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用数字体验示波法：从脉搏波数据到血压值

用数字体验示波法：从脉搏波数据到血压值

2026年3月8日

在上一篇文章《深入理解示波法》中，我们解释了从示波法的物理原理到算法概述、精度标准以及测量限制的所有内容。

然而，即使我们在文字上解释“算法可以计算血压值”，除非您能准确地看到什么数字经历了怎样的处理过程、最终产生了怎样的血压数值，否则无法达到真正的理解。

同时，关于袖带压力传感器最初是如何感知并提取每次心跳的“振幅”的这种“微观视角”，我们在《血压计的传感器在看什么？》中有详细解释，两者一起阅读能加深理解。

在本文中，我们将使用模拟的脉搏波数据（振荡振幅），逐步追踪电子血压计内部正在进行的计算过程。此外，在针对动脉硬化、袖带尺寸不匹配以及手腕式与上臂式差异这三个临床上重要的情况时——我们将通过交互式模拟来确认包络线的形状是如何改变的，以及在计算得出的最终值中会出现何种误差。

1. 正常血压测量的数值模拟

1.1 设置模拟数据

首先，我们设定以下条件：

  • 测试者：健康成年人
  • 实际血压：收缩压 (SBP) = 120 mmHg，舒张压 (DBP) = 80 mmHg
  • 平均动脉压 (MAP) = 93 mmHg

电子血压计将袖带加压至约 160 mmHg，然后在逐渐减压的同时，记录每次心跳的振荡波 (振动) 振幅。以下是该过程中获得的模拟数据123。

袖带压力 (mmHg)振幅 (mmHg)状态说明
1600.10动脉完全闭塞——仅有微弱振动
1500.15振幅微幅上升
1400.30振幅开始增加
1300.60逼近收缩压——开始迅速攀升
1200.95收缩压 (SBP) 附近
1101.30振幅进一步扩大
1001.55逼近平均动脉压
931.65MAP - 最大振幅点
901.60从波峰开始微降
801.20舒张压 (DBP) 附近
700.70振幅急剧衰减
600.30动脉几乎完全开放
500.15接近基线平稳
400.08平稳基线

这 14 个步骤的数据点构成了示波法所有计算的基础。

1.2 示波包络线的可视化展示

如果将上面的表格以横轴为袖带压力、纵轴为振幅绘制成图表，就会得到一条中心隆起的纺锤形曲线——这就是示波包络线 (Oscillometric envelope)。

请看上面的图表，重要的共有三点：

  1. 振幅的最大点对应于 MAP（93 mmHg）——这是示波法中唯一能“直接精确确定”的血压值。
  2. 收缩压 (SBP) 定位在包络线的上升侧（高压侧，图表左侧）。
  3. 舒张压 (DBP) 定位在包络线的衰减侧（低压侧，图表右侧）。

但是，收缩压和舒张压并非简单地就是图表上的某一个特定“点”，这就是算法起决定作用的地方。

2. 使用固定比例法演示血压计算

2.1 算法程序

让我们实际使用上一篇文章中介绍的固定比例法 (Fixed Ratio Algorithm) 来计算血压值3。

  • 收缩期比例 (SBP Ratio)：0.55（最大振幅的 55%）
  • 舒张期比例 (DBP Ratio)：0.75（最大振幅的 75%）

2.2 计算过程

步骤 1：找出最大振幅

Amax⁡=1.65 mmHgA_{\max} = 1.65 \text{ mmHg}

（在袖带压力为 93 mmHg 时测得）。至此可确定 MAP = 93 mmHg。

步骤 2：计算对应 SBP 的阈值

ASBP=1.65×0.55=0.91 mmHgA_{\text{SBP}} = 1.65 \times 0.55 = 0.91 \text{ mmHg}

通过数据查找：SBP ≈ 120 mmHg。

步骤 3：计算对应 DBP 的阈值

ADBP=1.65×0.75=1.24 mmHgA_{\text{DBP}} = 1.65 \times 0.75 = 1.24 \text{ mmHg}

通过寻找交点并插值，DBP ≈ 80 mmHg 便计算得出了。

2.3 阈值分割线的可视化

SBP 阈值线（粉色）与包络线上升侧相交的点即为 袖带压力 ≈ 120 mmHg (SBP)；DBP 阈值线（黄色）与包络线衰减侧相交的点即为 袖带压力 ≈ 80 mmHg (DBP)。

3. 比例不同引发的“制造商偏差”

3.1 为什么不同厂商会给不同的结果？

固定比例法中的比例参数取决于各大制造商，且并未对外公开。研究文献提到，收缩期比例常设在 0.45 到 0.73 之间，舒张期比例大概是在 0.69 到 0.83 之间34。

3.2 对比 3 套固定比例的结果

设定参数SBP 比例DBP 比例结算出的 SBP结算出的 DBP
算法参数 A (保守型)0.450.83≈ 127 mmHg≈ 78 mmHg
算法参数 B (中间型)0.550.75≈ 120 mmHg≈ 80 mmHg
算法参数 C (激进型)0.730.69≈ 112 mmHg≈ 84 mmHg

基于极度完全一致的真实脉搏心跳数据，因为设定比例的更改，SBP 竟然能出现 最大多达 15 mmHg 落差 的偏差。

4. 动脉硬化及假性高血压的病理模拟

4.1 动脉硬化对包络线的改变表现

对于患有晚期动脉硬化（尤其是血管壁钙化）的病患，其受损的血管壁硬度变强、变僵化，这导致哪怕施加最大的外部袖带压迫，也再无法将其动脉完全堵住（闭塞）56。

即使患者此时其实际血管内真正的生命体表血压依然在标准的 120/80 mmHg：

  • 它会错乱提取并计算为 SBP ≈ 160 mmHg (原先是 120 → 严重虚高假报了 +40 mmHg)
  • 错乱计算的 DBP ≈ 120 mmHg (原先 80 → 同样错误虚高 +40 mmHg)

这在医学上即被称为“假性高血压 (Pseudohypertension)”5。

5. 袖带尺寸不匹配导致的偏差事故

5.1 袖带尺寸精准度

如果缠绕用的袖带尺寸与使用者的手臂粗细度不符合时，会有巨大影响：

  • 如果绑带偏小、太勉强：需要的加压超出实际，因而会 → 过高评估测试血压值
  • 如果选了过宽大的绑带：只需较低气压便截断了血流 → 低估其原本数值
袖带配置尺寸SBP 假性结果DBP 最终结果与真实值的差距对比
合适袖带 (完美覆盖)≈ 120 mmHg≈ 80 mmHg作为 100% 参照依据
偏小太紧的袖带≈ 128 mmHg≈ 82 mmHgSBP 谎增 +8, DBP 谎增 +2
偏大过松的袖带≈ 112 mmHg≈ 76 mmHgSBP 短少 −8, DBP 短少 −4

6. 手腕式设备与上臂式血压器的严重测量代沟

心脏高度差所受重力影响引发生理差异计算

受日常存在的体内液体静压原理作用，只要您将作为末端检测设备的手腕稍微距离心脏持平高度稍微带偏上下任何距离，则所收集数字必然直接遭受到非常剧烈的扭曲7。

ΔP=ρ⋅g⋅h≈7.8 mmHg (每偏差 10cm)\Delta P = \rho \cdot g \cdot h \approx 7.8 \text{ mmHg (每偏差 10cm)}
受测操作位计算出错误的 SBPDBP 的计算结果数值相对心平线偏差
手腕保持精准在心脏水平≈ 118 mmHg≈ 79 mmHgSBP −2, DBP −1
手腕高出心脏 (在上方高约 +15cm)≈ 108 mmHg≈ 71 mmHgSBP 骤跌 −12, DBP 也锐减 −9
手腕低于心脏 (垂落于膝上腹部 −15cm)≈ 131 mmHg≈ 88 mmHgSBP 暴增出 +11, DBP 虚增 +8

全文总结一览

  1. 电子血压计的最终数据全部只属于推断“估算”，不能当做真实抽血意义里的“实时测量”。
  2. 不同的设备生产生各自的隐藏系数，这也是看诊中测量打架不吻合的本质。
  3. 老龄化的严重血管壁硬结甚至能假报警夸大数十以上之数值压力。
  4. 不匹配的捆绑袖带严重拖累精度，小袖带必导致假高压。
  5. 基于重力的流体效应差，使远离主端心脏更靠外的手腕监测仪易产生巨大变量误判。

参考文献与文献引用

  1. Geddes LA, et al. Ann Biomed Eng. 1982;10:271-280. ↩︎

  2. Drzewiecki G, et al. Ann Biomed Eng. 1994;22:88-96. ↩︎

  3. Forouzanfar M, et al. IEEE Rev Biomed Eng. 2015;8:44-63. ↩︎ ↩︎ ↩︎

  4. Babbs CF. Biomed Eng Online. 2012;11:56. ↩︎

  5. Messerli FH, et al. N Engl J Med. 1985;312:1548-1551. ↩︎ ↩︎

  6. Bos WJW, et al. J Hypertens. 2007;25:751-755. ↩︎

  7. Netea RT, et al. J Hum Hypertens. 2003;17:459-462. ↩︎

深入探讨柯罗特科夫音：如何测量收缩压和舒张压？听诊法的基础、发展及历史影响血压计的传感器在看什么？从单次跳动中提取“振幅”的全过程