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用數字體驗示波法：從脈搏波數據到血壓值

用數字體驗示波法：從脈搏波數據到血壓值

2026年3月8日

在上一篇文章《深入理解示波法》中，我們解釋了從示波法的物理原理到演算法概述、精度標準以及測量限制的所有內容。

然而，即使我們在文字上解釋「演算法可以計算血壓值」，除非您能準確地看到什麼數字經歷了怎樣的處理過程、最終產生了怎樣的血壓數值，否則無法達到真正的理解。

同時，關於袖帶壓力感測器最初是如何感知並萃取每次心跳的「振幅」的這種「微觀視角」，我們在《血壓計的感測器在看什麼？》中有詳細解釋，兩者一起閱讀能加深理解。

在本文中，我們將使用模擬的脈搏波數據（振盪振幅），逐步追蹤電子血壓計內部正在進行的計算過程。此外，在針對動脈硬化、袖帶尺寸不匹配以及手腕式與上臂式差異這三個臨床上重要的情況時——我們將透過互動式模擬來確認包絡線的形狀是如何改變的，以及在計算得出的最終值中會出現何種誤差。

1. 正常血壓測量的數值模擬

1.1 設定模擬數據

首先，我們設定以下條件：

  • 測試者：健康成年人
  • 實際血壓：收縮壓 (SBP) = 120 mmHg，舒張壓 (DBP) = 80 mmHg
  • 平均動脈壓 (MAP) = 93 mmHg

電子血壓計將袖帶加壓至約 160 mmHg，然後在逐漸減壓的同時，記錄每次心跳的振盪波 (振動) 振幅。以下是該過程中獲得的模擬數據123。

袖帶壓力 (mmHg)振幅 (mmHg)狀態說明
1600.10動脈完全阻塞——僅有微弱振動
1500.15振幅微幅上升
1400.30振幅開始增加
1300.60逼近收縮壓——開始迅速攀升
1200.95收縮壓 (SBP) 附近
1101.30振幅進一步擴大
1001.55逼近平均動脈壓
931.65MAP - 最大振幅點
901.60從波峰開始微降
801.20舒張壓 (DBP) 附近
700.70振幅急劇衰減
600.30動脈幾乎完全開放
500.15接近基線平穩
400.08平穩基線

這 14 個步驟的數據點構成了示波法所有計算的基礎。

1.2 示波包絡線的可視化展示

如果將上面的表格以橫軸為袖帶壓力、縱軸為振幅繪製成圖表，就會得到一條中心隆起的紡錘形曲線——這就是示波包絡線 (Oscillometric envelope)。

請看上面的圖表，重要的共有三點：

  1. 振幅的最大點對應於 MAP（93 mmHg）——這是示波法中唯一能「直接精確確定」的血壓值。
  2. 收縮壓 (SBP) 定位在包絡線的上升側（高壓側，圖表左側）。
  3. 舒張壓 (DBP) 定位在包絡線的衰減側（低壓側，圖表右側）。

但是，收縮壓和舒張壓並非簡單地就是圖表上的某一個特定「點」，這就是演算法起決定作用的地方。

2. 使用固定比例法演示血壓計算

2.1 演算法程序

讓我們實際使用上一篇文章中介紹的固定比例法 (Fixed Ratio Algorithm) 來計算血壓值3。

  • 收縮期比例 (SBP Ratio)：0.55（最大振幅的 55%）
  • 舒張期比例 (DBP Ratio)：0.75（最大振幅的 75%）

2.2 計算過程

步驟 1：找出最大振幅

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

（在袖帶壓力為 93 mmHg 時測得）。至此可確定 MAP = 93 mmHg。

步驟 2：計算對應 SBP 的閾值

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

透過數據查找：SBP ≈ 120 mmHg。

步驟 3：計算對應 DBP 的閾值

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

透過尋找交點並插值，DBP ≈ 80 mmHg 便計算得出了。

2.3 閾值分割線的可視化

SBP 閾值線（粉色）與包絡線上升側相交的點即為 袖帶壓力 ≈ 120 mmHg (SBP)；DBP 閾值線（黃色）與包絡線衰減側相交的點即為 袖帶壓力 ≈ 80 mmHg (DBP)。

3. 比例不同引發的「製造商偏差」

3.1 為什麼不同廠商會給不同的結果？

固定比例法中的比例參數取決於各大製造商，且並未對外公開。研究文獻提到，收縮期比例常設在 0.45 到 0.73 之間，舒張期比例大概是在 0.69 到 0.83 之間34。

3.2 對比 3 套固定比例的結果

設定參數SBP 比例DBP 比例結算出的 SBP結算出的 DBP
演算法參數 A (保守型)0.450.83≈ 127 mmHg≈ 78 mmHg
演算法參數 B (中間型)0.550.75≈ 120 mmHg≈ 80 mmHg
演算法參數 C (激進型)0.730.69≈ 112 mmHg≈ 84 mmHg

基於極度完全一致的真實脈搏心跳數據，因為設定比例的更改，SBP 竟然能出現 最大多達 15 mmHg 落差 的偏差。

4. 動脈硬化及假性高血壓的病理模擬

4.1 動脈硬化對包絡線的改變表現

對於患有晚期動脈硬化（尤其是血管壁鈣化）的病患，其受損的血管壁硬度變強、變僵化，這導致哪怕施加最大的外部袖帶壓迫，也再無法將其動脈完全堵住（閉塞）56。

即使患者此時其實際血管內真正的生命體表血壓依然在標準的 120/80 mmHg：

  • 它會錯亂提取並計算為 SBP ≈ 160 mmHg (原先是 120 → 嚴重虛高假報了 +40 mmHg)
  • 錯亂計算的 DBP ≈ 120 mmHg (原先 80 → 同樣錯誤虛高 +40 mmHg)

這在醫學上即被稱為「假性高血壓 (Pseudohypertension)」5。

5. 袖帶尺寸不匹配導致的偏差事故

5.1 袖帶尺寸精準度

如果纏繞用的袖帶尺寸與使用者的手臂粗細度不符合時，會有巨大影響：

  • 如果綁帶偏小、太勉強：需要的加壓超出實際，因而會 → 過高評估測試血壓值
  • 如果選了過寬大的綁帶：只需較低氣壓便截斷了血流 → 低估其原本數值
袖帶配置尺寸SBP 假性結果DBP 最終結果與真實值的差距對比
合適袖帶 (完美覆蓋)≈ 120 mmHg≈ 80 mmHg作為 100% 參照依據
偏小太緊的袖帶≈ 128 mmHg≈ 82 mmHgSBP 謊增 +8, DBP 謊增 +2
偏大過鬆的袖帶≈ 112 mmHg≈ 76 mmHgSBP 短少 −8, DBP 短少 −4

6. 手腕式設備與上臂式血壓器的嚴重測量代溝

心臟高度差所受重力影響引發生理差異計算

受日常存在的體內液體靜壓原理作用，只要您將作為末端檢測設備的手腕稍微距離心臟持平高度稍微帶偏上下任何距離，則所收集數字必然直接遭受到非常劇烈的扭曲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)}
受測操作位計算出錯誤的 SBPDBP 的計算結果數值相對心平線偏差
手腕保持精準在心臟水平≈ 118 mmHg≈ 79 mmHgSBP −2, DBP −1
手腕高出心臟 (在上方高約 +15cm)≈ 108 mmHg≈ 71 mmHgSBP 驟跌 −12, DBP 也銳減 −9
手腕低於心臟 (垂落於膝上腹部 −15cm)≈ 131 mmHg≈ 88 mmHgSBP 暴增出 +11, DBP 虛增 +8

全文總結一覽

  1. 電子血壓計的最終數據全部只屬於推斷「估算」，不能當做真實抽血意義裡的「實時測量」。
  2. 不同的設備生產生各自的隱藏係數，這也是看診中測量打架不吻合的本質。
  3. 老齡化的嚴重血管壁硬結甚至能假報警誇大數十以上之數值壓力。
  4. 不匹配的捆綁袖帶嚴重拖累精度，小袖帶必導致假高壓。
  5. 基於重力的流體效應差，使遠離主端心臟更靠外的手腕監測儀易產生巨大變數誤判。

參考文獻與文獻引用

  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. ↩︎

血壓計的感測器在看什麼？從單次跳動中提取「振幅」的全過程