毕业设计（论文）文献综述
学生姓名： 林伟鑫 学 号： 0700102228 专 业： 自动化 班 级： 07自动化2班 设计（论文）题目：
仿生型血压模拟器设计及其适用性分析
指导教师： 陈乐 二级学院： 机电工程学院
2011年 3 月 3 日
1.选题背景和意义 1.1选题背景
人体血压值及其变化规律是医生判断病人病症或健康水平的一项重要参考指标，故相关的用于血压测量、血压模拟的仪器被广泛应用于临床医学、科研及教学等领域。其中血压测量仪器的发展已趋于成熟，而血压模拟器的相关研究尚不全面，现有的血压模拟器主要用于心血管医学方面的实验教学及血压计校准，基本原理是利用电路控制扬声器和电磁阀模拟与人体心跳和血压变化。但从校准的角度看则存在不能完全校准的问题。
1.2研究意义
血压模拟器在血压计校准，医学研究、教学正发挥着越来越重要的作用，本文主要通过对现有血压模拟器的公开文献资料进行分析，主要从血压计校准的角度对现有血压模拟器的结构及工作原理进行探讨，试图发现其中存在的问题以争取得出更好的或者新的设计方案。
2.国内外发展现状和发展趋势
目前国内外使用的用于校准血压计的血压模拟器，基本原理都是采用包络线回放法，即根据所采集的人体包络线数据，归纳出一系列血压值与对应的包络线。校准时，根据血压计校准规程，血压模拟器将发出的包络线通过管路直接作用于血压计（避开了袖带），血压计对所接收到的包络线进行检测并判别出血压值，通过对血压模拟器发出的包络线所对应的血压值与血压计所测得的血压值进行比较，达到校准的目的。然而这种包络线回放装置虽然能够对血压计进行动态校准，但从方法存在不能完全对电子血压计进行校准的问题，血压计测量人体血压时，袖带是作为血压计测量系统的一部分参与血压测量工作的，而该装置却避开袖带直接将信号导入机内，把袖带的作用排除在外，因而没有达到整机校准的目的。另外，在原理上又存在不能实现量值溯源的问题，即血压计和血压模拟器在校准过程中相当于是轮流进行的，由于该血压模拟器是还原一个测量过程，给出的值只能是一个标称值，而且这些标称值是没有办法求出其准确度的，从而无法进行量值传递和溯源。
在张慧所著《浅析电子血压计的原理与检定》中提到了一种能完全地检定血压计的血压模拟器。这种方法把血压计的袖带也看成是血压计的一个传感部分进行检定。标准血压波的产生和模拟手臂的制作都存在着可预见的很大难度。国内外都未检索到实现该检定方法的具体技术方案。文中还提到由广东省计量科学研究所和广东省医疗器械研究所共同研制的示波法电子血压计检定装置实现了该种检定方法，其标准收缩压和舒张压的不确定度为0．3。但是也未能在公开文献资料上检索到相关的具体技术资料，故而本设计的构想值得进行相类似实物的制作并通过实验来进行验证。
在《电子血压计动态性能检定的技术研究》一文中，其血压模拟器的设计思路从电子血压计的工作原理出发，主要由模拟血压波信号发生器和传递装置组成；模拟血压波信号发生器产生幅值和频率可调、稳定、准确、连续的脉搏波， 将脉搏波导入传递装置；将电子血压计的袖带绑在传递装置上，重复测量血压的过程，测出传递装置中脉动的模拟血压波的参数。所述的模拟血压波信号发生器以空气为介质传递模拟血压的波动信号，所述的传递装置等效于人体手臂。
在《中医脉象模拟系统的研究》一文中，公开了一种脉象模拟系统的设计方案，其关键在于使用电机驱动油泵产生模拟血压，然后使用电磁阀控制模拟血液的流动产生脉搏跳动，再使用波形合成器来形成平滑的模拟血压波形。这项技术从基本原理上与血压模拟器的原理是一致的。另一方面，由于脉象模拟系统的设计是为学生练习熟悉各种脉象所研制，故其所设计的模拟手臂其实要求比血压模拟器更加复杂，在考虑模拟血压的同时还得考虑模拟血管深浅，粗细等问题。简单地理解就是把脉的时候是要掌握整个血压波形的变化，而血压计仅是针对血压和心率。
3.存在的问题
在上述《电子血压计动态性能检定的技术研究》一文中也考虑到了模拟人体手臂的性能问题，一是信号传递的特性必须人体上手臂等效，二是压力信号所组成的包络线参数需落入人群统计结果之中，三是结果必须能够重复。其制作模拟手臂的方法是以长300mm，外径60mm的硬塑料管模拟人体上臂骨，臂骨的五分之三覆盖着软性填充材料，五分之二是用硅橡胶材料做成、中间夹有模拟血管的人造肌肉，人造肌肉分为内肌肉层和外肌肉层。传递装置的最外一层是用硅橡胶制成的、具有仿人体皮肤弹性薄膜层。
虽然没有进行实际的验证，但是仍可根据材料引申出一些疑问：一个是使用空气作为介质作为模拟血压波动的信号，就存在空气和血液作为性质不同的流体其粘滞阻力相差甚远的问题，是否会存在模拟血压的压力变化波形难以较为准确控制的问题；另一个是模拟手臂的制作材料使用了多种，虽然仿真度较好，但是是否存在难以进行复制且不便进行调节的问题。当然，这些问题有待通过具体的实验进行验证，同时也是在该设计中必须考虑到的问题。
在上述《中医脉象模拟系统的研究》的方案中也存在一些问题，血压是通过调节电机的转速来进行调节，而心率则是通过调节电磁阀的动作频率来调节的。这样一方面电机的震动噪声是否会对模拟脉象产生影响，或者直接地理解：把脉的时候是通过手指进行感知的，电机加上电磁阀动作产生的噪声所产生的影响究竟有多大，是否会影响准确地掌握脉象，这是一个值得继续深入探讨的问题。
在解读上述资料后可以得到如下启示：是否可以通过更直接的驱动方式来控制模拟心脏的运动，同时对其产生压力及频率同时进行调节，也就是说，应该设法尽可能地简化模拟心脏的结构，当然也包括驱动电路的结构，这样才能实现更简便地进行调节控制，减少
故障的发生，也可降低多个调节环节产生过大的误差。
基于上述主要参考文献的设计思路，拟采用以下的方案来实现一种仿生型的血压模拟器。在机械结构上主要包括模拟心脏、模拟血管和模拟手臂。其中，所述模拟心脏包括一硬质腔体和设置在该腔体上的两个反向的单向阀，腔体一端连接有一橡胶皮碗，即通过间断地压缩、拉起皮碗可使模拟血液在模拟血管内产生单向的循环流动。
在电路硬件上主要包括模拟心脏的驱动、调节电路和模拟手臂的模拟血压测量、显示电路。所述的模拟心脏驱动电路主要由两个磁芯相对的电磁铁组成，两个电磁铁的线圈均固定设置在基座上，其中一电磁铁的铁芯固定在线圈内，另一电磁铁的铁芯与模拟心脏的皮碗连接。其工作原理是：对两个电磁铁同时输入反向脉冲，使两个电磁铁产生排斥是皮碗压缩驱动模拟血液流动并产生收缩压，继而对两电磁铁输入同向脉冲，或仅对任一电磁铁输入脉冲是两电磁铁铁芯相吸，从而驱动皮碗复位产生模拟血液的回流，并产生相应的模拟舒张压。所述的驱动脉冲可由单片机输出PWM波来控制，且通过调节PWM波的频率和占空比来调节模拟心脏的心率及收缩压、舒张压。由于单片机只是输出驱动信号，故还需通过可控硅接一大电流的外部电路以驱动电磁铁工作。
4.参考文献
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