非侵入式血压监测设备和方法与流程

本发明涉及生命体征检测的领域，具体而言涉及血压检测的领域。更具体而言，本公开至少在一些方面中涉及对也被称为nibp的非侵入式血压测量方法的改进。更具体而言，本公开涉及适合于在袖带的充气期间测量血压的血压测量设备，并且涉及针对这样的血压测量设备的控制方法。通常，非侵入式血压检测可被称为以间新年好的方式检测动脉血压而无需施加到感兴趣对象的身体的突兀的措施的检测动脉血压的方法和途径。

背景技术：

不同于侵入式血压测量，非侵入式血压测量是一种间接测量人体血压的方法。最成熟的非侵入式血压测量方法要求将可充气袖带置于肢体周围，其中，改变该袖带中的压力以推断血压。通常，相应的设备可以被称为血压计。在血压计中，存在确定血压的两种类型。

用于非侵入式血压检测第一种方法是所谓的基于听诊的方法。听诊测量基于在袖带压力改变的时段期间听取动脉的声音。这些声音被称为所谓的柯氏音，因为柯罗特科夫是第一个将这些声音与血压相关联的人。声音通常用置于肱动脉处的听诊器来测量。首先，对袖带进行充气，直到动脉中的血流被阻塞，这可以通过柯氏音的消失来观察。然后袖带被放气。用户(通常是医务人员)可以通过听取柯氏音的变化来确定血压。第一声音发生时的压力通常被称为收缩压。在进一步放气期间，声音首先变得更响亮，并且之后幅度减小。最后一个声音出现时的压力通常称为舒张压。

用于非侵入式血压检测的第二种方法是所谓的动脉搏动描记法。在该方法中，收缩压和舒张压值取决于血压袖带内压力振荡的幅度。这些压力振荡的幅度是在不同的袖带压力下测量的，其中，收缩压和舒张压值通常被计算为压力振荡为压力振荡最大值的一定分数处的袖带压力。传统上，通过对袖带进行充气而改变袖带压力直到开始阻断血流。然后，袖带被缓慢放气,在其期间测量振荡幅度。当前，大多数电子自动血压测量设备是基于在临床实践和家庭情况中广泛使用的动脉搏动描记法来测量血压的。

us2014/0309541a1公开了一种动脉搏动描记血压测量设备，该测量设备包括：袖带，其当被佩戴在血压测量区上时以袖带中的流体的压力来对测量区中的动脉进行加压；压电泵,其增加袖带内的压力；放气单元,其降低袖带内的压力；压力检测单元，其检测袖带压力,所述袖带压力为所述袖带内的压力；以及控制单元，其中,所述控制单元被布置为确定施加到所述压电泵的电压的幅度和频率；执行控制以使得由所述确定单元确定的所述幅度和频率的电压被施加到所述压电泵；并且基于在由压电泵增加袖带压力时在充气过程中检测到的袖带压力来计算血压值。相应地，us2014/0309541a1描述了一种血压测量设备，其被布置为分析充气阶段以导出血压。

传统地，动脉搏动描记血压测量方法利用测量的放气阶段，其中，压力被逐渐降低从而确定指示血压的信号。动脉搏动描记血压测量基本上被被布置为以通常依赖于设备的测量值和经验参数的中间方式导出特征血压值，例如收缩压和舒张压。

基于放气阶段的测量是完善的，但是同时由于对象(或患者)特定时间内暴露于相对较高的袖带压力，因而在一定程度上不舒服。此外，由于使用放气阶段，因而首先需要实现定义的最大压力水平，从此开始可以启动放气流程。因此，患者暴露于比这样的血压测量的基本要求更高的最大袖带压力。此外，袖带充气需要一些时间，并且放气方案需要相当的时间量，这进一步增加了患者(或对象)的不适。

基于充气阶段的血压测量可以减少不适，因为可以在更短的时间内完成血压测量，因为使用了袖带压力的充气部分而不是放气部分。一旦在充气阶段通过了感兴趣的压力范围，可以开始卸压，从而减少总体测量时间和基于压力的不适。

然而，在基于充气的非侵入式血压测量方法和设备领域，也有改进的空间。通常，适当的充气速率(充气速率也可以被称为袖带速率)需要基于测量时间和准确性之间的折衷来定义。作为一般的约束，必须检测足够数量的振荡，从而使得能够以所需精度计算期望的指示血压的值。这样的测量过程强烈依赖于实际对象(患者)，压力袖带的类型，泵的类型以及连接压力袖带和相应的加压单元(例如泵)的流量导管(例如空气管)的类型和长度。因此，控制充气阶段是至关重要的，并且对整个系统的准确性和稳定性来说是最重要的。

文献us2014/257116a1描述了一种电子血压计，其包括充气控制单元，所述充气控制单元控制泵来将流体输出到袖带中，使得袖带中的压力根据驱动电压来以目标充气速度增加。所述电子血压计还包括目标改变单元，所述目标改变单元在充气过程期间改变所述目标充气速度，使得在充气过程期间测量的驱动电压处于与泵能够输出的范围相对应的电压范围内。

在us2014/316290a1中公开了另一种血压计，其中，调节单元通过控制使用压电振动器压电泵来向袖带供应流体的调节袖带中的压力，以及驱动控制单元，其通过对调节单元执行驱动控制来逐渐改变袖带压力。驱动控制单元借助于电压来对压电泵执行反馈控制目标，使得袖带压力的速度被调节为达到充气速度目标，所述电压基于从压力检测单元输入的袖带压力要增加袖带压的实际速度与当前的充气速度之间的差。

us2012/323128a1涉及一种用于对非侵入式血压测量装置的袖带充气的设备，其中，基于在先前时间点处测量的袖带的实际压力值、袖带的目标压力值、以及先前的充气速度参数来有效地调节袖带充气速度。

公开的专利申请jp2006129920a描述了一种电子血压计的压力控制方法和脉搏波鉴别方法，其中，首先将袖带压力快速增加至规定的压力值，并且在此之后将该快速加压转变为缓慢加压。反馈控制的加压器件基于计算出的平均加压速度与目标加压速度之间的差来控制缓慢加压速度变为规定的目标加压速度。

最后，us2015/230718a1公开了一种用于确定患者血压的系统。该系统包括控制器，所述控制器适于基于由传感器确定的一个或多个血液动力学参数来感测、测量、检测、监测、计算和/或以其他方式确定患者的血压。控制器还可以控制袖带朝向目标充气压力的充气或将袖带维持在目标充气压力附近。

此外，控制测量系统应该以敏感的方式进行，以避免将指示血压的期望的压力振荡变平。尽管如此，控制测量系统应该以足够稳健的方式进行，以避免不希望的失真和/或测量流程的不希望的终止。此外，应考虑不同的系统参数和/或测量条件。

技术实现要素：

因此，本公开的目的是寻求可以在相应的非侵入性方法和设备中实施的非侵入式血压测量的改进的途径。特别是，将提出一种用于基于充气阶段的非侵入式血压测量的改进方法和设备。

更具体而言，本公开的目的是提供一种用于基于充气的血液测量流程的改进的充气策略，其解决了准确性和鲁棒性问题两者。此外，根据本公开的方法和设备优选地使得能够在短时间内测量对象的血压。优选地，被监测对象的不适可以进一步减少而不会不利地影响监测准确性。

更具体而言，提供一种用于振荡血压监测的设备和相应的方法将是有利的，其在信号控制电路中实现改进，以便以精确且足够鲁棒的方式追踪和处理期望的信号。

这些目的通过根据权利要求1所述的血压测量设备，根据权利要求13所述的血压测量方法以及根据权利要求15所述的计算机程序来解决。通常，本公开试图提供一种针对基于充气的血压监测设备和方法的充气阶段的通用控制框架。

更一般地，根据本公开的一些方面，现有技术的基于充气的血压测量方法所固有的至少一些缺点将被解决并且被减轻。此外，至少在本公开的一些方面中，将提供一种用于基于充气的振荡血压测量设备和方法中的信号处理的替代方法。

根据本公开的第一方面，提出了一种血压测量设备，所述设备包括：加压单元(例如泵之类)，其被布置为经由至少一条供应线路来对可穿戴袖带进行供应，所述可穿戴袖带被布置为对感兴趣对象的测量部位进行加压；压力检测单元，其以直接或间接的方式检测袖带压力p2；控制部分，其包括前馈控制器和反馈控制器，所述前馈控制器被布置为基于从包括期望充气速率和期望压力的组选择的期望值来输出目标充气流量信号，所述反馈控制器被布置为使所述期望值与针对所述期望值的实际测量信号之间的误差最小化，其中，所述前馈控制器的输出和所述反馈控制器的输出被组合以驱动所述加压单元；以及血压确定单元，其被布置为基于在充气期间在袖带压力p2由加压单元根据定义的加压方案增加时由压力检测单元检测出的袖带压力p2来计算血压值。

所述前馈控制器被布置为基于期望值和加压方案下的模型来输出所述目标充气流量信号。也就是说，前馈控制器以预定的方式对所述目标充气流量信号进行响应，其不依赖于血压监测系统的反应，并且尤其是不依赖于加压方案。在这个意义上，所述前馈控制器不会响应于实际测量的充气流量信号(即测量的充气速率或测量压力)而调整其输出，因为前馈控制不是基于误差的。

另一方面，所述反馈控制器没有要控制的系统的信息，并且被布置为对目标充气流量信号和实际测量信号之间的误差信号做出反应，以便使所述误差最小化。换句话说，反馈控制器不基于血压监测系统(特别是加压方案)的模型。

也就是说，尽管反馈控制是基于误差的，但是前馈控制是基于对比模型的，其中需要对要控制的过程的先验知识。

本公开的该第一方面基于以下洞悉：前馈控制器可以完成大部分控制工作。由于前馈控制稳定且快速，并且不依赖于测量的充气速率(或压力)，因此可以在不抵消感兴趣的压力振荡的情况下获得充气速率(或压力)的快速且稳定的变化。在监测充气过程时可检测到的潜在剩余充气速率(或压力)偏差(与期望的充气速率或压力相比)可以在很大程度上由反馈控制器补偿。然而，前馈控制器在控制过程中起着主导作用，使得反馈控制器的剩余工作量相对较低。在一个实施例中，所述反馈控制器可以适应潜在的最差情况场景(就袖带顺应性而言)，其导致良好平衡的总体控制表现(就稳定性、准确性、响应性和所需的测量时间而言)。

本公开聚焦于充气过程的控制。如上所述，只要可以控制充气速率，就可以针对血压测量使用充气阶段。就这样的血压测量而言，相应方法和设备对于本领域技术人员来说是公知的，也参考上述us2014/0309541a1。

优选地，以上描述的设备形成血压测量系统的一部分，所述血压测量系也包括袖带。在更一般的场景中，术语袖带可以被称为夹具单元。虽然大部分袖带都是围绕身体肢体布置的，但也可以设想类似夹具的系统。

根据本公开的至少一些实施例，提出了一种用于基于充气的nibp测量的压力速率控制的新颖的方法。因此，充气控制针对各种系统是稳定的，提供了快速跟踪，并且也不会使袖带振荡变平。在一个实施例中，充气速度可以与脉搏率(当测量脉搏率时)有关，使得可以以尽可能快的方式针对各种各样的不同患者确保准确的基于充气的nibp测量。

在血压测量设备的一个实施例中，所述前馈控制器是连续或准连续前馈控制器，其被布置为基于期望的充气速率dp2/dt或期望的袖带压力p2以连续或准连续和方式输出设定的充气流量i袖带，并且其中，反馈控制器被布置为控制期望和实际充气速率dp2/dt或期望和实际袖带压力p2之间的剩余偏差以补充前馈控制器，并且其中，前馈和反馈控制器的组合输出被转换成被发送到加压单元的充气流量设定信号。

在血压测量设备的另一个实施例中，两个控制器的更新率为至少10hz。因此，控制基本上是连续的或准连续的，使得所产生的袖带振荡信号不受由控制器引起的任何不连续性的干扰。此外，反馈控制器是慢反馈控制器，其中，(一个或多个)反馈控制器增益被选择为使得仅低频偏差(与设定点相比)被校正，并且不使指示血压的振荡压力信号变平。

在血压测量设备的又一个实施例中，加压方案下的模型包括气动流动回路，所述气动流动回路基于参考气动回路被建模，所述参考气动回路包括当附接在测量部位时的加压单元和袖带，以及在加压单元与袖带之间的供应线路，所述供应线路与建模的参考线路阻力r管相对应。

在血压测量设备的一个实施例中，所述加压单元是泵，并且前馈流量基于附接到测量部位的袖带的柔顺度，根据以下公式：

(1)i泵(t)＝f(p1，v泵)

(2)

(3)

(4)p1＝p2+i泵·r管

(5)i袖带≈i管≈i泵，

其中，p1表示管之前的设备中的压力，p2表示袖带压力(管之后)，i袖带表示由加压单元生成的充气流，dp2/dt表示袖带的充气速率，v泵表示针对泵的输入控制信号(例如，电压信号或电流/功率信号)，r管表示线路阻力，并且c袖带表示袖带柔顺度。如本文所使用的，术语柔顺度基本上涉及袖带在被附接到测量部位时的可压缩性，因此相应的身体肢体(例如，上臂部分)当袖带附接到其上并且被充气时的可压缩性也在柔顺度中得以反映。请注意，袖带弹性(e袖带)是袖带柔顺度的倒数：1/c袖带。此外，t0指示初始条件。如上所述，袖带柔顺度可以被称为组合的袖带和肢体柔顺度，包括当被加压时袖带与测量部位的相互作用。通常，袖带连接到患者的上臂。

在进一步的改进中，控制部分被布置为通过调整进入袖带的充气流i袖带而以间接的方式控制充气速率dp2/dt或袖带压力p2中的至少一个，其中，在充气期间测量设备压力p1，并且其中，利用上述公式，在测量开始时，确定袖带柔顺度c袖带和线路阻力r管至少一次。例如，可以提供如下的实施例，其中，实际上仅有设备压力p1利用相应的传感器来测量，而袖带压力p2不被测量。然而，例如在公式(4)中所示，可以假定设备压力p1与袖带压力p2之间的定义的关系。因此，从以上公式可以导出，当袖带柔顺度c袖带和线路阻力r管已知并且测量了设备压力p1时，可以调整进入袖带的流量来控制袖带压力p2或袖带速率dp2/dt。

举例来说，线路阻力r管通过应用定义的流量步骤并且通过基于设备压力p1检测来确定所得到的设备压力步骤来确定。

在血压测量设备的另一示例性改进中，测量部位处的袖带柔顺度c套是压力相关的，其中，袖带柔顺度c袖带被建模为以线性或非线性中的一种依赖于袖带压力速率dp2/dt。出于简化的原因，柔顺度检测下的压力速率可以是设备压力速率dp1/dt而不是袖带压力速率，因为在恒定流量的情况下这些速率几乎相等。

替代地，在该示例性改进中，被建模为以线性或非线性中的一种依赖于袖带压力p2。

在另一示例性实施例中，基于初始充气流量值和初始压力速率值来确定特定初始压力下的初始袖带柔顺度c袖带，其中，在测量的其余部分期间，基于初始袖带柔顺度、连续或准连续检测到的设备压力p1和柔顺度模型来确定袖带柔顺度c袖带。

在另一实施例中，用于测量柔顺度的充气流量值是基于泵流量模型的流量值。

举例来说，在另一个示例性实施例中，利用袖带类型相关的柔顺度估计模型，其中，柔顺度模型基于袖带类型。

在血压测量设备的另一个示例性实施例中，来自前馈和反馈控制器的组合流量值被转换成泵电压，其中，测量进入袖带的实际流量，并且其中，流量反馈控制器确保得到的泵电压v泵引起所需的流量。根据该实施例，需要可以由流量测量单元执行的对实际流量的测量。

在血压测量设备的又一个示例性实施例中，来自前馈控制器和反馈控制器的组合流量值通过泵流量模型而被转换为泵电压v泵，所述泵流量模型将充气流量i袖带和设备压力p1与泵电压相关。所述流量模型基本上将控制器输出与泵的实际流量输出之间的关系线性化。如果设备压力和到泵的电压已知，则泵流量模型还使得能够确定充气流量i袖带。流量、压力与施加电压之间的关系基本上是非线性的并且与泵类型有关。

根据本发明的另一方面，提供了一种血压测量系统，该血压测量系统实现根据本文讨论的至少一个实施例的血压测量系统以及与连接到其的袖带或夹具单元，其中，所述袖带或夹具单元被布置为对感兴趣对象的测量部位加压以进行血压相关的测量。

根据本发明的另一方面，提供了一种血压测量方法，所述方法包括以下步骤：

-附接可穿戴袖带，所述可穿戴袖带被布置为对感兴趣对象的测量部位进行加压，

-操作加压单元(例如泵之类)，所述加压单元被布置为经由至少一条供应线路来向袖带供应加压流体，

-以直接或间接的方式检测和监测袖带压力p2，

-控制袖带的充气，包括：

-借助于前馈控制器来设定所需的充气流量i袖带，包括基于从期望的充气速率和期望的压力的组中选择的期望值来定义目标充气流量信号，

-借助于反馈控制器来控制期望值，包括使所述期望值与针对所述期望值的实际测量信号之间的误差最小化，

其中，所述前馈控制器的输出和所述反馈控制器的输出被组合以驱动所述加压单元，并且

-基于在充气期间当由所述加压单元根据定义的加压方案来增加所述袖带压力p2时检测到的袖带压力p2来确定血压值。

根据该方法，血压测量系统可以以快速但是也精确的方式被充分地驱动。此外，血压测量过程可以以更快的方式完成。

根据上述方法的示例性改进，提供了以下步骤：

-通过定义的流量步骤来使能，特别是启动加压单元，

-响应于所应用的流量步骤的在加压单元或袖带处的检测压力步骤，

-基于压力步骤和所施加的流量步骤来计算线路阻力r管，

-基于定义的流量值和压力速率值确定初始袖带柔顺度c袖带值，

-基于检测到的袖带柔顺度c袖带值来识别实际袖带类型，

-基于柔顺度估计模型和持续的袖带压力检测来跟踪袖带柔顺度c袖带，

-在前馈控制器的控制下给袖带充气，其中，设定期望的充气速率dp2/dt或压力p2，

-基于检测到的期望充气速率dp2/dt(或压力p2)与实际充气速率(或压力)之间的偏差，由反馈控制器应用反馈控制以调整充气流量i袖带，并且

-基于在充气阶段观察到的袖带压力p2来计算血压。

在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码单元的计算机程序，当所述计算机程序在如本文中所讨论的血压测量设备中包括的计算机或处理器上运行时，所述程序代码单元用于使该计算机或处理器执行如本文中所讨论的方法的步骤。

程序代码(或：逻辑器件)可以被编码在一个或多个非瞬态、有形介质中以供诸如计算机的计算机器执行。在一些示例性实施例中，所述程序代码可以通过计算机可读信号介质从另一设备或数据处理系统通过网络被下载到永久存储器单元或存储器中，以便在所述系统内使用。例如，被存储在服务器数据处理系统中的计算机可读存储器单元或存储介质中的程序代码可以通过网络从所述服务器被下载到所述系统。提供程序代码的数据处理设备可以是服务器计算机、客户端计算机或能够存储和发射程序代码的一些其他设备。

当在本文中使用时，术语“计算机”可以代表多种处理设备。换言之，具有相当大计算能力的移动设备也可以称为计算设备，即使它们提供比标准“计算机”更少的处理能力资源。当然，这样的“计算机”能够是医疗设备和/或系统的部分。此外，术语“计算机”也可以是指可以涉及或利用云环境中提供的计算能力的分布式计算设备。术语“计算机”也可以涉及医疗技术设备、健身器材设备以及一般来说能够处理数据的监测设备。

在从属权利要求中定义了本公开的优选实施例。应当理解，所要求权利的方法和所要求权利的计算机程序能够具有与所要求权利的系统和如在从属系统权利要求中定义的类似的优选实施例。

附图说明

参考本文下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的并将得以阐述。在附图中：

图1示出了包括血压监测设备的血压监测系统的简化示意图；

图2示出了血压监测系统的示例性测量环境；

图3示出了基于其可以建立用于操作血压监测系统的模型的电路的简化示意图；

图4示出了图示包括设备压力曲线和相应的袖带压力曲线的示例性压力随时间变化曲线的绘图；

图5示出了图示针对不同袖带类型的示例性柔顺度对压力曲线的绘图；

图6示出了图示针对不同驱动电压值的示例性泵流率对压力曲线的绘图；

图7示出了可以在血压监测设备的控制部分中实现的线性化单元的功能的示例性简化示意框图；

图8示出了图示针对基于充气的血压监测的相关信号的示例曲线的几个同步的绘图；

图9示出了表示根据本公开的血压监测方法的实施例的几个步骤的说明性框图；并且

图10示出了表示根据本公开的血压监测方法的另一实施例的几个步骤的说明性框图。

具体实施方式

在下文中，将参考基于充气的nibp方法和设备的示例性实施例来说明和进一步阐述本发明的主要方面和见解。应该注意的是，以下示例性实施例和描述不应被解释为限制性的。相反，本领域技术人员可以容易地转移和拓宽相应的具体实施例和组件以及其中公开的处理步骤，以达到本公开的一般概念。

参考图1，其示出了实现根据本公开的血压监测设备12的血压监测系统10的简化的示意性框图表示。系统10还包括袖带或夹持单元14，其可以被附接到感兴趣对象18(在图2中示例性地示出)的测量部位16，特别是其身体肢体20。通常，袖带14可以被连接到对象的上臂。

再次，参考图1。关于示例性常规基于充气的nibp设备的一般结构和一般特征，参考us2014/0309541a1，其公开了一种动脉搏动描记血压测量设备，所述设备可以被操作以在袖带的充气阶段测量血压。

设备10包括加压单元30，加压单元30可以包括至少一个泵或泵单元。加压单元30可以被驱动从而实现袖带14的定义的充气方案，其允许检测已经处于充气阶段中的血压。加压单元30经由涉及相应管的线路布置连接到袖带14或可连接到袖带14，特别是经由至少一个供应线路32。

典型地，加压单元30被布置为经由供应线路32将压缩空气输出到袖带14，以便使袖带14充气并且对对象的肢体20处的测量部位16加压。进一步的(内部和外部)流动线路34可以被提供以便将加压单元30连接到例如排气(或释放)阀36并且连接到至少一个压力确定单元40。排气阀36被布置为以定义的方式使袖带14放气。出于说明的目的，在图1中示出的流体线路不一定必须对应于特定的物理线路延伸布置。

该至少一个确定单元40包括压力传感器并且被布置为输出与设备压力44有关(并且隐含与袖带压力46有关)的压力信号42。在长期的基础上，当没有压力变化发生时，设备压力p1和袖带压力p2基本上彼此对应。然而，为了以期望的精确方式控制袖带14的充气，至少必须考虑设备压力p1与袖带压力p2之间的时间偏差。设备压力p1和袖带压力p2的示例性测量点分别在图1中由附图标记44(设备压力p1)和46(袖带设备压力p2)指示。

此外，在本公开的一般背景下的一些示例性系统10中，可以提供袖带14与设备10之间的接口，使得两个实体可以分开。此外，如下面将要讨论的那样，可以组合不同类型的加压单元30和/或袖带14，其也可以涉及不同形状的供应线路32。

系统10还包括控制部分50，用于以期望的方式控制袖带14的充气。这主要通过相应地操作加压单元30以实现袖带14处的定义的目标充气速率(或目标压力)来实现。为此，可以提供速率计算器56，其被设置为计算当前值，例如当前的充气速率(dp1/dt，参见下文)。作为输入值，压力信号42可以被提供给速率计算器56。计算出的信号(例如表示信号58的充气速率)被转发至充气控制器60，充气控制器60实施反馈控制器62和前馈控制器64。由速率计算器56(或者压力42)计算的充气速率58用作反馈控制器62的输入反馈信号68。此外，可以将目标信号70(充气速率目标或压力目标)提供给能够进行相应跟踪和调整的反馈控制器62。

前馈控制器64可以使用相同的目标信号70。额外的参数74可以被提供给前馈控制器，所述额外的参数74基本上表示潜在的前馈控制方案。特别地，这些额外的参数74包括袖带柔顺度值和可能的管阻力值。

根据本公开的示例性实施例，前馈控制器64在控制过程中起主导作用。因此，反馈控制器62被提供用于补偿基本上不能由前馈模型预测的剩余信号偏差。

反馈控制器62和前馈控制器64的各个输出控制信号分别是信号78和80，即(输出)反馈信号78和(输出)前馈信号80，它们基本上定义了加压单元30需要的流量信号。反馈信号78和前馈信号80在附图标记82处被组合，并共同形成组合的所需流量信号84，其最终可以被供应到加压单元30。

此外，可以提供开关87，开关87选择组合的受控流量信号84或开环流量88。在需要确定系统设置参数时，可以在测量过程的初始阶段找到针对此的主要应用。开关的位置和开环流量的值可以由状态处理器94设置，状态处理器94根据血压装置操作的状态来启用/禁用系统设置。例如，在确定阻力r管和/或柔顺度c袖带时，必须应用定义的流量i泵，而不是基于定义的目标充气速率dp2/dt的流量。开关87可以相应地操作。

此外，为了便于操作和控制加压单元30，可以提供流量到泵电压转换器90，其将请求的流量84转换成针对加压单元30的总体驱动信号52。驱动信号52可以是例如用于驱动加压单元30的电压信号。

根据本公开的至少一些实施例，流量到泵电压转换器的包括流量反馈控制回路，该流量反馈控制回路使期望流量84与实际流量39之间的差异最小化。为了测量实际流量39，将流量信号测量传感器35放置在充气线路中。

在另一个实施例中，流量到电压转换器90包括线性化单元，该线性化单元抵消泵的传递函数并且以这种方式确保由泵生成所请求的流量(通过使所请求的流量对实际流量关系成线性)。线性化单元基本上执行逆泵功能。在泵30以非线性方式将电压转换成流量值的情况下，线性化器将期望的流量转换成泵电压，使得总体传递函数为线性的。通过加压单元(即泵)的线性化，可以确保在特定控制器输出处的特定流量值(即，没有线性化，特定电压水平的泵输入可能不会得到一半的输入电压的输出流量的两倍)。泵之前的线性化单元可以确保将控制信号(流量)转换为电压，使得两倍高的控制信号(流量)得到两倍高的输出流量。这种线性行为对控制器是有利的，控制器可以在其最佳状态下使用。当使用线性化单元时，可以省略流量传感器35。

在另一个实施例中，流量反馈控制器和线性化器以组合的方式实施，其可以进一步改善充气控制性能。最终，设备10包括血压检测单元100，该血压检测单元100被布置为当袖带14被附接到测量部位16时在充气过程期间处理和计算感兴趣的期望信号。

一般而言，可以用硬件和/或软件来实现本文中提及的处理单元和控制单元(例如图1的示例性实体50、56、60、62、64和90)。此外，这些实体中的特定实体的特征和功能也可以由其他控制实体来实现和提供。本文中讨论的示例性实施例主要是为了说明的目的而提供的，而不是用于限定本公开的范围。因此，本文中描述的示例性特征和功能可以由公共处理实体和/或由分布式元件来提供。

已经说明了根据本发明的系统和设备的总体布局，上面讨论的基于模型的方法将在下文中进一步示出和解释。

本公开的相关方面基于以下主要思想：以基本元素对相应的基于充气的nibp系统进行建模，在测量(或工厂校准)中初始识别这些元素的值，使系统线性化并且基于所识别的元素来应用特定前馈控制。进一步假设，当系统元素已知时，通过前馈控制可以完成大部分充气控制，因为系统的特征已知并且在模型中描述。

参考图3，图示了用于血压测量系统的示例性模型。不言而喻，可以使用进一步的替代模型，其中的一些模型甚至可以提供测量设备和系统的更详细的表示。在图3中，以集总元素描述了nibp系统组件。泵由流量(或压力)源表示。管或流体线路布置由(线路)阻力表示。此外，附接状态的袖带，在被附接到测量部位时，通过柔顺度来表示。总的来说，示例性模型由附图标记104表示。附图标记106、108指示大气压力。

因此，可以用以下几个主要系统元件来建立nibp系统10的模型。泵(或加压单元)被提供并且被布置为使袖带充气并建立袖带压力。泵由流量源(或压力源)建模。在本范例中，相关量是输出流速率i泵。提供流量线路布置或者简单地说将管连接到袖带。在本范例中，相关量是(线路)阻力r管。提供了一种袖带，其被布置为与测量部位(在身体肢体，例如臂部分)协作以增加施加到测量部位上的压力。压力增加可能作为袖带体积的函数发生。在本范例中，相关的量是柔顺度c袖带。请注意，袖带弹性(e袖带)是袖带柔顺度度的倒数，1/c袖带。

给定上述模型104，可基于以下公式来描述和分析建模的系统10：

可以将袖带压力p2与初始条件p2(t0)、设备压力p1、泵流量i袖带和(袖带)充气速率dp2/dt之间的关系描述如下：

(1)i泵(t)＝f(p1，v泵)

(2)

(3)

(4)p1＝p2+i泵·r管

(5)i袖带≈i管≈i泵。

值得注意的是，在大多数nibp系统中，压力p1实际上是用传感器测量的(参见图1中的单元40)，而p2通常不是以直接方式测量的。然而，可以假设p1和p2之间的关系，使得可以以间接的方式检测p2。上述公式指示，当已知柔顺度c袖带和阻力r管并且测量了设备压力p1时，袖带压力p2或袖带充气速率dp2/dt最终可以通过调整进入袖带中的泵流量i袖带来控制。

在控制理论方面，(1)至(5)的方程组可以被处理和重新排列以表示-1/(r管·c袖带)处的系统极点。如果将使用仅并入了反馈的控制器，则该控制器(例如，比例积分和微分控制pid的组合)的增益必须被选择为使得系统快速跟踪设定点，并且对于不同的r管和c袖带值是稳定的，因为血压测量系统应该能够使用不同的袖带和管。由于袖带柔顺度和管道阻力范围较大，特定的(一个或多个)反馈控制增益设置可能会导致针对特定r管和c袖带的快速稳定系统，而其对于r管和c袖带另一组合会导致不稳定的表现或目标值的缓慢达到。此外，还存在随时间改变的变化(袖带柔顺度不是随着压力恒定的)。除了这些问题之外，不应使压力振荡变平，这需要足够慢的控制。一方面需要高的控制增益，这将导致系统的快速反应，而另一方面需要低的控制增益，以便具有针对不同的袖带和管稳定的系统并且不会使压力振荡变平。

结果，如本文所讨论的，基于组合前馈和反馈控制的控制策略对于实际使用是有益的方法。

根据本公开的至少一些实施例，可以应用以下见解。通常，考虑到上述公式(1)至(5)，可以应用连续或准连续(即，至少10hz的采样和处理速率)前馈控制。因此，可以基于期望的压力速率或压力分布来计算所需的流量。这可以在不需要提供针对期望的速率或压力和反馈回路的情况下实现。在示例性实施例中，假设流量取决于期望的充气速率：

所需流量[ml/s]＝袖带柔顺度[ml/mmhg]·所需充气速率[mmhg/s]

前馈控制的一个优点是其固有地是稳定的。前馈方法的另一个优点是不控制袖带振荡，因为泵的输出不是基于实际的压力或速率的，而是仅仅取决于柔顺度和设定点速率或压力的值。前馈方法基本上要求袖带柔顺度(和可能的阻力)是已知的或可检测的，或者可以至少近似地确定，并且可以由泵进行所需的流量。

如在实践中，r管，c袖带的测量将不一定是完美的，并且(相当简化的)模型也不是完美的(例如由于简化，寄生元件等)，所得到的速率或压力将不能完美地反映所需的速率/压力。但是，可以实现所需压力或速率曲线的主要部分(例如80-90％)。剩余的10％-20％部分可以通过额外的补充(辅助)控制进行补偿。

例如，可以提供反馈控制器，该反馈控制器被布置为在最坏的场景(即，最坏情况的r管，c袖带组合)进行稳定控制。这可以例如通过如上所述的p，i和d的组合来实现。该控制器的运行可能会比较缓慢，因为其是针对最差情况布置的。但是，前馈控制器已经确保了控制速度，总体得到快速、几乎正确的前馈速率或压力，其可能会缓慢优化和更新以获取目标值。

此外，可以提供包括可调节控制增益(例如，p，i和d的组合)的反馈控制器，其中，控制增益的调整可以基于实际的rc组合，使得满足针对特定系统的稳定性和跟踪要求。例如，控制增益可以被选择为与r管和c袖带组合(例如，g＝g固定+kg·r管·c袖带)成比例。该方法并不隐含地确保袖带振荡不被控制掉，其应该通过保守地选择比例因子来处理。

在示例性实施例中，仅针对反馈部分使用实现积分控制(i控制)的反馈控制器，其中，积分项的设置基于最坏情况下的r管和c袖带参数。根据该示例性实施例，避免p控制和d控制，因为这些项可能不利地影响表示期望的血压的信号振荡。应避免控制掉这些振荡或使这些振荡变平。

为了应用上述控制策略，需要知道r管和c袖带参数。它们可以根据以下示例性方法来识别。

管阻力r管可以通过向系统施加已知的流量步骤来识别(也参考图4)。袖带压力(p2，通常在标准nibp系统中不可用)通过流量积分缓慢增加。设备压力p1以相同的速率增加，但是在流量步骤的时刻，可以观察到压力阶跃。此步骤基本上是与通过阻力的流量成比例的(δp1＝i袖带·r管)。因此，管(或线路)的阻力可按下式计算：r管＝δp1/i袖带。δp1能够通过恰在应用流量步骤之前的压力与恰在流量步骤之后的压力之间的压力差来确定。

值得注意的是，流程步骤可以通过多种方式在多个时间点进行。此外，流量可以被测量(使用传感器)或估计(使用模型)。在一个实施例中，流量步骤通过请求开环流量88来进行，其通过流量到电压转换器90转换为泵电压来进行。在另一个实施例中，通过打开排气阀36特定量的时间来进行流量步骤。在一个实施例中，流量可以被建模为泵电压v泵和压力p1的函数。这样的流量步骤可以在袖带处于放气状态并且开始充气时在nibp测量开始时应用，优选地一次地进行。此外，这样的流量步骤可以在充气结束时施加，作为停止流动的负步骤，优选一次性地进行。此外，替代地，流量步骤可以重复应用。因此，可以确定用于更准确测量的平均管阻力值。值得注意的是，r管在压力上大致恒定。此外，除了用于r管，c袖带组合，为确定的袖带压力压p2基本上需要知道r管，因为例如收缩压和舒张压需要被确定为袖带压力p2的函数，而不是设备压力p1的函数。

袖带(和手臂)柔顺度c袖带可以通过将流量除以压力速率来估计，参见上面的公式(3)。为了简化起见，可以在流量近似恒定的阶段代替(基本上不可用的)袖带压力p2使用泵p1处的压力速率，该阶段实际上可以是任何时间，除了在启用/禁用流量的步骤。此外，可以使用测得的流量或建模的流量来确定柔顺度。在流量测量的情况下，需要相应的流量测量传感器35。

袖带(和手臂)柔顺度c袖带随着压力可能不恒定。例如可能发生与压力呈反比的线性或对数反比的关系。在示例性实施例中，通过在充气期间进行重复测量来定期更新柔顺度值。

在另一个示例性实施例中，(a)使用袖带(和手臂)柔顺度c袖带的(一个或多个)模型，还参考图5。根据该模型，柔顺度c袖带依赖于袖带压力p2。可以执行一次性柔顺度测量，其确定系统中当前的柔顺度(例如，如图5中所示的ca或cb)。柔顺度值也可用于识别袖带类型。在充气期间，当前柔顺度值c袖带根据测量压力p1、一次性测量柔顺度和模型而被更新。

可以实现几个实施例。单独的曲线可以针对单独的袖带被建模。在另一个示例性实施例中，单参数函数描述了针对所有袖带的压力与柔顺度之间的关系。因此，不需要个体柔顺度模型，而是可以提供连续的一组模型，其可以考虑由于例如特定袖套(或袖套类型)的不同包裹状态而导致的小的个体柔顺度差异。

示例性的袖带柔顺度模型可以如下地建立：

柔顺度[ml/mmhg]＝1/(k弹性[1/ml]·压力[mmhg])，其中，

k弹性[1/ml]＝速率[mmhg/s]/(流量[ml/s]·压力[mmhg])

一次性测量的压力、压力速率和柔顺度可以确定恒定的k弹性。在剩下的测量中，可以使用已识别的模型，因为现在已经确定了k弹性。由于基本上连续地测量压力，因此可以从识别柔顺度的时间点开始连续计算柔顺度值。该模型方法的好处是，柔顺度的测量只进行一次，因此在柔顺度值中不会出现压力波动。

为了具有正常工作的系统，控制器要求的流量(基本上对应于i泵，见上面的公式(5))必须由泵以一定的精度递送。可以使用不同的实现方式来确保这一点。

在一个实施例中，可以用流量传感器来测量流量i袖带，该流量传感器放置在系统中的某处，优选地恰在泵之后。流量反馈控制器被实现为使所需(设定点)流量与测量流量之间的差异最小化。在一个实施例中，所述反馈控制器是pid控制器。

在另一实施例中，可以通过以下来确保来自泵的特定的流量i袖带：将流量建模为所施加的电压v泵和泵处的压力p1的函数，并且插入线性化块，其抵消了该泵传递函数，也参见图6，即流量＝f(电压，压力)和图7。在图6中，流量用表示流率的符号i指示。此外，绘图a可以表示电压a，而绘图b可以表示电压b。一般来说，流量在本公开中由字母i表示。泵流量模型可以针对特定泵类型单次确定。对于增强的流量模型，可以识别每个个体泵函数(例如，经由工厂校准)。在适用时，可以使用识别不同泵类型的不同模型类型，例如查找表或多项式模型。如图6的绘图中所示，对于大多数类型的泵，流量，压力和施加(驱动)电压之间的关系基本上是非恒定或非线性的，其中，只有泵输出与控制器输出成比例的流量时才能确保来自泵的特定流量值。通过插入线性化单元(见图7)，可以补偿泵的非线性。通过插入线性化单元，控制器的输出对应于流量值，而不是用于驱动泵的电压值，因为线性化单元将请求的流量转换为电压。图7图示了线性化单元90的示例性实施例，线性化单元90被耦合到充气控制器60，并且被连接到加压单元30(图7中未示出)，也参考图1。线性化单元90被布置为调整控制信号，从而建立充气控制器60提供的输入值和所得的泵或加压单元30的输出流量之间的基本上线性的关系。

系统线性化有利于前馈控制和反馈控制。对于两个控制器来说，其确保了所需的流量实际上由泵进行。对于前馈控制，非线性会导致所需(目标)流量输出与实际流量输出之间不匹配。反馈控制理论仅对线性执行器有效。非线性可能因此导致远离最佳控制性能。因此，由于线性化单元90的插入，加压单元30的输出基本上是线性的，即输出的流量基本上与控制器的输出成比例。

线性化单元90的处理操作得到线性传递函数由图7中的示意性块90、122和124示出，其中，块90是线性化器，块122表示泵传递函数，并且124是线性化器和泵组合的传递函数。大多数泵具有基本上非线性的流量/压力/输入电压关系(i泵，p2和v泵之间的关系)，参见图7中的方框90和122。通过在充气控制器60和实际加压单元30之间插入线性化单元90，可以使非线性传递函数变平。线性化单元90被布置为展现和应用泵函数的逆关系以将泵非线性线性化。通过应用线性化单元90，泵的流量输出与线性化单元90的输入成线性，参考图7中的方框124(即总传递函数＝常数，得线性的请求流量-实际流量关系)。因此，充气控制器60现在向加压单元30输出所谓的直接目标流量值而不是仅仅驱动电压值。得到的传递函数由方框124示出，为了说明的目的，其被示出为线性化单元90根据如图7所示的(逆)传递函数的操作的结果。

具体参照图1和图8，将进一步详细描述示例性实施例及其操作。根据该实施例，在基于单次充气的血压测量设备和相应的方法中实施上述元件和方面中的若干个。该实施例包括并入线性化单元中的泵流量模型，所述泵流量模型被建立为(设备)压力p1和可能涉及一次性工厂校准的泵电压v泵的函数。因此，根据测量的压力p1和所需的泵电压v泵来测量流量i袖带。值得注意的是，在该实施例中，这样的流量控制基本上是开环的，即没有直接的反馈回路来测量确切的流量并将其调节到精确的值。要控制的变量是充气速率。不执行对压力p1的直接控制。可以设想，作为反馈控制器，使用仅积分反馈控制器(i-控制器)，其增益设置被选择为对于的任何袖带和管组合(包括最坏情况)基本稳定。

图8中示出了示例性测量序列。图8示出了图示流量i袖带(由符号i指示)，泵电压v泵(由符号vp指示)，压力(p1或p2)和充气速率(dp1/dt或dp2/dt)。在部分a)中，绘制了随时间变化的流量。在部分a)中，绘制了随时间变化的泵电压。在部分a)中，绘制了随时间变化的压力。在部分a)中，绘制了随时间变化的充气速率。相应地，部分a)图示了由(组合的)充气控制器60输出的请求流量，参考图1。部分b)图示了实际泵电压。部分c)图示了测量的袖带压力。部分d)图示了测量的充气速率。

测量流程中的几个特征阶段和/或事件在图8的绘图中由i，ii，iii，iv和v(包括va，vb和vc)表示。

根据示例性流程，可以应用以下序列：

i.通过流量的步骤启用泵30。请求高流量值。

ii.基于所观察到的压力诱导步骤和所要求的流量值i袖带来测量所得到的阻力(r管)。

iii.当压力达到特定值时，应用专用流量简档来测量(依赖于压力的)袖带柔顺度c袖带的一个点。这是通过将请求的流量值i袖带除以测量的充气速率dp2/dt来实现的。

iv.所测量的柔顺度点c袖带识别在系统10中实际使用了哪种袖带柔顺度14(以及哪个袖带类型)。对于测量序列的其余部分，测量压力p1，并且使用柔顺度模型(其取决于压力p1)来获得针对所识别的袖带类型的(依赖于压力的)柔顺度c袖带。

v.开始袖带14的充气并且请求期望的速率dp2/dt。充气控制器60，特别是其前馈控制器64，控制充气速率dp2/dt。期望的速率dp2/dt可以是固定的速率，或者可以基于被测量的患者18的脉搏率。期望的目标速率dp2/dt在图d)中用虚线表示。

va.请求的流量基于柔顺度c袖带(和阻力r管)的值。由于这只是前馈值，所以与期望的速率相比，可能存在小的错误。

vb.提供慢积分反馈控制器62，其将期望的充气速率与实际充气速率dp2/dt之间的误差进行积分，并缓慢地校正充气速率以接近目标值。

vc.由于i控制器62相对较慢，因而其不会抵消压力p2(以及充气速率dp2/dt)中的振荡。

不用说，上述示例性测量序列不应被解释为限制意义。

参考图9，图示了例示根据本公开的方法的实施例的简化的框图。最初，在步骤s10中，提供了本公开的一般背景下的血压监测系统。此外，将可佩戴式袖带附接到感兴趣对象的测量部位。

随后的(通用)步骤s12涉及根据如本文中所描述的控制方法中的至少一些的系统的加压单元(特别是泵)的操作。通常，加压单元被布置为经由至少一个供应线路向袖带供应加压流体。特别地，步骤s12可以涉及控制袖带的充气。

步骤s12示例性地涉及(子)步骤s14和s16。步骤s14涉及使用前馈控制器的前馈控制。步骤s16涉及使用反馈控制器(例如i-控制器)的补充反馈控制。i控制器实现积分部分。可以设想其他类型的反馈控制器。充气控制可涉及借助于前馈控制器来设定所需的充气流量i袖带，步骤s14。对实际充气流量的补充反馈控制可以借助于反馈控制器来执行，步骤s16。在步骤s12中，基本上所述前馈控制器的输出和所述反馈控制器的输出被组合以驱动所述加压单元。优选地，前馈控制器运行所基于的模型足够准确，特别是以这样的方式，即辅助反馈控制仅用于小的剩余信号偏差分数。

进一步的步骤s18涉及以直接或间接的方式来检测袖带压力p2。此外，可以以连续或准连续的方式来随时间监测袖带压力p2。在步骤s18中获得的袖带压力信号也可以用作用于在步骤s16中执行的反馈控制的(反馈)输入信号。

步骤s12，s14，s16和s20中的至少一些可以以基本上平行或同步的方式执行。此外，按照该方法的步骤以重复(恒定或准恒定)方式执行。

此外，在步骤s20中，可以基于在充气期间当由所述加压单元根据定义的加压方案来增加所述袖带压力p2时检测到的袖带压力p2来处理和计算血压值。

进一步参考图10，图示了例示根据本公开的方法的实施例的简化的框图。如图10所示的方法可以被认为是如图9所示的一般方法的示例性更详细的实施例。图10描述了完整的测量周期。图10聚焦于系统和设备的操作。因此，袖带附接，系统初始化等未在图10中描述。此外，图10图示了操作如图1所示的设备12的示例性方法，而图8中图示了相应测量序列的信号图。

在步骤s50中，通过步骤来启动泵。开始泵操作。例如，请求高流量值i袖带。在随后的步骤s52中，开始检测基本上对应于袖带压力p2的设备压力p1。步骤s50和s52基本上可以大致同时起始。在进一步的步骤s54中，通过观察反映s50的所请求的流量步进的压力步进来导出阻力r管。

在进一步的步骤s56中，当压力p1达到定义的阈值时，应用不同的流量分布来测量依赖于压力的袖带柔顺度c袖带至少一个对应值。这可以通过将请求的流量i袖带除以检测到的充气速率dp1/dt来实现。

在进一步的步骤s58中，基于表示柔顺度c袖带的测量值，识别实际的袖带类型。基于确定的袖带类型，获得描述作为压力p1的函数的袖带柔顺度c袖带的柔顺度模型。因此，可以测量压力p1，并且因此可以在余下的测量过程(步骤s60)期间跟踪袖带柔顺度c袖带。

在进一步的步骤s62中，作为结果，可以开始袖带的定义的充气，以便如此开始血压测量。袖带的充气在前馈控制器的控制下进行。因为目标充气速率被要求和处理。

此外，假设系统中的剩余误差和/或基于模型的前馈控制方法引起目标充气速率与当前充气速率之间的偏差，则在进一步的步骤s64，还执行反馈控制，其可能作为控制动作的特定部分。反馈控制基本上可以实现改进的目标跟踪和误差补偿。然而，根据本公开，除主导的前馈控制之外，反馈控制可主要被视为补充控制。优选地，反馈控制器是相对较慢的积分反馈控制器，由于该积分控制器表现出相当低的响应度，因而反馈控制不使压力p1(以及充气速率dp1/dt等于dp2/dt)中的振荡变平。

最后，在步骤s66中，可以检测和计算感兴趣信号，特别是基于检测到的压力p1在袖带充气阶段检测到的指示血压的信号。因此，测量过程可以比基于袖带放气的标准nibp测量更快地完成。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述应当被认为是例示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。

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