敬祎

（鄭州大學電氣工程學院，河南鄭州 450001）

血壓值與上臂擺放位置的關系及其校正

李文祥崔巍劉競達朱敬祎

（鄭州大學電氣工程學院，河南鄭州 450001）

目的：研究血壓值與上臂擺放位置的關系及其matlab實現的校正算法。方法：設計并制作一個基于示波法測血壓的血壓計和一個測量上臂與心臟相對水平高度差的測量裝置，測量不同身體健康的人在同一時段內，上臂正確擺放的血壓值和上臂抬高或降低一定高度后的血壓值，獲取一定量的數據后，進行matlab曲線擬合分析并找出血壓值與上臂擺放位置的關系，再通過設計算法對上臂擺放不標準時的血壓值進行校正，以達到即使上臂擺放不標準也能測出相對準確的血壓值的目的。結果：上臂擺放位置的不同對血壓值的影響顯著，通過一系列測量數據的分析，得出了它們之間的關系，并設計出了能進行有效校正的算法。

血壓值 上臂位置 健康人 matlab 校正算法

現在許多學者發表的論文、期刊有一個普遍的認識，認為血壓值的準確與否與我們測量時上臂擺放的位置有關系。我們也通過長時間的學習和實驗，獲取了一系列同一時段準確的血壓值和手臂不同擺放位置處的血壓值，經過曲線擬合及相關的分析，得出了上臂擺放位置與血壓值的關系，并設計了校正算法。研究內容如下：

1　研究背景

大量實驗研究表明，我們測量血壓時，上臂擺放位置對血壓值的影響非常明顯。測量時，上臂位置應與右心房在同一水平高度，如果上臂位置高于右心房水平，則可使收縮壓和舒張壓降低； 反之，則可使血壓上升。如今，很多專家學者對上臂位置與右心房水平高度差與血壓值的關系雖然也進行了研究，但其研究方法、研究過程及其研究結果并沒有詳細闡述。我們在論文中將給出這一研究的具體方法、具體過程以及詳盡的結果。

2　研究方法

想要找到上臂擺放位置與血壓值之間的關系，必須收集大量在同一時間段內（默認在正常情況下我們的血壓值在比較短的時間內是基本穩定的）上臂擺放位置與右心房之間的水平高度差及相對應的血壓變化值的數據，我們把這些數據進行科學合理地分析便能得出二者的關系。

（1）標準姿勢下正常血壓的獲取：我們采用的是水銀式血壓計，測量時要求測試者的姿勢盡量標準，使得我們的血壓值盡可能的準確。

（2）手臂抬高后手臂位置與右心房水平高度的測量：我們通過用陀螺儀來測量抬高后手臂與身體之間的角度，再進行轉換得到手臂與右心房之間的水平高度差。具體方法為：開始時，我們在測血壓標準姿勢下測量我們右心房到肩膀的豎直距離H，然后我們身體正直，手臂豎直下垂，把陀螺儀放在手臂距離肩膀H長度出，此時我們手臂與身體之間的夾角近似為0，接著僅在身體所在的平面內抬高手臂，此時得到手臂和身體的一個夾角θ。于是，手臂與右心房相對高度差：

手臂抬高后模型圖：

其實，實際中，我們測血壓時往往手臂在左右和前后方向都會有角度，這個其實也很簡單處理，只需要多進行一次轉換就可以了。如左右角度（手臂與身體在身體平面的夾角）為θ，前后角度（手臂僅前后擺動時與身體平面的夾角）為φ，則，手臂和右心房的相對高度為：

圖1

（3）手臂抬高后血壓值的測量：手臂在身體平面內抬高一定高度后，我們用東西把手臂支撐好再用水銀血壓計對血壓進行測量，30分鐘內手臂依次抬高，我們依次測量不同高度下的血壓值。

（4）手臂擺放位置與血壓值的關系的獲取方法：我們求出已經測得的準確血壓和抬高手臂后測得的血壓之間的差值（有高壓差和低壓差），并把差值和所對應的高度差組成一組分析數據，然后進行matlab曲線擬合已及數學分析分別得出高壓、低壓與高度差之間的關系。

3　研究過程

實驗中，我們在三天內分別對五個身體健康的同學進行了實驗測量，每天在早上和下午給五個同學各測量一組數據。同一時間段內（試驗中我們取這一時間段為30分鐘），我們先測量標準姿勢下的血壓值，再讓測試者把手臂依次抬高一定的高度（大約2-4cm）并保持不動（僅手臂抬高，身體保持正直），準確測量該姿勢下的血壓值和手臂抬高的具體高度。得到這些數據后，我們進行matlab進行曲線擬合并做合理的數學分析，從而得出我們的研究結果。

4　研究結果的獲取

按照前面的的研究過程，我們對受測者進行了一系列的測量活動，記錄了相應的數據。現對其進行如圖1分析：

4.1Matlab曲線擬合（圖1）

結果分析：由matlab的多項式擬合結果來分析，我們血壓值的變化（包括高壓值、低壓值）近似規律為：手臂每抬高10cm，血壓值降低8-9m mH g。

4.2傳統數學分析

我們采用最小二乘法對數據進行曲線擬合，分析過程如下：設：我們血壓差（Y）與相對高度差（X）滿足一次線性關系，即：

Y=KX+b

計算結果為：

故，最小二乘法曲線擬合結果為：高壓差與相對高度的關系滿足Y=-0.7028X -0.5835；低壓差與相對高度的關系滿足Y=-0.8685X -0.2375。

結果分析：由傳統的數學分析我們也得到了血壓值（包括高壓、低壓）大致滿足：手臂每抬高10cm，血壓值降低7.5-8.5mmHg。

研究結果總結：通過一系列實驗測量我們最終得到了血壓與上臂擺放位置的關系，大致滿足：上臂每抬高10cm，血壓值降低8-9 m m H g。

5　上臂擺放不標準時血壓測量的校正算法

測量前我們測量出自己的右心房到肩膀距離H，然后把血壓計帶上，把陀螺儀裝置好，手臂任意抬高一定高度并保持，開始進行血壓測量。測試完成后能得到兩個角度（φ、θ）和一對血壓值（高壓x1，低壓x2），然后我們進行校正。

校正算法：

第一步：計算相對高度差

第二步：把ΔH代入關系式求血壓差高壓差

低壓差

第三步：求得真實血壓

高壓 H=x1-Δx1

低壓 L=x2-Δx2

當然，我們也可以很簡單地用編程來實現我們的校正，這樣我們便可以把原來的血壓計加以改進，改進后的血壓計便可以不再對手臂擺放位置有嚴格的要求了。